UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA SEDE QUITO FACULTAD DE CIENCIAS TÉCNICAS CARRERA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
Tesis previa a la obtención del título de:
INGENIERO ELÉCTRICO EN CONTROL INDUSTRIAL
TEMA: DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA SCADA PARA EL MÓDULO “BANDA TRANSPORTADORA” DEL LABORATORIO DE NEUMÁTICA EN LA U.P.S. QUITO
AUTOR: CHRISTIAN HOMERO ROBALINO BONIFAZ
DIRECTOR: ING. ESTEBAN INGA ORTEGA
QUITO, JUNIO DE 2007
DECLARATORIA DE AUTORÍA
Yo, Christian Homero Robalino Bonifaz autorizo a la Universidad Politécnica Salesiana la publicación total o parcial de este trabajo de grado y su reproducción sin fines de lucro.
Además declaro que los conceptos y análisis desarrollados y las conclusiones del presente trabajo son de exclusiva responsabilidad del autor.
Quito, Junio del 2007
______________________________
Christian Homero Robalino Bonifaz CC: 1715118590 AUTOR
II
CERTIFICA Haber dirigido y revisado prolijamente cada uno de los capítulos técnicos y financieros del informe de la monografía, así como el funcionamiento del “Diseño e implementación de un sistema SCADA para el módulo banda transportadora del laboratorio de neumática en la U.P.S. Quito” realizada por el Sr. Christian Homero Robalino Bonifaz, previa a la obtención del título de Ingeniero Eléctrico en la Carrera de Ingeniería Eléctrica.
Por cumplir los requisitos autoriza su presentación.
Quito, Junio del 2007
______________________________ Ing. Esteban Mauricio Inga Ortega DIRECTOR
III
DEDICATORIA Dedico la presente tesis a Dios y a mis amados padres por su apoyo y cariño incondicional
IV
AGRADECIMIENTO Mi sincero agradecimiento a mis maestros, quienes han compartido sus conocimientos y experiencias, a mi tutor por su guía, consejos y apoyo durante el desarrollo de esta tesis y a todas las personas que colaboraron desinteresadamente en la realización de este trabajo.
V
INDICE GENERAL DECLARATORIA DE AUTORÍA: ........................................................................ II CERTIFICA: .......................................................................................................... III DEDICATORIA ........................................................................................................ IV AGRADECIMIENTO .................................................................................................V INDICE GENERAL .................................................................................................. VI ÍNDICE DE FIGURAS ...........................................................................................X ÍNDICE DE TABLAS. ........................................................................................XIII RESUMEN ............................................................................................................... XV CAPITULO I ............................................................................................................... 1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 1 1.1 AUTOMATIZACIÓN DE PROCESOS ........................................................... 1 1.1.1 OBJETIVOS DE LA AUTOMATIZACIÓN ................................................. 3 1.1.2 GRADOS DE AUTOMATIZACIÓN ............................................................ 7 1.1.3 PRINCIPIOS DE LOS SISTEMAS AUTOMATIZADOS ............................ 8 1.1.4 AVANCES TECNOLÓGICOS EN SISTEMAS AUTOMATIZADOS...... 10 1.1.5 LA AUTOMATIZACIÓN Y LA SOCIEDAD ............................................ 12 1.2 INTERFAZ ...................................................................................................... 13 1.3 SISTEMAS SCADA........................................................................................ 15 1.3.1 PRESTACIONES DE UN SCADA ............................................................. 16 1.3.2 RAZONES PARA IMPLEMENTAR UN SISTEMA SCADA ................... 17 1.3.3 MÓDULOS DE UN SCADA. ...................................................................... 18 1.3.4 FLUJO DE INFORMACIÓN EN UN SCADA. .......................................... 20 1.3.5 REQUISITOS DE UN SCADA: ................................................................. 22 CAPITULO II ............................................................................................................ 24 DESCRIPCIÓN DEL MÓDULO “BANDA TRANSPORTADORA” ................. 24 2.1 CARACTERÍSTICAS ..................................................................................... 24 2.2 DESCRIPCIÓN GENERAL............................................................................ 25 2.2.1 PIEZAS DE TRABAJO................................................................................ 27 2.2.2 TOPES ELECTROMECÁNICOS ................................................................ 27 2.2.3 BARRERAS ELECTROMECÁNICAS ....................................................... 28 VI
2.2.4 TRANSFERENCIAS.................................................................................... 29 2.2.5 ESTACIÓN DE ESTAMPADO ................................................................... 29 2.2.6 ESTACIÓN DE TALADRADO .................................................................. 30 2.2.7 PANEL DE OPERACIÓN ........................................................................... 31 2.2.8 PANEL DE INTERCONEXIÓN .................................................................. 31 2.3 COMPONENTES ELÉCTRICOS ................................................................... 32 2.3.1 SENSORES FOTOELÉCTRICOS ............................................................... 32 2.3.1.1 SENSORES FOTOELÉCTRICOS POLARIZADOS RETRORREFLECTIVOS ..................................................................................... 34 2.3.1.2 SENSORES FOTOELÉCTRICOS DIFUSOS NORMALES ................... 34 2.3.2 SENSORES CAPACITIVOS DE PROXIMIDAD ...................................... 35 2.3.3 SENSORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS ........................................ 36 2.3.4 ELECTROIMANES ..................................................................................... 36 2.3.5 LCD .............................................................................................................. 37 2.4 COMPONENTES NEUMÁTICOS ................................................................. 40 2.4.1 CILINDROS DE DOBLE ACCIÓN ............................................................ 40 2.4.2 VÁLVULA DE CONTROL DE FLUJO...................................................... 41 2.4.3 VÁLVULA DE CONTROL 5/2 ................................................................... 42 2.4.4 ELECTROVÁLVULAS (VÁLVULAS ELECTROMAGNÉTICAS) ........ 43 2.5 PARTE MECÁNICA ...................................................................................... 43 CAPITULO III ........................................................................................................... 44 SISTEMA SCADA PARA EL MÓDULO BANDA TRANSPORTADORA ..... 44 INTRODUCCION: ................................................................................................ 44 3.1 INTOUCH ....................................................................................................... 44 3.1.1 WINDOWMAKER ...................................................................................... 45 3.1.2 WINDOWVIEWER ..................................................................................... 45 3.1.3 CARACTERÍSTICAS DE INTOUCH ......................................................... 46 3.1.4 REQUISITOS DEL SISTEMA .................................................................... 46 3.2 COMUNICACIÓN PLC-INTOUCH .............................................................. 47 3.2.1 PROTOCOLOS DE COMUNICACIÓN ..................................................... 47 3.2.2 CONFIGURACIÓN DEL I/O SERVER S7200PPI ..................................... 49 3.2.3 COMUNICACIÓN INTOUCH – PLC ......................................................... 51 3.3 SIMULACIÓN DE MÓDULO “BANDA TRANSPORTADORA” .............. 52 3.3.1 PANTALLA “PRESENTACIÓN” ............................................................... 52 3.3.2 PANTALLA “SEGURIDAD” ...................................................................... 53 3.3.3 PANTALLA “MENÚ” ................................................................................. 55 VII
3.3.4 PROGRAMACIÓN DE LA PANTALLA “BANDA TRANSPORTADORA” ........................................................................................ 56 3.3.6 PROGRAMACIÓN DE LA PANTALLA “ESTAMPADO FRONTAL” ... 60 3.3.7 PROGRAMACIÓN DE LA PANTALLA “ERROR EN ESTAMPADO” . 61 3.3.8 PROGRAMACIÓN DE LA PANTALLA “TALADRADO FRONTAL” . 62 3.3.9 PROGRAMACIÓN DE LA PANTALLA “ERROR EN TALADRADO” 63 3.4 CONFIGURACIÓN DE ALARMAS ............................................................. 64 3.5 CAPAS OSI ..................................................................................................... 67 3.6 CAPAS OSI EN EL SISTEMA SCADA ........................................................ 71 CAPITULO IV .......................................................................................................... 72 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE (PLC) ....................................... 72 4.1 GENERALIDADES DEL PLC ....................................................................... 72 4.1.1 CAMPOS DE APLICACIÓN ...................................................................... 72 4.1.2 VENTAJAS DEL PLC ................................................................................. 72 4.2 PLC SIEMENS SIMATIC S7200 CPU 224 .................................................... 73 4.2.1 CPU S7-200 .................................................................................................. 74 4.2.2 MÓDULOS DE AMPLIACIÓN .................................................................. 75 4.2.3 LÓGICA DE CONTROL ............................................................................. 77 4.2.4 MODO DE OPERACIÓN DE LA CPU....................................................... 78 4.3 COMUNICACIÓN PLC – PC ......................................................................... 81 4.3.1 CABLE DE COMUNICACIÓN PC/PPI ...................................................... 81 4.4 STEP 7 – Micro WIN/32 VERSION 3.2 ......................................................... 84 4.5 EDITORES DE PROGRAMA ........................................................................ 88 4.5.1 Editor KOP (Esquema de contactos) ............................................................ 88 4.5.2 EDITOR FUP (DIAGRAMA DE FUNCIONES) ........................................ 89 4.5.3 EDITOR AWL (LISTA DE INSTRUCCIONES) ........................................ 89 CAPÍTULO V ............................................................................................................ 91 REPORTES ........................................................................................................... 91 5.1 BASES DE DATOS ........................................................................................ 91 5.2 TIPOS DE BASES DE DATOS ...................................................................... 92 5.2.1 BASES DE DATOS ESTÁTICAS ............................................................... 92 5.2.2 BASES DE DATOS DINÁMICAS .............................................................. 93 5.2.3 BASES DE DATOS BIBLIOGRÁFICAS ................................................... 93 5.2.4 BASES DE DATOS DE TEXTO COMPLETO .......................................... 93 5.3 MODELOS DE BASES DE DATOS .............................................................. 93 5.3.1 BASES DE DATOS JERÁRQUICAS ......................................................... 94 VIII
5.3.2 BASE DE DATOS DE RED ........................................................................ 95 5.3.3 BASE DE DATOS RELACIONAL ............................................................. 95 5.3.4 BASES DE DATOS DEDUCTIVAS ........................................................... 96 5.4 RELACIONES ENTRE BASES DE DATOS ................................................. 96 5.4.1 RELACIONES UNO A UNO ...................................................................... 96 5.4.2 RELACIONES DE "UNO A VARIOS"....................................................... 97 5.4.3 RELACIONES DE "VARIOS CON VARIOS" ........................................... 98 5.5 FORMAS DE REPORTES .............................................................................. 99 5.5.1 INFORMACIÓN DEL REPORTE ............................................................... 99 5.5.2 CONTENIDO DE FILA Y COLUMNA .................................................... 100 5.6 BASE DE DATOS EN ACCESS .................................................................. 101 5.6.1 CREAR UNA BASE DE DATOS USANDO EL ASISTENTE PARA BASES DE DATOS ............................................................................................ 101 5.6.2 CREAR UNA BASE DE DATOS UTILIZANDO UNA PLANTILLA ... 102 5.6.3 CREAR UNA BASE DE DATOS SIN USAR UN ASISTENTE ............. 103 5.7 LENGUAJE DE CONSULTA ESTRUCTURADO (SQL) ......................... 104 5.8 ACCEDER A LA BASE DE DATOS DESDE INTOUCH .......................... 105 5.8.1 SQLCONNECT() ....................................................................................... 106 5.8.2 SQLINSERT() ............................................................................................ 106 5.8.3 SQL ACCESS MANAGER........................................................................ 107 CAPITULO VI ........................................................................................................ 109 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................. 109 7.1 CONCLUSIONES ......................................................................................... 109 7.2 RECOMENDACIONES ................................................................................ 110 BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................... 112 ANEXOS ................................................................................................................. 114 ANEXO A............................................................................................................ 115 ANEXO B ............................................................................................................ 117 ANEXO C ............................................................................................................ 126 ANEXO D............................................................................................................ 129 ANEXO E ............................................................................................................ 138 ANEXO F ............................................................................................................ 143 ANEXO G............................................................................................................ 149
IX
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.1
Funciones de la automatización.
2
Figura 1.2
Etapas en sistemas automatizados.
8
Figura 1.3
Flujo de información en un SCADA.
20
Figura 2.1
Vista general del módulo banda transportadora.
23
Figura 2.2
Piezas de trabajo.
26
Figura 2.3
Tope electromecánico.
26
Figura 2.4
Barrera electromecánica.
27
Figura 2.5
Transferencia normal.
27
Figura 2.6
Transferencia con giro de 90o.
28
Figura 2.7
Estación de estampado.
28
Figura 2.8
Estación de taladrado.
29
Figura 2.9
Sensor fotoeléctrico sin lente.
31
Figura 2.10
Sensor fotoeléctrico con lente.
31
Figura 2.11
Sensores fotoeléctricos polarizados retrorreflectivos.
32
Figura 2.12
Sensores fotoeléctricos difusos normales.
33
Figura 2.13
Sensores capacitivos de proximidad.
33
Figura 2.14
Sensores de proximidad inductivos.
34
Figura 2.15
Electroimanes de sujeción circulares.
35
Figura 2.16
LCD
36
Figura 2.17
Cilindro de doble acción.
39
Figura 2.18
Válvula de control 5/2.
40
X
Figura 3.1
Configuración del I/O server S7200PPI (a).
47
Figura 3.2
Configuración del I/O server S7200PPI (b).
47
Figura 3.3
Configuración del I/O server S7200PPI (c).
48
Figura 3.4
Configuración del I/O server S7200PPI (d).
48
Figura 3.5
Comunicación InTouch – PLC (a).
49
Figura 3.6
Comunicación InTouch – PLC (b).
49
Figura 3.7
Pantalla “PRESENTACIÓN”.
50
Figura 3.8
Programación del botón “INGRESO”.
50
Figura 3.9
Pantalla “SEGURIDAD”.
51
Figura 3.10
Programación del botón “INGRESAR USUARIO”.
51
Figura 3.11
Programación del botón “INGRESAR PASSWORD”.
52
Figura 3.12
Configuración de usuarios.
52
Figura 3.13
Configuración del Nivel de Acceso.
53
Figura 3.14
Pantalla “INICIO”.
53
Figura 3.15
Pantalla “BANDA TRANSPORTADORA”.
54
Figura 3.16
Pantalla “ESTAMPADO FRONTAL”.
58
Figura 3.17
Pantalla “ERROR EN ESTAMPADO”.
59
Figura 3.18
Pantalla “TALADRADO FRONTAL”.
60
Figura 3.19
Pantalla “ERROR EN TALADRADO”.
61
Figura 3.20
Pantalla “ALARMA”.
62
Figura 3.21
Programación de la condición de alarma.
63
Figura 3.22
Identificación del tipo de alarma.
63
Figura 3.23
Programación del mensaje de alarma.
64
Figura 3.24
Identificación de error.
64
Figura 3.25
Programación del botón “ACEPTAR”.
65
Figura 3.26
Capas del modelo OSI.
66
Figura 4.1
Esquema del PLC S7200.
71
Figura 4.2
Conexión de módulos de ampliación.
73
Figura 4.3
Lógica de control del PLC.
75
Figura 4.4
Ciclo de peración del PLC.
77
Figura 4.5
Conexión PLC – PC con cable PC/PPI.
78
Figura 4.6
Software STEP 7 – Micro WIN/32 VERSION 3.2
81
Figura 4.7
Configuración de comunicación.
82 XI
Figura 4.8
Ajuste de interface de comunicación.
82
Figura 4.9
Ejemplo de editor KOP.
85
Figura 4.10
Ejemplo de editor FUP.
86
Figura 5.1
Relación uno a uno.
93
Figura 5.2
Relación uno a varios.
94
Figura 5.3
Relación varios con varios.
95
Figura 5.4
Base de datos en Access.
97
Figura 5.5
Modelo de base de datos creada para el proyecto.
100
Figura 5.6
Acceso a la base de datos desde INTOUCH
102
Figura 5.7
Configuración del Bind List:
103
Figura 5.8
Configuración del Table template:
103
XII
ÍNDICE DE TABLAS.
Tabla 1
Descripción de pines LCD
37
Tabla 2
Condiciones de activación de alarmas
63
Tabla 3
Velocidad de transferencia de datos PLC/ordenador
79
Tabla 4
Tiempos de retardo en transferencia de datos.
80
Tabla 5
Asignación de pines del conector RS-485
80
Tabla 6
Asignación de pines del conector RS-232 DCE
81
Tabla 7
Componentes básicos del STEP 7
84
Tabla 8
Conexión de entradas y salidas del PLC
97
XIII
ÍNDICE DE ANEXOS
ANEXO A
Especificaciones técnicas del módulo “banda transportadora”.
ANEXO B
Hojas técnicas de sensores fotoeléctricos.
ANEXO C
Programación del PIC 16F628A para el control del LCD.
ANEXO D
Datos técnicos del PLC SIEMENS S7200 CPU 224.
ANEXO E
Datos técnicos del microcontrolador 16F628A.
ANEXO F
Programación del PLC.
ANEXO G
Hojas guías para el módulo “BANDA TRANSPORTADORA”.
XIV
RESUMEN En el presente proyecto se ha implementado un sistema SCADA para el control y monitoreo del módulo “Banda Transportadora” desde un ordenador, utilizando para ello un controlador lógico programable (PLC).
El software InTouch es la herramienta computacional más importante en este proyecto, ya que es la aplicación más cercana al usuario, y es aquí donde el operador recibe la información del proceso y da los comandos de control, también se utilizan herramientas como STEP 7, I/O Server.
El PLC cumple un papel fundamental dentro del proceso, ya que todos los elementos sensores y actuadores, están conectados directamente a él y su lógica de control es básica en el proceso.
Se adicionaron varios dispositivos para mejorar el funcionamiento del módulo, como LCD’s que indican las fallas producidas que generan alarmas, topes, finales de carrera, válvulas de control de flujo en las entradas y salidas de los cilindros y electroimanes, los mismos que permiten levantar las piezas de trabajo en lugar de arrastrarlas.
XV
XVI
CAPITULO I
INTRODUCCIÓN 1.1 AUTOMATIZACIÓN DE PROCESOS La producción industrial está sufriendo actualmente una transformación rápida y profunda. En los mercados industriales se observan hoy en día una serie de tendencias de desarrollo que se manifiestan en unos ciclos de vida de los productos especialmente cortos, así como en un aumento de su diversidad y de los requisitos relativos a la calidad.
Con la finalidad de poder subsistir en esta situación de competencia cada vez más rigurosa y exigente, las empresas se ven obligadas a adoptar una serie de medidas encaminadas al incremento de su productividad, a imprimir flexibilidad y confiabilidad a sus ciclos de producción, con el fin de mejorar su rentabilidad y, por lo tanto, mejorar sus posibilidades de permanecer en el mercado. “Desde hace algunos años se ha venido desarrollando un concepto denominado CIM (Computer Integrated Manufacturing), que reúne todos aquellos aspectos que contribuyen a mejorar la calidad y rentabilidad. Este innovador concepto hace referencia también al tratamiento continuo de la información. Las medidas que se resumen bajo este concepto apuntan hacia la automatización de procesos”.1 Sistemas autómatas:
Puede definirse como un equipo electrónico programable diseñado para controlar, en tiempo real y en ambiente industrial, procesos secuenciales de producción. Tiene una gran capacidad de adaptación con un simple ajuste del programa.
1
SIEMENS, CIM Automatización de la producción, MARCOMBO, Barcelona, 1999.
1
Automatización:
El término automatización se refiere a una extensa diversidad de sistemas y procesos de control, basados en autómatas programables, que operan con una mínima intervención del ser humano y en algunos casos, sin ninguna intervención de éste.
La automatización de un proceso industrial es un proceso en el cual se trasfieren tareas de producción, generalmente realizadas por operadores humanos, a un conjunto de componentes y dispositivos tecnológicos. (Inga Ortega, 2002) Los sistemas automatizados se utilizan para efectuar diversas tareas con más rapidez o mejor de lo que podría hacerlo un ser humano. La utilización de sistemas de automatización permite incrementar la productividad, incluso cuando se fabrican lotes pequeños.
Una automatización efectiva presupone la acción coordinada de las siguientes tres funciones:
Mecanización.
Flujo de materiales.
Flujo de información. MECANICAZACIÓN
FLUJO DE MATERIALES
FLUJO DE INFORMACIÓN
Figura 1.1 Funciones de la automatización
La automatización consiste básicamente en un proceso de mecanización de las actividades industriales encaminada a reducir la mano de obra y simplificar el trabajo, dando propiedad a algunas máquinas de realizar las operaciones de manera autónoma, lo que va dar como resultado un proceso más rápido y eficiente.
2
Al darse una mayor eficiencia a la maquinaria, se logrará que la empresa disminuya la producción de piezas defectuosas, y por lo tanto aumente la calidad en los productos, todo esto ayudará a que la empresa aumente toda su competitividad en un porcentaje considerable.
1.1.1 OBJETIVOS DE LA AUTOMATIZACIÓN
Dentro de los principales objetivos de la automatización de procesos están:
Mejorar la productividad, reduciendo al mínimo los costos de producción.
Mejorar las condiciones de trabajo del personal, suprimiendo los trabajos repetitivos y peligrosos e incrementando la seguridad.
Realizar operaciones que, debido a su dificultad y complejidad, son imposibles de controlar intelectual o manualmente por un operador.
Mejorar la disponibilidad de los productos, pudiendo proveer las cantidades de materia prima necesarias y en el momento preciso, evitando desperdicios y pérdidas.
Simplificar la operación, de forma que el operario no requiera grandes conocimientos y habilidades para la manipulación y el control del proceso productivo.
En sistemas modernos de automatización, el control de las máquinas es realizado por controladores lógicos programables (PLC) y elementos sensores que permiten interactuar a las máquinas con el mundo que le rodea.
3
Un sistema automatizado consta de dos partes principales: Parte operativa. Sistema de control. Parte Operativa:
La parte operativa de un sistema automatizado es la parte que actúa de forma directa sobre la máquina. Son los elementos que hacen posible que la máquina se mueva y realice la operación deseada.
Sensores:
Así como los seres humanos necesitamos de los sentidos para percibir todo lo que ocurre en nuestro entorno, de manera similar, los sistemas automatizados precisan de los sensores para adquirir información acerca de:
El cambio de ciertas magnitudes físicas del sistema.
El estado de los componentes que forman parte del sistema.
El movimiento y la posición de las piezas fabricadas en el sistema.
Los dispositivos y mecanismos encargados de convertir las magnitudes físicas en señales eléctricas se denominan sensores, los sensores, en función del tipo de señal que transmiten, se pueden clasificar en:
Sensores on - off: Suministran una señal eléctrica claramente diferenciada (verdadera o falsa). Los finales de carrera son un claro ejemplo de este tipo de sensores.
Sensores numéricos: Este tipo de sensores transmiten valores numéricos en forma de combinaciones binarias.
Sensores analógicos: Estos sensores suministran una señal eléctrica variable que es fiel reflejo de la variación de la magnitud física medida. La 4
temperatura es un ejemplo de una magnitud física que necesita de este tipo de sensor.
Actuadores:
Son los elementos finales de control que, en respuesta a una señal de mando que recibe, actúa sobre la variable o elemento final del proceso. Un actuador transforma la energía de salida del automatismo en otra útil y necesaria para el entorno industrial de trabajo.
Los actuadores pueden ser clasificados en:
Actuadores eléctricos.
Actuadores neumáticos.
Actuadores hidráulicos.
Los más utilizados en la industria son: Cilindros, motores de corriente alterna y motores de corriente continua. Sistema de control:
Generalmente la parte de mando de un sistema automatizado, suele ser un ordenador o un controlador lógico programable (PLC), aunque hasta hace poco se utilizaban relés electromagnéticos, tarjetas electrónicas o módulos lógicos neumáticos (tecnología cableada).
Tecnologías cableadas:
Con este tipo de tecnología, el automatismo se realiza interconectando los distintos elementos que lo integran. Su funcionamiento es establecido por los elementos que lo componen y por la forma de conectarlos.
Los dispositivos que se utilizan en las tecnologías cableadas para la realización del automatismo son: 5
Relés electromagnéticos.
Módulos lógicos neumáticos.
Tarjetas electrónicas.
Tecnologías programadas:
Los avances tecnológicos en los últimos años en el campo de los microprocesadores han favorecido la generalización de las tecnologías programadas para la realización de automatismos. Los equipos utilizados para este fin son:
Los ordenadores.
Los controladores lógicos programables.
Sistemas microcontrolados.
El ordenador, como parte de mando de un automatismo, presenta la ventaja de ser altamente flexible a cualquier modificación dentro del proceso. Pero, al mismo tiempo, y debido a su diseño no específico para un entorno industrial, resulta un elemento frágil para trabajar en entornos de líneas de producción, sin embargo existen ordenadores que pueden trabajar en entornos industriales.
Un PLC, es un elemento robusto que a diferencia del ordenador, está diseñado especialmente para trabajar en ambientes hostiles de talleres, con casi todos los elementos y prestaciones del ordenador.
En un sistema de fabricación automatizado el controlador lógico programable está en el centro del sistema. Este dispositivo debe ser capaz de comunicarse con todos los elementos constituyentes del sistema automatizado, debe recibir las señales de los detectores y captadores, interpretarlas y llevar a cabo acciones de control. “Los sistemas microcontrolados utilizan directamente los microcontroladores, que son circuitos integrados programables, capaz de ejecutar las órdenes grabadas en su
6
memoria. Está compuesto de varios bloques funcionales, los cuales cumplen una tarea específica”2
1.1.2 GRADOS DE AUTOMATIZACIÓN
Dependiendo del tipo de proceso, se distinguen diferentes grados de automatización, entre los que se tiene:
Aplicaciones
en
pequeña
escala,
como
por
ejemplo,
mejorar
el
funcionamiento y utilización de una máquina.
Posibilidad de que una persona trabaje con más de una máquina.
Coordinar y controlar una serie de operaciones y magnitudes de forma simultánea.
Ejecutar procesos totalmente continuos por medio de secuencias lógicas previamente programadas.
Procesos automáticos en lazo cerrado con posibilidad de autocontrol y auto corrección de desviaciones.
En la práctica, la automatización de la industria alcanza diferentes niveles y grados ya que la posibilidad concreta de su implementación en los diferentes procesos de fabricación industrial varía considerablemente según se trate de procesos de producción continua o en serie.
2
http://r-luis.xbot.es/pic1/pic01.html
7
Producción continua:
En este caso, el producto es el resultado de una serie de operaciones secuenciales, predeterminadas en su orden, poco numerosas, y que requieren su integración en un flujo continuo de producción.
Los principales aportes de la microelectrónica a este tipo de automatización son los mecanismos de control de las diversas fases o etapas productivas y la creciente capacidad de control integrado de todo el proceso productivo.
Producción en serie:
La producción en serien está formada por diversas operaciones productivas, generalmente paralelas entre si o realizadas en diferentes períodos de tiempos o sitios de trabajo, lo que ha dificultado la integración de líneas de producción en la automatización. “Desde mediados de los años setenta las posibilidades de automatización integrada han aumentado rápidamente gracias a lo adelantos en la robótica, en las máquinasherramientas de control, en los sistemas flexibles de producción, y en el diseño y manufactura asistidos por ordenador”.3
1.1.3 PRINCIPIOS DE LOS SISTEMAS AUTOMATIZADOS
Un sistema de producción automatizado ajusta todas sus operaciones en respuesta a cambios en las condiciones externas en las siguientes tres etapas: medición, evaluación y control.
3
SIEMENS, CIM Automatización de la producción, MARCOMBO, Barcelona, 1999.
8
MEDICIÓN
VALORACIÓN
CONTROL
Figura 1.2 Etapas en sistemas automatizados
a. Medición:
Para que un sistema automatizado reaccione ante los cambios que se presentan en su alrededor debe estar apto para medir aquellos cambios físicos, estas medidas suministran al sistema la información necesaria para poder realizar un control. Este sistema es denominado de Retroalimentación (FEEDBACK), ya que la información obtenida de las medidas es retroalimentada al sistema para después realizar el respectivo control.
b. Valoración:
La información del proceso, que es obtenida gracias al proceso de medición, es evaluada para así determinar si una acción debe ser llevada a cabo por los actuadores o no, determina qué es lo que se debe hacer y en qué momento se lo debe hacer.
c. Control:
El paso final de un sistema automatizado es la acción resultante de las operaciones de medición y evaluación. En muchos sistemas estas operaciones son muy difíciles de identificar. Un sistema puede involucrar la interacción de más de una vuelta de control, que es la manera en la que se le llama al proceso de obtener la información desde el sistema de salida de una máquina y llevarla al sistema de ingreso de la misma.
9
1.1.4
AVANCES
TECNOLÓGICOS
EN
SISTEMAS
AUTOMATIZADOS
Cada día son mayores los avances tecnológicos en los sistemas automatizados, prueba de aquello es la reciente aparición en este campo de conceptos como las redes neuronales y la lógica difusa, que buscan que un sistema automatizado no solamente sea programado sino que pueda “aprender por sí mismo” en base a experiencias. Redes neuronales artificiales:
El cerebro humano continuamente recibe señales de entrada de muchas fuentes y las procesa para crear una apropiada respuesta de salida. Nuestros cerebros cuentan con millones de neuronas que se interconectan para elaborar "Redes Neuronales". Estas redes ejecutan los millones de instrucciones necesarias para mantener una vida normal. “Las Redes Neuronales Artificiales son dispositivos eléctricos o software programado de manera tal que funcionen como las neuronas biológicas de los seres vivos. Las redes neuronales artificiales pretenden imitar, a pequeñísima escala, la forma de funcionamiento de las neuronas que forman el cerebro humano”4. “El entrenamiento de la red neuronal artificial es muy importante ya que servirá para que posteriormente la respuesta del sistema sea la adecuada (esto tiene mucho que ver con el aprendizaje humano) por ejemplo, cuando a un niño se le ordena coger un vaso, empieza moviendo el brazo hasta que toca el vaso y lo presiona con sus dedos. La próxima vez que se le ordene al niño, éste alcanzará el vaso con mayor soltura y precisión. Este mismo modelo se utiliza en redes neuronales artificiales. Una vez que un brazo mecánico choca con una pieza y memoriza la secuencia, en posteriores ocasiones al brazo le cuesta menos realizar la misma operación, se dice entonces que el sistema adquirió experiencia.”5
4 5
http://electronica.com.mx/neural/informacion/index.html http://ingenieria.udea.edu.co/investigacion/mecatronica/mectronics/redes.htm
10
Las Redes Neuronales son especialmente útiles en áreas reservadas hasta ahora para el cerebro humano y en las que las máquinas lógicas secuenciales han encontrado muchas dificultades.
En conclusión las redes neuronales se orientan a desarrollar máquinas o sistemas inteligentes capaces de simular, desarrollar y optimizar muchas de las funciones de un ser humano. Lógica difusa:
Esta teoría permite manejar y procesar, de una manera similar a como lo hace el cerebro humano, ciertos tipos de información en los cuales se manejen términos inexactos o imprecisos. “La lógica difusa se basa en lo relativo a la observación, puesto que sigue el comportamiento humano de razonar y sacar conclusiones a partir de hechos observados”6.
Los sistemas basados en lógica difusa imitan, con la ayuda de las redes neuronales artificiales, la forma en que toman decisiones los humanos, con la ventaja de ser mucho más rápidos. Estos sistemas son generalmente robustos y tolerantes a imprecisiones y ruidos en los datos de entrada. Los datos de entrada suelen ser recogidos por sensores, que miden las variables de entrada de un sistema. La lógica difusa se adapta mejor al mundo real en el que vivimos, la clave de esta adaptación al lenguaje, se basa en comprender, adaptarse y funcionar con expresiones cuantitativas propias del ser humano, como “mas arriba”, "mucho", "muy" y "un poco”, etc. Aplicaciones:
6
http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%B3gica_difusa
11
La lógica difusa, se utiliza para la resolución de una variedad de problemas, principalmente los relacionados con control de procesos industriales complejos y sistemas de decisión en general. “Esta técnica se está empleando con bastante éxito en la industria, principalmente en Japón, y cada vez se está usando en una mayor multitud de campos. 7
Ventajas:
Como principal ventaja, cabe destacar los excelentes resultados que brinda un sistema de control basado en lógica difusa: ofrece salidas de una forma veloz y precisa, “Por ejemplo, si el aire acondicionado se encendiese al llegar a la temperatura de 30º, y la temperatura actual oscilase entre los 29º-30º, nuestro sistema de aire acondicionado estaría encendiéndose y apagándose continuamente, con el gasto energético que ello conllevaría. Si estuviese regulado por lógica difusa, esos 30º no serían ningún umbral, y el sistema de control aprendería a mantener una temperatura estable sin continuos apagados y encendidos”8.
1.1.5 LA AUTOMATIZACIÓN Y LA SOCIEDAD9
La automatización ha permitido incrementar la producción y reducir los costos, poniendo más productos al alcance de más gente, sin embargo, no todos los resultados de la automatización han sido positivos.
Algunos observadores argumentan que la automatización está generando generado desempleo y que, si no se controla, llevará a la creación de un altísimo número de desempleados.
Ciertos economistas afirman que la automatización ha tenido un efecto mínimo, o ninguno, sobre el desempleo. Sostienen que los trabajadores son desplazados, y no 7
8 9
http://cyber-bonobo.blogspot.com/2006/11/lgica-difusa.html http://www.answermath.com/logica_difusa_conjuntos_nebulosos.htm http://www.fing.uach.mx/MatDidactico/Legislacion/autopro.htm
12
cesados, y que por lo general son contratados para otras áreas dentro de la misma empresa, o bien en el mismo trabajo en otra empresa que todavía no se ha automatizado.
1.2 INTERFAZ
En el control automatizado de un proceso, es imprescindible un diálogo entre operador-máquina junto con una comunicación entre la máquina y el autómata, estas comunicaciones se establecerán por medio del conjunto de entradas y salidas del autómata.
Los autómatas son capaces de manejar tensiones y corrientes de nivel industrial, gracias a que disponen un bloque de circuitos de interfaz de entrada / salida (E/S) muy potente, que les permite conectarse directamente con los sensores y accionamientos del proceso.
De entre todos los tipos de interfaces que existen, las interfaces específicas permiten la conexión con elementos muy concretos del proceso de automatización. Se pueden distinguir entre ellas tres grupos bien diferenciados:
Entradas / salidas especiales.
Entradas / salidas inteligentes.
Procesadores periféricos inteligentes.
Entradas / salidas especiales:
Se caracterizan por no influir en las variables de estado del proceso de automatización. Únicamente se encargan de adecuar las E/S, para que puedan ser inteligibles por la CPU, si son entradas, o para que puedan ser interpretadas correctamente por actuadores (motores, cilindros, etc.), en el caso de las salidas.
13
Entradas / salidas inteligentes:
Admiten múltiples modos de configuración, por medio de unas combinaciones binarias situadas en la misma tarjeta. De esta forma se descarga de trabajo a la unidad central, con las ventajas que conlleva.
Procesadores periféricos inteligentes:
Son módulos que incluyen su propio procesador, memorias y puntos auxiliares de entrada / salida. Estos procesadores contienen en origen un programa especializado en la ejecución de una tarea concreta, a la que le basta conocer los puntos de consigna y los parámetros de aplicación para ejecutar, de forma autónoma e independiente de la CPU principal, el programa de control.
Un sistema automatizado funciona básicamente de la siguiente manera: mediante la utilización sensores (que son esencialmente instrumentos de medición), se recibe la información sobre el funcionamiento de la o las variables que deben ser controladas (temperatura, presión, velocidad, o cualquier otra que pueda cuantificarse), esta información se convierte en una señal eléctrica (analógica o digital), que es comparada con otra señal de referencia por medio del ordenador para determinar la variable.
Si la señal eléctrica no concuerda con la señal de referencia, de inmediato se genera una señal de control (que básicamente es una nueva instrucción), por la que se acciona un actuador o elemento ejecutante (que generalmente son válvulas y motores), el cual convierte la señal de control en una acción sobre el proceso de producción capaz de alterar la señal original imprimiéndole el valor o la dirección deseada.
La flexibilidad de las máquinas permite su fácil adaptación tanto a una producción individualizadas y diferenciada en la misma línea de producción, como a un cambio total de la producción. Esto posibilita una adecuación flexible a las diversas demandas del mercado.
14
Por estas razones, la inversión en tecnología de automatización no puede ser considerada como cualquier otra inversión, sino como una necesaria estrategia de competitividad, no invertir en esta tecnología implica un alto riesgo de rápido desplazamiento por la competencia.
1.3 SISTEMAS SCADA
“SCADA viene de las siglas de "Supervisory Control And Data Acquisition" (Supervisión, Control y Adquisición de Datos). Este sistema se trata de una aplicación de software especialmente diseñada para funcionar sobre ordenadores en el control de producción industrial”10.
Un sistema SCADA proporciona comunicación, normalmente en tiempo real, con los dispositivos
de
campo
(controladores
autónomos,
controladores
lógicos
programables, etc.) y controla el proceso de forma automática desde la pantalla del ordenador.
Este sistema además provee de toda la información que se genera en el proceso productivo a diversos usuarios, tanto del mismo nivel como de otros niveles distintos dentro de la misma empresa, tales como: control de calidad, supervisión, mantenimiento, etc.
En este tipo de sistemas por lo general existe un ordenador, que efectúa las tareas de supervisión y gestión de alarmas, así como tratamiento de datos y control de procesos. Los programas necesarios, y en su caso el hardware adicional que se necesite, se denomina sistema SCADA.
Un SCADA es un sistema basado en ordenadores, que permite supervisar y controlar una instalación de cualquier tipo, el lazo de control es generalmente cerrado por el operador.
10
http://personal.redestb.es/efigueras/memoria.htm
15
Hoy en día es fácil hallar un sistema SCADA realizando labores de control automático en cualquiera de sus niveles, aunque su labor principal sea la de supervisión y control por parte del operador.
1.3.1 PRESTACIONES DE UN SCADA
Dentro de las funciones o prestaciones básicas que pueden ser realizadas por un sistema SCADA están las siguientes:
Obtener, almacenar e indicar información, en forma continua y confiable, correspondiente a la señalización de campo: estados de dispositivos, mediciones, posiciones, alarmas, etc.
Ejecutar acciones de control, iniciadas por el operador del proceso, tales como: apertura o cierre de válvulas, arrancar o parar motores, etc.
Poner en alerta al operador sobre cambios detectados durante el proceso, tanto aquellos cambios que no se consideren normales (alarmas) como aquellos cambios que se produzcan en la operación diaria de la planta (eventos).
Almacenar los cambios detectados en el proceso, en una base de datos en el sistema, para su posterior análisis.
Aplicaciones en general, basadas en la información obtenida por el sistema, tales como: reportes, gráficos de tendencias, registros históricos de variables, cálculos, predicciones, detección de fugas, etc.
Posibilidad de crear paneles de alarma, que exigen la presencia del operador para reconocer una parada o situación de alarma.
16
Contar con un registro de incidencias (tanto de alarmas como de eventos), para evaluaciones y correcciones posteriores.
Generación de históricos de señal de planta, que pueden ser volcados para su proceso sobre una hoja de cálculo.
Desarrollo de aplicaciones para ordenadores (tipo PC, por ejemplo), con captura de datos, análisis de señales, presentaciones en pantalla, envío de resultados a disco e impresora, etc.
1.3.2 RAZONES PARA IMPLEMENTAR UN SISTEMA SCADA11 Para evaluar si un sistema SCADA es necesario para manejar una instalación industrial dada, el proceso a controlar debe cumplir las siguientes características:
La cantidad de variables del proceso que se necesita monitorear debe ser alto.
El proceso está geográficamente distribuido. Esta condición no es limitativa, ya que puede instalarse un sistema SCADA para la supervisión y control de un proceso concentrado en un lugar.
La información del proceso, o de los cambios que se produzcan en el mismo, se necesita en el momento en que los cambios se producen, o en otras palabras, la información se requiere en tiempo real.
La necesidad de optimizar y facilitar las operaciones de la planta, así como la toma de decisiones, tanto gerenciales como operativas.
Los beneficios obtenidos en el proceso justifican la inversión en un sistema SCADA. Estos beneficios pueden reflejarse como aumento de la efectividad de la producción, de los niveles de seguridad, etc.
11
http://www.ciencias.com.ar/electronica/electricidad/automatizacion-red-electrica/index.php
17
1.3.3 MÓDULOS DE UN SCADA.12
Los módulos o bloques software que permiten las actividades de adquisición, supervisión y control dentro de un sistema SCADA son los siguientes:
Configuración:
Permite al usuario definir el entorno de trabajo de su SCADA, adaptándolo a la aplicación particular que se desea desarrollar.
Interfaz gráfico del operador:
Proporciona al operador las funciones de control y supervisión de la planta en pantalla. El proceso se representa mediante sinópticos gráficos almacenados en el ordenador de proceso y generados desde el editor incorporado en el SCADA o importados desde otra aplicación durante la configuración del paquete.
Módulo de proceso:
Ejecuta las acciones de mando preprogramadas a partir de los valores actuales de variables leídas.
Gestión y archivo de datos:
Se encarga del almacenamiento y procesamiento ordenado de los datos, de forma que otra aplicación o dispositivo pueda tener acceso a ellos, inclusive de forma remota a través de reportes WEB.
12
Comunicaciones:
http://www.automatas.org/redes/scadas.htm
18
Se encarga de la transferencia de información (en tiempo real) entre la planta y la arquitectura hardware que soporta el SCADA, y entre ésta y el resto de elementos informáticos de gestión. El ordenador continúa con su progreso. El PC se ha establecido en un gran número de campos. Los componentes hardware y software están siendo cada vez más potentes, más adaptables y más rentables. Es lógico, por tanto, que la industria quiera tomar provecho de este dispositivo, para reducir costos y/o incrementar la productividad.
No hay que sorprenderse entonces, que los especialistas en automatización y los usuarios estén pensando ahora en qué forma se pueden transferir al PC otras tareas, para poder llegar a un mayor ahorro.
Tiempo real.
La capacidad en tiempo real se refiere a la capacidad del ordenador para procesar datos y proporcionar los resultados de un proceso dentro de un tiempo especificado. En este contexto "estrictamente en tiempo real" significa que un sistema reacciona a los eventos externos dentro de un tiempo especificado en un 100% de los casos. Además si se habla de “tiempo real” el sistema debe responder en tiempos concretos también en un 100% de los casos. Si, de otra forma, los tiempos concretos de reacción pueden superarse en ciertos casos, como en sistemas no críticos, hablamos de "tiempo real suave".
Hardware en sistemas de supervisión: PLC y PC.
“El hecho es que las tareas automatizadas de control, visualización y monitoreo pueden ser efectuadas por PLCs mejor que con sistemas exclusivos de control basados en PC, no obstante, depende de un gran número de factores y la mayoría deben ser considerados individualmente para cada proyecto de automatización”13.
Así, por ejemplo, los actuales conocimientos y preferencias del usuario pueden jugar un mayor papel que la pura potencia del ordenador. Los factores cruciales, no 13
http://www.automatas.org/redes/scadas.htm
19
obstante, son los atributos de capacidad en tiempo real y las propiedades de seguridad que hasta ahora han sido fuertemente asociadas con el PLC, aunque el PC también puede disponer de la característica de capacidad en tiempo real.
Los controladores lógicos programables, en la gran mayoría de los casos, están diseñados específicamente para ser empleados en ambientes industriales exigentes y han sido continuamente desarrollados de forma que su robustez y sus sistemas operativos en tiempo real representan su mayor virtud.
Los PLC`s son y seguirán siendo, la primera elección para todo control de tareas críticas o extremas, por su rendimiento y simpleza, en los que un PC podría estar simplemente "sobrecargado" debido al trabajo que le pueden suponer otras tareas de ámbito común, como la gestión y visualización de datos, accesos a elementos periféricos, bases de datos, etc...
Si, además del control de tareas, se necesita un procesamiento de datos, trabajo en red o visualización (una aplicación SCADA), un sistema basado en PC debe ser tomado en consideración.
En cuanto a sistemas operativos, Windows por ejemplo, no es estrictamente un sistema operativo en tiempo real como el de un PLC, pero puede actuar de forma suficientemente rápida para aplicaciones "suaves" en tiempo real, gracias a su arquitectura.
1.3.4 FLUJO DE INFORMACIÓN EN UN SCADA14.
El flujo de información en los sistemas SCADA es como se describe a continuación:
14
El fenómeno físico:
http://www.infoplc.net/Documentacion/Docu_SCADA/infpPLC_net_Introduccion_Sistemas_SCADA.pdf
20
Lo constituye la variable que deseamos medir. Dependiendo del proceso, la naturaleza del fenómeno es muy diversa: presión, temperatura, flujo, potencia, intensidad de corriente, voltaje, densidad, etc. Este fenómeno debe traducirse a una variable que sea inteligible para el sistema SCADA, es decir, en una variable eléctrica, para ello, se utilizan los sensores.
Sensores:
Convierten las variaciones del fenómeno físico en variables eléctricas. Las variables eléctricas más utilizadas son: voltaje, corriente,
resistencia o capacitancia. Sin
embargo, esta variedad de tipos de señales eléctricas deben ser procesadas para ser entendidas por el ordenador. Para ello se utilizan los acondicionadores de señal
Acondicionadores de señal:
La función de estos dispositivos es la de referenciar los cambios eléctricos a una misma escala de corriente o voltaje, además, provee aislamiento eléctrico y filtraje de la señal con el objeto de proteger el sistema de ruidos originados en el campo.
VARIABLE A MEDIR
SENSOR
ACONDICIONADOR DE SEÑAL CONVERSIÓN DE DATOS
TOMA DE DESICIÓN
SALIDA DE CONTROL
SI ERROR
NO
Figura 1.3 Flujo de información en un SCADA
21
Conversión de datos:
Una vez acondicionada la señal, la misma se convierte en un valor digital equivalente en el bloque de conversión de datos, generalmente, esta función es llevada a cabo por un circuito de conversión analógico/digital. El ordenador almacena esta información, la cual es utilizada para su análisis y para la toma de decisiones. Simultáneamente, se muestra la información al usuario del sistema en tiempo real.
Toma de decisión:
Basado en la información, el operador puede tomar la decisión de realizar una acción de control sobre el proceso. El operador comanda al ordenador a realizarla, y de nuevo debe convertirse la información digital a una señal eléctrica, esta señal eléctrica es procesada por una salida de control, la cual funciona como un acondicionador de señal.
1.3.5 REQUISITOS DE UN SCADA: 15
Para que la implementación de un sistema SCADA sea perfectamente aprovechada, tanto en el momento de su implementación como en una futura ampliación, debe cumplir los siguientes requisitos básicos:
Deben ser sistemas de arquitectura abierta, es decir, sistemas capaces de crecer o adaptarse a un nuevo proceso según las necesidades cambiantes del lugar donde va a ser implementado.
Deben utilizarse programas sencillos de instalar, sin excesivas exigencias de hardware, y que sean fáciles de utilizar, con interfaces amigables con el usuario.
15
http://www.automatas.org/redes/scadas.htm
22
“Con frecuencia un sistema SCADA no surge como una necesidad absoluta o imperativa sobre un proceso industrial ya existente en una empresa, pero es requerido para la administración del negocio, es sumamente común que una vez instalado el sistema,
aparezcan
nuevos
beneficios
que
superan
a
los
originalmente
planificados.”16
16
www.tech-faq.com/lang/es/scada
23
CAPITULO II DESCRIPCIÓN DEL MÓDULO “BANDA TRANSPORTADORA”
2.1 CARACTERÍSTICAS
El módulo “banda transportadora” de Lab-Volt, (figura 2.1) está diseñado para enseñar el funcionamiento de un sistema de banda transportadora, mediante un Controlador Lógico Programable, Software y Hardware que componen el sistema SCADA.
Figura 2.1 Vista general del módulo banda transportadora
El módulo incluye los siguientes componentes:
Banda transportadora externa (principal).
Banda transportadora interna (transversal).
Sensores fotoeléctricos. 24
Un sensor inductivo.
Un sensor capacitivo.
Barreras y topes eléctricos.
Dos mecanismos de transferencia.
Una estación de taladrado simulada.
Una estación de estampado simulada.
Un panel de operación.
Un Controlador Lógico Programable.
Cable de comunicación PLC-PC
Panel de interconexión.
Los elementos que se adicionaron al equipo para mejorar su funcionamiento son:
Un tope eléctrico.
Dos electroimanes.
Reguladores de presión de aire.
Dos Displays de Cristal Líquido (LCD)
Simulando la operación de una línea de montaje industrial, la banda transportadora exterior mueve las piezas de trabajo a lo largo de la banda a una velocidad constante. Un programa de control en el PLC dirige la acción de todos los mecanismos incorporados en el equipo.
Basado en las señales de entradas proporcionadas por los sensores, el programa del PLC da instrucciones a los diferentes mecanismos para actuar de forma coordinada, detener las piezas de trabajo en un punto establecido, girarlas a una posición y lugar precisos y realizar procesos simulados de taladrado y estampado.
2.2 DESCRIPCIÓN GENERAL
La banda transportadora externa está hecha de plástico modular, es de forma oval/rectangular y de velocidad constante, 25
El módulo posee una banda transportadora cruzada (banda transversal), reversible y de velocidad constante.
La banda transportadora interna tiene la posibilidad de invertir su sentido de dirección.
El equipo incluye un autómata programable SIEMENS S7200 CPU 224, con 14 entradas discretas de 24 V cc y 10 salidas tipo relé, un bastidor de expansión proporciona 8 salidas adicionales tipo relé.
Un regulador de presión, a la entrada de la toma neumática, permite el ajuste de la presión del proceso al valor deseado.
La consola del operador incluye un panel plano con un diagrama e interruptores de anulación para facilitar el control manual y automático a los dispositivos.
El Sistema de fabricación sobre banda transportadora de Lab-Volt tiene la posibilidad de ser controlado, de forma manual por medio de interruptores en el panel de operación, de forma automática por medio del PLC o por una combinación de los controles manuales y del PLC.
Los elementos sensores (fotoeléctricos, inductivos y capacitivos) se conectan al PLC por medio del panel de interconexión. Cada uno de estos sensores está conectado al panel de control con un conector de conexión rápida.
Los cilindros neumáticos de carga y descarga facilitan la transferencia de la pieza entre las dos bandas transportadoras.
Es posible realizar la programación del PLC desde el computador con el Software de programación STEP 7 MicroWIN SP1 Versión 3.2. Para programar el PLC a partir de un ordenador, se necesita una Interfaz para PC (cable PC/PPI). Dicha interfaz
26
convierte los niveles de señales RS-232 del ordenador a señales RS-485 compatibles con el PLC.
2.2.1 PIEZAS DE TRABAJO
Son las piezas que se mueven sobre la banda transportadora, en estas se han agregado adhesivos de material reflectivo sobre los lados adyacentes para que los sensores de tipo retrorreflectivo puedan ser activados, adicionalmente tienen 4 orificios en su parte superior que facilitan la transferencia de la pieza entre las bandas principal y transversal.
Figura 2.2 Piezas de trabajo
Estos bloques tienen la capacidad de girar sobre un eje en su base.
2.2.2 TOPES ELECTROMECÁNICOS
Los mecanismos de los topes son accionados por solenoides de 24 Vcc. Son utilizados para crear una línea de espera en una pieza de trabajo, mientras se realiza un proceso en otra.
27
Figura 2.3 Tope electromecánico
2.2.3 BARRERAS ELECTROMECÁNICAS
Las barrerasas, al igual que los topes, son dispositivos electro mecánicos accionados por solenoides de 24 Vcc. Son utilizados para crear una barrera física a través de la banda transportadora exterior y también sirve como carril de guía durante las operaciones de transferencia de las piezas de trabajo hacia la banda transversal.
Figura 2.4 Barrera electromecánica
Aunque los topes y las barreras tienen la función de detener la pieza de trabajo, su diferencia está en que las barreras sirven como carril de guía en las operaciones de transferencia de las piezas de trabajo hacia la banda transversal, mientras que los topes crear una línea de espera mientras se realiza una maniobra en la pieza de trabajo.
28
2.2.4 TRANSFERENCIAS
Dos transferencias se utilizan en este sistema, ambas permiten sujetar y transferir las piezas de trabajo de una banda transportadora a otra. Además, uno de los dos mecanismos de transferencia permite la rotación de las piezas de trabajo a 90 grados (figura 2.6).
Figura 2.5 Transferencia normal
Figura 2.6 Transferencia con giro de 90ª
Ambas transferencias se montan en la estructura de la parte superior de la banda transportadora cruzada. Son accionados por cilindros equipados con válvulas de control de flujo.
2.2.5 ESTACIÓN DE ESTAMPADO
La estación de estampado cuenta con un mecanismo neumático vertical, equipado con válvulas de control de flujo, que simula el sellado de la parte superior de la pieza de trabajo.
29
Figura 2.7 Estación de estampado.
2.2.6 ESTACIÓN DE TALADRADO
La estación de taladrado cuenta con un taladro neumático instalado sobre una base móvil, esta base es accionada por un cilindro neumático. El taladro está montado horizontalmente para simular la perforación de la cara de una pieza de trabajo. El taladro se simula por una barra cilíndrica de punta redonda.
Figura 2.8 Estación de taladrado.
30
2.2.7 PANEL DE OPERACIÓN
El panel de operación principal contiene los controles e interruptores de siguientes mecanismos:
Interruptor principal de alimentación.
Interruptor de banda transportadora principal.
Interruptor de banda transportadora cruzada.
Tope 1.
Tope 2.
Estación de taladrado.
Estación de estampado.
Puerta 1.
Puerta 2
Transferencia 1.
Transferencia 2.
Salidas del sensor.
Luces indicadoras.
2.2.8 PANEL DE INTERCONEXIÓN
El panel de interconexión, que se encuentra situado bajo el nivel de la banda transportadora, proporciona alimentaciones eléctricas y neumáticas múltiples, que se detallan a continuación:
Entradas del sensor con terminales de conexión rápida (8).
Conectores de entrada (4).
Conectores de salida (4).
Válvulas de control (9).
Válvulas de control de flujo (6).
31
2.3 COMPONENTES ELÉCTRICOS
2.3.1 SENSORES FOTOELÉCTRICOS
“Los sensores fotoeléctricos son dispositivos electrónicos que trabajan detectando el cambio de intensidad de una fuente de luz que, o bien es reflejada, o bien interrumpida por el objeto a detectar. El cambio en el haz de luz puede ser el resultado de la presencia o ausencia del objeto, convirtiéndolos en cambios de estado de la salida”.17
Los sensores fotoeléctricos se utilizan en muchas industrias y aplicaciones para lograr una exacta detección de objetos sin necesidad de contacto físico. Un sensor fotoeléctrico tiene cuatro componentes básicos:
Fuente de luz
Sensor de luz
Lentes
Dispositivo de conmutación de salida
Fuente de luz:
Un diodo emisor de luz (LED) es un semiconductor de estado sólido que emite luz cuando se aplica corriente. Los LEDs se construyen para emitir longitudes de onda específicas o colores de la luz. Como fuente de luz se utilizan LEDs que emiten radiación infrarroja, roja visible, verde y azul en la mayoría de sensores fotoeléctricos. (Figura 2.9)
Detección de luz: 17
http://www.ing.uc.edu.ve/Contenido/pagina7.htm
32
Un foto sensor es el componente usado para detectar la fuente de luz. El fotodiodo o fototransistor es un componente de estado sólido que proporciona un cambio en la corriente conducida dependiendo de la cantidad de luz detectada. (Figura 2.9)
,Figura 2.9 Sensor fotoeléctrico sin lente
Figura 2.10 Sensor fotoeléctrico con lente
Lentes:
Los LEDs emiten luz y los foto sensores son sensibles a la luz en un amplio campo de visión. Para restringir este campo se utilizan lentes acopladas a los LEDs y a los foto sensores. Al reducir el ángulo de visión se incrementa el rango del LED o del foto sensor. Como resultado, las lentes también aumentan la distancia de detección de los sensores fotoeléctricos.
El haz de luz que emerge de una combinación de LED y lente es de una conicidad característica. El área del cono se incrementa con la distancia.
Dispositivo de salida:
Una vez que el sensor fotoeléctrico ha detectado el cambio de luz suficiente, es decir, ha detectado la presencia de un objeto, un dispositivo de salida conmuta la alimentación eléctrica en el circuito de control. La salida se activa o se desactiva, lo cual hace que este sensor sea un dispositivo digital. 33
2.3.1.1
SENSORES
FOTOELÉCTRICOS
POLARIZADOS
RETRORREFLECTIVOS
Los sensores fotoeléctricos polarizados retrorreflectivos son sensores que se pueden utilizar para detectar la gran mayoría de objetos, incluso objetos brillantes tales como productos con recubrimiento retráctil, metales brillantes, lámina metálica, entre otros.
Figura 2.11 Sensores fotoeléctricos polarizados retrorreflectivos
Estos sensores están diseñados principalmente para uso en aplicaciones donde un objeto opaco bloqueará completamente el haz efectivo entre el sensor y el reflector.
2.3.1.2 SENSORES FOTOELÉCTRICOS DIFUSOS NORMALES
Hay situaciones en las que es difícil, por no decir imposible, acceder a ambos lados de las piezas de trabajo. En estas aplicaciones, es necesario apuntar la fuente de luz directamente al objeto. La luz es dispersada por la superficie del objeto en todos los ángulos y una pequeña porción es reflejada nuevamente para ser detectada por el receptor contenido en la misma carcasa. Este modo de detección se llama difusa o de proximidad.
Figura 2.12 Sensores fotoeléctricos difusos normales
34
El sensor fotoeléctrico difuso normal está diseñado para detectar la luz reflejada directamente por la superficie del objeto a ser detectado. Una aplicación exitosa de sensores normales difusos puede ser problemática y debe tenerse cuidado para evitar detectar el fondo que está detrás del objeto u objetos ubicados en el área del objeto.
2.3.2 SENSORES CAPACITIVOS DE PROXIMIDAD
Los sensores capacitivos de proximidad han sido diseñados para trabajar generando un campo electrostático y detectando cambios en dicho campo a causa de un objeto que se aproxima a la superficie de detección. Los elementos de trabajo del sensor son, una sonda capacitiva de detección, un oscilador, un rectificador de señal, un circuito de filtraje y el correspondiente circuito de salida.
Figura 2.13 Sensores capacitivos de proximidad
En ausencia de objetos a detectar, el oscilador se encuentra inactivo. Cuando se aproxima un objeto, éste aumenta la capacitancia de la sonda de detección. Al superar la capacitancia un umbral predeterminado se activa el oscilador, el cual dispara el circuito de salida para que cambie entre “on” y “off”.
La capacitancia de la sonda de detección viene condicionada por el tamaño del objeto a detectar, por la constante dieléctrica y por la distancia existente entre éste y el sensor. A mayor tamaño y mayor constante dieléctrica de un objeto, mayor incremento de capacitancia. A menor distancia entre objeto y sensor, mayor incremento de capacitancia de la sonda por parte del objeto.
35
2.3.3 SENSORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS
Los sensores inductivos de proximidad han sido diseñados para trabajar generando un campo magnético y detectando las pérdidas de corriente de dicho campo generadas al introducirse en él los objetos de detección férricos y no férricos.
Figura 2.14 Sensores de proximidad inductivos
El sensor consiste en una bobina con núcleo de ferrita, un oscilador, un sensor del nivel de disparo de la señal y un circuito de salida. Al introducir un objeto metálico en el campo, se inducen corrientes de histéresis en el objeto. Debido a ello hay una pérdida de energía y una menor amplitud de oscilación. El circuito sensor reconoce entonces un cambio específico de amplitud y genera una señal que conmuta la salida de estado sólido a la posición “ON” (Encendido) y “OFF” (Apagado).
2.3.4 ELECTROIMANES
En el presente proyecto se utilizaron dos electroimanes de sujeción circulares.
Un electroimán es un dispositivo electromagnético destinado a transformar la energía eléctrica en energía mecánica. Los electroimanes de corriente continua se fabrican con aleaciones férricas.
36
Figura 2.15 electroimanes de sujeción circulares
Su funcionamiento es muy sencillo, cuando se activa la corriente se genera un campo magnético que queda concentrado en la armadura de hierro, permitiendo así cualquier tipo de sujección.
Este tipo de electroimanes se activa únicamente mediante la corriente eléctrica. Su principal característica es su gran fuerza de retención con un consumo de corriente moderado.
2.3.5 LCD
LCD (Liquid Crystal Display) son las siglas en inglés de Pantalla de Cristal Líquido.
Se trata de un dispositivo de visualización grafico para la presentación de caracteres, símbolos o incluso dibujos, está formado por 2 capas conductoras transparentes y en medio un material especial cristalino (cristal líquido) que tienen la capacidad de orientar la luz a su paso.18
La mayoría de cristales responden con facilidad a los campos eléctricos, exhibiendo distintas propiedades ópticas en presencia o ausencia del campo.
LCD DE TEXTO Permiten visualizar mensajes cortos de
texto. Existen
algunos modelos
estandarizados en la industria, en función de su tamaño medido en número de líneas y columnas de texto. Existen modelos de una, dos y cuatro filas únicamente. El número de columnas típico es de ocho, dieciséis, veinte y cuarenta caracteres.
18
http://www.planetaelectronico.com.
37
Figura 2.15 LCD
“El controlador Hitachi HD44780 se ha convertido en un estándar cuyas especificaciones funcionales son imitadas por la mayoría de los fabricantes”. 19
LCD 2 x 16:
Dispone de 2 filas de 16 caracteres cada una y cada carácter dispone de una matriz de 5x7 puntos (pixels). Este dispositivo esta gobernado internamente por un microcontrolador y regula todos los parámetros de presentación, este modelo es el mas comúnmente usado.
Características principales:
19
Pantalla de caracteres ASCII.
Desplazamiento de los caracteres hacia la izquierda o la derecha.
Proporciona la dirección de la posición absoluta o relativa del caracter.
Movimiento del cursor y cambio de su aspecto.
Permite que el usuario pueda programar 16 caracteres.
Conexión a un procesador usando un interfaz de 4 u 8 bits
Velocidad de trabajo 9600 o 2400 baudios
http://www.x-robotics.com/lcd.htm#LCD.
38
Descripción de pines del LCD:
PIN Nº
SIMBOLO
1 2 3
Vss Vdd Vo
4
RS
5
R/W
6
E
7-14
D0-D7
DESCRIPCION
Tierra de alimentación GND Alimentación de +5V CC Contraste del cristal liquido. ( 0 a +5V ) Selección del registro de control/registro de datos: RS=0 Selección registro de control RS=1 Selección registro de datos Señal de lectura/escritura: R/W=0 Escritura (Write) R/W=1 Lectura (Read) Habilitación de la pantalla: E=0 Pantalla desactivada E=1 Pantalla activada Bus de datos bidireccional. Tabla 1 Descripción de pines LCD
Interpretación del significado de los Pines del Modulo LCD:
El Pin numero 4:
Denominado "RS" trabaja paralelamente al Bus de datos del LCD. Si el Pin numero 4 = 0 le dirá al modulo LCD que esta presente en el bus de datos una instrucción, por el contrario, si el Pin numero 4 = 1 le dirá al modulo LCD que esta presente un símbolo o un carácter alfa numérico.
El Pin numero 5:
Denominado "R/W" trabaja paralelamente al Bus de datos del modulo LCD. Es utilizado de dos maneras, ya que usted podrá decirle al modulo LCD que escriba en pantalla el dato que esta presente en el Bus; por otro lado también podrá leer que dato esta presente en el Bus.
Si el Pin numero 5 = 0 el modulo LCD escribe en pantalla el dato que esta presente el Bus; pero si el Pin numero 5 = 1 significa que usted necesita leer el dato que esta presente el bus del modulo LCD.
39
El Pin numero 6:
Denominado "E" que significa habilitación del modulo LCD tiene una finalidad básica: conectar y desconectar el modulo. Esta desconexión no estará referida al voltaje que le suministra la corriente al modulo; la desconexión significa tan solo que se hará caso omiso a todo lo que este presente en el bus de datos de dicho modulo LCD.
Los Pines desde el número 7 hasta el número 14:
Representan 8 líneas que se utilizan para colocar el dato que representa una instrucción para el modulo LCD o un carácter alfa numérico. El Bus de datos es de 8 Bits de longitud y el Bit menos significativo esta representado en el Pin numero 7, el Pin mas significativo esta representado en el Pin numero 14
2.4 COMPONENTES NEUMÁTICOS
El módulo “Banda Transportadora” cuenta con los siguientes componentes neumáticos:
Cilindros de doble acción.
Válvulas de control de flujo.
Válvulas de control 5/2.
2.4.1 CILINDROS DE DOBLE ACCIÓN20 El cilindro de doble acción o de doble efecto genera un movimiento rectilíneo (carrera del émbolo) que puede ser de avance y de retroceso. Este tipo de cilindro puede producir trabajo en los dos sentidos de carrera del émbolo, ya que posee dos tomas de aire comprimido, situadas a ambos lados del émbolo. 20
Manual de neumática PN-2100, DEGEM
40
Figura 2.17 Cilindro de doble acción:
La carrera del émbolo de un cilindro neumático puede desarrollarse a una alta velocidad. En este caso, generalmente conviene amortiguar los finales de la carrera del émbolo para evitar el ruido excesivo y los choques bruscos tanto internamente (que pudieran deteriorar a algunas de las partes interiores que constituyen el cilindro) como externamente (que pudieran causar daños en el vástago del cilindro y en los objetos externos que él manipula).
La fuerza desarrollada por un cilindro de doble efecto al avanzar el vástago depende de la presión del aire, de la sección del émbolo y del rendimiento o pérdidas por rozamiento en las juntas dinámicas. En el retroceso será preciso considerar también el diámetro del vástago.
2.4.2 VÁLVULA DE CONTROL DE FLUJO
“La válvula de control de flujo, llamada también válvula reguladora del gasto, actúa reduciendo el caudal del aire comprimido, variando de este modo su velocidad”21.
En este caso, la regulación se la lleva a cabo manualmente por medio de un tornillo regulador.
Los controles de flujo proporcionan calibración de salida del control de escape de aire de un cilindro neumático mientras proporciona flujo completo en la dirección opuesta. Algunos tipos de válvulas reguladoras pueden ser utilizadas para montarse directamente al cilindro.
21
Manual de neumática PN-2100, DEGEM, Capítulo 13, página 15
41
2.4.3 VÁLVULA DE CONTROL 5/2
“Las válvulas de control direccional tienen por objeto comandar el caudal de aire comprimido hacia los cilindros, haciéndolos entrar en el momento oportuno y permitiendo el escape de aire cuando se desea invertir el movimiento del pistón”22.
Esta válvula posee 5 vías, se la se utiliza para actuar directamente sobre el cilindro, cuando cumple este papel eso se la denomina también válvula de operación La aplicación más usual de la válvula 5/2 es la de controlar el avance y retroceso de un cilindro de doble efecto, en una posición de la válvula el cilindro avanza y en la otra retrocede.
Figura 2.17 a
Figura 2.17 b Figura 2.18 Válvula de control 5/2
Para controlar un cilindro de doble efecto hay que cambiar simultáneamente las vías de entrada y escape presión
Cuando el pulsador es accionado (Figura 2.17 a) la vía 1 se conecta a la 4 y la salida 2 se conecta al escape por la vía 3 haciendo que el cilindro salga. Cuando dejamos de pulsar (Figura 2.17 b) la vía 1 se conecta a la vía 2 permitiendo la entrada del aire y la 4 se conecta a la 5 haciendo que el cilindro regrese a la posición inicial.
22
http/www.sapiensman.com/neumática_hidráulica20.htm
42
2.4.4 ELECTROVÁLVULAS (VÁLVULAS ELECTROMAGNÉTICAS)
Estas válvulas se utilizan cuando la señal proviene de un temporizador eléctrico, un final de carrera eléctrico o mandos electrónicos. En general, se elige el accionamiento eléctrico para mandos con distancias extremamente largas y cortos tiempos de conexión.
Las electroválvulas o válvulas electromagnéticas se dividen en válvulas de mando directo o indirecto. Las de mando directo solamente se utilizan para un diámetro pequeño, puesto que para diámetros mayores los electroimanes necesarios resultarían demasiado grandes
2.5 PARTE MECÁNICA
Dependiendo de la aplicación en estudio, los sensores, puertas, topes, finales de carrera y las estaciones de transferencia y de proceso se pueden montar en diferentes puntos, y desmontarlos con la misma facilidad, a lo largo de ambas bandas transportadoras por medio de broches de fijación rápida.
43
CAPITULO III
SISTEMA SCADA PARA EL MÓDULO BANDA TRANSPORTADORA
INTRODUCCION:
En el presente capítulo se va a desarrollar un sistema SCADA que permitirá controlar y supervisar el movimiento de la pieza de trabajo sobre la banda transportadora, se simularán errores para visualizar la realimentación del proceso.
Este sistema está compuesto de:
Software InTouch con las pantallas necesarias para visualizar el proceso.
Un PLC SIEMENS Simatic S7 200 cpu 224.
Un módulo de ampliación de 8 salidas digitales tipo relé.
Cable de comunicación PC/PPI.
Software I/O server S7200PPI.
LENGUAJE COMPUTACIONAL:
3.1 INTOUCH
“Es un paquete de software utilizado para crear aplicaciones de interfaz hombremáquina bajo entorno PC. Este programa utiliza como sistema operativo el entorno Windows. El paquete consta de dos elementos: WindowMaker y WindowViewer”23.
23
CORRALES Luis, Curso introductorio de InTouch, EPN, 2005
44
InTouch es un generador de aplicaciones destinadas a la automatización industrial, control de procesos y supervisión, este software puede actualizarse paralelamente a las nuevas tendencias y necesidades de los usuarios.
InTouch ofrece la posibilidad de generar aplicaciones SCADA al más alto nivel, utilizando las herramientas de programación orientadas a objetos, para usuarios no informáticos.
3.1.1 WINDOWMAKER
Es el sistema de desarrollo de InTouch, permite todas las funciones necesarias para crear ventanas animadas interactivas conectadas a sistemas de entradas/salidas externos o a otras aplicaciones Windows. “WindowMaker es una herramienta de dibujo basada en gráficos por objetos, en lugar de gráficos por píxeles. Básicamente se puede decir que se crean objetos independientes unos de otros, ello facilita la labor de la edición del dibujo y, lo que es más importante, permite una enorme sencillez y potencia en la animación de cada uno de los objetos, independientemente o por grupos"24.
3.1.2 WINDOWVIEWER
“Es el sistema runtime de InTouch, utilizado para rodar las aplicaciones creadas con el elemento anterior”25.
El paquete InTouch viene protegido por una llave física (licencia) que debe ser conectada al puerto paralelo del computador. Existen distintos tipos de llaves, dependiendo de cuál de ellas se utilice se podrá disponer de unas u otras funciones.
24 2
CORRALES Luis, Curso introductorio de InTouch, EPN, 2005
45
3.1.3 CARACTERÍSTICAS DE INTOUCH
Mejora significativamente la eficiencia operacional.
Propaga cambios eficientemente a múltiples aplicaciones.
Contiene gráficos orientados a objetos fáciles de configurar.
Visualiza y controla operaciones con una impresionante facilidad de uso.
Crea aplicaciones flexibles, ágiles y escalables.
Excelente facilidad de conectividad.
Conectividad con la más amplia gama de equipos y dispositivos.
Facilita a los usuarios el desarrollo fácil y rápido de aplicaciones industriales para crear las vistas gráficas de sus procesos.
Las aplicaciones de InTouch son suficientemente flexibles para cumplir necesidades inmediatas y poder aumentarlas para satisfacer requerimientos futuros, mientras conserva el valor de la inversión y los esfuerzos de la ingeniería. Esas aplicaciones de InTouch versátiles pueden usarse desde dispositivos móviles, computadoras remotas e incluso a través de Internet.
Las aplicaciones creadas con InTouch son lo suficientemente flexibles para cubrir las necesidades y permitir su ampliación para el acondicionamiento a futuros requerimientos.
3.1.4 REQUISITOS DEL SISTEMA
Cualquier máquina con un procesador 80486 o superior.
Por lo menos 100 MB de espacio libre en disco duro.
Por lo menos 64 MB de memoria de acceso aleatorio (RAM).
Adaptador de pantalla SVGA.
Puerto paralelo.
Dispositivo de puntero (por ejemplo, Mouse, joystick, etc).
Sistemas operativos Windows, de Microsoft (3.1 o superior).
46
3.2 COMUNICACIÓN PLC-INTOUCH 3.2.1 PROTOCOLOS DE COMUNICACIÓN26 Las CPUs S7-200 asisten diversos métodos de comunicación. Dependiendo de la CPU S7-200 utilizada, la red puede asistir uno o varios de los siguientes protocolos de comunicación:
Interface punto a punto (PPI).
Interface multipunto (MPI).
PROFIBUS.
Estos protocolos se basan en la intercomunicación de sistemas abiertos (OSI) de la arquitectura de siete capas. Los protocolos PPI y MPI se implementan en una red de anillo con testigo conforme al estándar Process Field Bus (PROFIBUS).
Se trata de protocolos asíncronos de caracteres que utilizan un bit de inicio, ocho bits de datos, un bit de paridad par y un bit de parada. Los bloques de comunicación dependen de los caracteres especiales de inicio y de parada, de las direcciones de estación de fuente y de destino, de la longitud de dichos bloques y de la suma de verificación para garantizar la integridad de los datos.
Los tres protocolos se pueden utilizar simultáneamente en una red sin que interfieran entre sí, con la condición de que usen una misma velocidad de transferencia.
PROFIBUS.
Utiliza el estándar RS-485 con cables de par trenzado. Ello permite interconectar hasta 32 dispositivos en un segmento de la red. Los segmentos pueden tener una longitud máxima de 1.200 m, dependiendo de la velocidad de transferencia. Es posible conectar repetidores para poder incorporar más dispositivos en la red o con objeto de utilizar cables más largos. Si se usan repetidores, las redes pueden tener una longitud de hasta 9.600 m, dependiendo de la velocidad de transferencia. 26
SIEMENS, Sistema de automatización s7-200, Manual de sistema, Edición 2001
47
Los protocolos prevén dos tipos de dispositivos de red: los maestros y los esclavos. Los maestros pueden enviar una petición a otros dispositivos. En cambio, los esclavos sólo pueden responder a las peticiones de los maestros, sin poder lanzar nunca una petición por su propia cuenta.
Los protocolos asisten 127 direcciones (0 a 126) en una red. Una red puede comprender 32 maestros como máximo. Todos los dispositivos que formen parte de una red deberán tener direcciones unívocas para poder comunicarse entre sí. El ajuste estándar para las unidades de programación SIMATIC y los PCs con STEP 7Micro/WIN 32 es la dirección “0”.
Protocolo PPI:
PPI es un protocolo maestro/esclavo. Los maestros (otras CPUs, unidades de programación SIMATIC o visualizadores de textos) envían peticiones a los esclavos y éstos últimos responden. Los esclavos no inician mensajes, sino que esperan a que un maestro les envíe una petición o solicite una respuesta. Todas las CPUs S7-200 actúan de estaciones esclavas en la red.
Estando en modo RUN, algunas CPUs S7-200 pueden actuar de estaciones maestras en la red si se encuentra habilitado el modo maestro PPI en el programa de usuario. Una vez habilitado el modo maestro PPI, se podrán enviar mensajes a otras CPUs, usando las operaciones Leer de la red (NETR) y Escribir en la red (NETW). Mientras actúa de estación maestra PPI, la CPU S7-200 sigue respondiendo en calidad de esclava a las peticiones de otros maestros.
El protocolo PPI no limita la cantidad de maestros que pueden comunicarse con una CPU cualquiera que actúe de esclava, pero la red no puede comprender más de 32 maestros.
48
3.2.2 CONFIGURACIÓN DEL I/O SERVER S7200PPI
En la presente tesis se utiliza el I/O Server S7200PPI para comunicar el controlador lógico programable con el ordenador.
Una vez instalado el software del I/O server S7200PPI en el ordenador se deben seguir los siguientes pasos para configurarlo correctamente: En el cuadro de diálogo “Com Port Settings” del menú Configure se debe verificar la tasa de transferencia, ésta debe ser la misma con la que se establecerá la comunicación PLC – STEP 7, para la paridad se debe seleccionar la opción “even” si la comunicación es a 11 bits o “none” si es a 10 bits, esta configuración depende de la disposición física de los dip switch del cable de comunicación PC/PPI, que se especifica en el capítulo 4.
Figura 3.1 Configuración del I/O server S7200PPI (a)
En el cuadro de diálogo “Modem Settings” del menú Configure se debe verificar solamente que la opción “Comm Port” se encuentre en COM 1, que es el puerto que se está utilizando en el presente proyecto.
Figura 3.2 Configuración del I/O server S7200PPI (b)
49
En el cuadro de diálogo “Topic Definition” el “Topic Name” lo pone el usuario, se puede utilizar el S7DEMO que viene por defecto. El “PLC Address” debe coincidir con la dirección remota, al igual que el “Com Port”. El “Max. Message Size” debe configurarse con 112 bytes para el CPU 224 del PLC. El tiempo de actualización del Server (“Update Interval”) depende del tipo y número de ítems, del tipo de PLC y de la velocidad del computador.
Figura 3.3 Configuración del I/O server S7200PPI (c)
En el cuadro de diálogo “DDE Server Settings” se mantiene la velocidad de barrido del puerto en 50 ms, se mantiene desactivada la opción “NetDDE” y se mantiene la dirección que se carga por defecto.
Figura 3.4 Configuración del I/O server S7200PPI (d)
50
3.2.3 COMUNICACIÓN INTOUCH – PLC
Para lograr la comunicación entre el PLC y el Software InTouch se configura un tagname, en el cuadro de diálogo “Tagname Dictionary” configuramos el “Type” que es el tipo de tag, para nuestro PLC seleccionamos I/O Discrete.
Figura 3.5 Comunicación InTouch – PLC (a)
En la opción “Access Name” se crea un nuevo Access Name, cuyo nombre y aplicación debe ser el mismo que el del Server (S7200PPI), el protocolo a utilizar es el DDE.
Figura 3.6 Comunicación InTouch – PLC (b)
Una vez hecho esto, la comunicación entre el software InTouch y el PLC se ha configurado y, dependiendo de la programación se puede visualizar el estado de las entradas y salidas del PLC en la pantalla del computador.
51
3.3 SIMULACIÓN DE MÓDULO “BANDA TRANSPORTADORA” 3.3.1 PANTALLA “PRESENTACIÓN”
Al realizar el runtime de nuestra aplicación, se visualizará en primer lugar la pantalla “PRESENTACIÓN”, la cual contiene los datos más importantes acerca del proyecto, en este caso es la información de la tesis.
Figura 3.7 Pantalla “PRESENTACIÓN”
Programación del botón “INGRESO”:
Este botón simplemente permite visualizar la siguiente pantalla del proceso, en este caso,
se
oculta
la
pantalla
“PRESENTACIÓN”
y
aparece
la
pantalla
“SEGURIDAD”, figura 3.8.
Figura 3.8 Programación del botón “INGRESO”.
52
3.3.2 PANTALLA “SEGURIDAD”
Esta pantalla permite dar un nivel de seguridad al colocar un nombre de usuario y una contraseña para poder tener acceso al proceso, al ingresar correctamente estos nombres aparecerá el botón “INGRESAR”, el mismo que nos va a dar acceso al proyecto, figura 3.9.
Figura 3.9 Pantallas “SEGURIDAD”
Programación del botón “INGRESAR USUARIO”:
Figura 3.10 Programación del botón “INGRESAR USUARIO”.
Una vez programado este botón, al momento de seleccionarlo aparecerá un espacio en el cual se ingresará el nombre del operador, una vez colocado el nombre, se oprime la tecla ENTER y este nombre entra al sistema
53
Programación del botón “INGRESAR PASSWORD”:
Figura 3.11 Programación del botón “INGRESAR PASSWORD”.
Al igual que el botón anterior, al momento de seleccionarlo aparecerá un espacio en el cual se ingresará la contraseña del usuario, una vez ingresada, se oprime la tecla ENTER y este nombre entra al sistema.
Programación de niveles de seguridad:
La programación de diferentes niveles de seguridad nos permite restringir o limitar el acceso a ciertas opciones del proceso dependiendo del usuario, el usuario con el nivel de seguridad más alto tendrá el mayor acceso, mientras que los usuarios de bajos niveles de seguridad tendrán menos acceso. La programación de los niveles de acceso para los diferentes usuarios se realiza de la siguiente manera:
Figura 3.12 Configuración de usuarios
54
Una vez seleccionada esta opción aparece la pantalla que se indica en la figura 3.13, aquí se configura el nombre de los usuarios y el nivel de acceso de cada uno.
Figura 3.13 Configuración del Nivel de Acceso
Se debe tomar en cuenta que después de realizada esta configuración, la única manera de editarla (aumentar usuarios, cambiar contraseña, etc), es ingresando al programa con el nombre de usuario que posea el nivel de acceso más alto, los usuarios con bajo nivel de acceso no pueden realizar esta configuración.
3.3.3 PANTALLA “MENÚ”
Esta pantalla nos muestra una foto del módulo “Banda transportadora”, en esta pantalla se han colocado 2 botones, al seleccionar el botón “PROCESO” se da paso a la visualización general del proceso, en cambio al seleccionar el botón “REGRESAR”, aparece la ventana anterior, que es la ventana “SEGURIDAD”.
Figura 3.14 Pantalla “MENU”
55
El procedimiento para programar estos botones es sencillo, es similar al mostrado en la figura 3.8, la única diferencia es la ventana seleccionada para que aparezca o para que se oculte.
3.3.4
PROGRAMACIÓN
DE
LA
PANTALLA
“BANDA
TRANSPORTADORA”
La pantalla “BANDA TRANSPORTADORA” es la más importante, ya que en ella se visualiza todo el proceso que sigue la pieza de trabajo.
Figura 3.15 Pantalla “BANDA TRANSPORTADORA”
IF S1 == 1 THEN
Switch que hace que inicie todo el proceso.
IF Marca1 == 1 THEN CONT9 = 0; ENDIF; IF Marca1 == 1 THEN IF CONT1 == 100 THEN CONT1 = 0; ELSE CONT1 = CONT1 + 1; ENDIF; ENDIF;
; Si la Marca 1 del PLC se enciende, entonces ; El contador CONT1 cuenta hasta un valor máximo de 100 ; empezando la cuenta desde cero. ; El conteo sube de uno en uno. ; Se cierra el lazo.
Las Marcas programadas en InTouch son tags que, en este caso, están relacionados con las marcas internas que posee el PLC. 56
Las marcas internas del PLC son activadas por finales de carrera ubicados a lo largo de la banda transportadora, estas marcas activan los contadores (CONT) que a su vez hacen que se produzca el movimiento en pantalla.
IF Marca2 == 1 THEN CONT1 = 0; ENDIF; IF Marca2 == 1 THEN IF CONT2 == 500 THEN CONT2 = 0; ELSE CONT2 = CONT2 + 1; ENDIF; ENDIF; IF CONT2 == 15 THEN CONT3 = 0; ELSE CONT3 = CONT3 + 1; ENDIF; IF Marca7 == 1 THEN Show "ESTAMPADO FRONTAL"; ENDIF; IF Marca10 == 1 THEN Hide "ESTAMPADO FRONTAL"; ENDIF;
La Marca7 es activada por un sensor cuando la pieza de trabajo llega a la posición de estampado, y hace que se muestre la pantalla “ESTAMPADO FRONTAL”, una vez cumplido el proceso de estampado se activa la Marca10 que oculta esta pantalla.
IF Marca3 == 1 THEN CONT2 = 0; ENDIF; IF Marca3 == 1 THEN EST1 = 0; ENDIF; IF Marca3 == 1 THEN IF CONT4 == 500 THEN CONT4 = 0; ELSE CONT4 = CONT4 + 1; ENDIF; ENDIF; IF CONT4 == 14 THEN CONT5 = 0;
57
ELSE CONT5= CONT5 + 1; ENDIF; IF Marca20 == 1 THEN Show "ERROR EN ESTAMPADO"; ENDIF; IF Marca20 == 0 THEN Hide "ERROR EN ESTAMPADO"; ENDIF;
La Marca20 es activada cuando un sensor detecta que se ha producido un error y hace que se muestre la pantalla “ERROR EN ESTAMPADO”, la pantalla se oculta cuando la Marca20 se desactiva.
IF Marca3 == 1 THEN CONTc = 0; ENDIF; IF Marca4 == 1 THEN CONT4 = 0; ENDIF; IF Q4 == 1 THEN CONT4 = 0; ENDIF; IF Marca4 == 1 THEN IF CONT6 == 500 THEN CONT6 = 0; ELSE CONT6= CONT6 + 1; ENDIF; ENDIF; IF CONT6 == 18 THEN CONT8 = 0; ELSE CONT8= CONT8 + 1; ENDIF; IF Marca13 == 1 THEN Show "TALADRADO FRONTAL"; ENDIF; IF Marca14 == 1 THEN Hide "TALADRADO FRONTAL"; ENDIF;
Al igual que en el caso del estampado, La Marca13 es activada cuando la pieza de trabajo llega a la posición de estampado, y hace que se muestre la pantalla “TALADRADO FRONTAL”, una vez cumplido este proceso se activa la Marca14 58
que oculta esta pantalla. IF Marca5 == 1 THEN CONT6 = 0; ENDIF; IF Marca24 == 1 THEN Show "ERROR EN TALADRADO"; ENDIF; IF Marca24 == 0 THEN Hide "ERROR EN TALADRADO"; ENDIF;
La Marca24 es activada cuando un sensor detecta que se ha producido un error en el taladrado y hace que se muestre la pantalla “ERROR EN ESTAMPADO”, la pantalla se oculta cuando la Marca se desactiva. IF Marca5 == 1 THEN TAL1 = 0; ENDIF; IF Marca5 == 1 THEN IF CONT9 == 500 THEN CONT9 = 0; ELSE CONT9= CONT9 + 1; ENDIF; ENDIF; IF CONT9 == 12 THEN CONT10 = 0; ELSE CONT10 = CONT10 + 1; ENDIF; IF Marca6 == 1 THEN CONT9 = 0; ENDIF; IF Marca6 == 1 THEN CONTt = 0; ENDIF; ENDIF;
59
3.3.6
PROGRAMACIÓN
DE
LA
PANTALLA
“ESTAMPADO
FRONTAL”
La pantalla “ESTAMPADO FRONTAL”, aparece cuando la pieza de trabajo llega al lugar donde se produce la simulación de estampado, con la ayuda de esta pantalla se visualiza cómo se lleva a cabo este proceso.
Figura 3.16 Pantalla “ESTAMPADO FRONTAL”
Cuando un sensor detecta la presencia de la pieza de trabajo en el lugar de del estampado se activa la Marca7.
En este caso, los contadores son nombrados como EST, estos contadores hacen que el esquema de simulación tenga movimiento. IF Marca7 == 1 THEN IF EST1 == 60 THEN EST1 = 0; ELSE EST1 = EST1 + 1; ENDIF; IF EST1 == 15 THEN EST2 = 0; ELSE EST2 = EST2 + 1; ENDIF; IF EST1 == 40 THEN
60
EST3 = 0; ELSE EST3 = EST3 + 1; ENDIF; IF Marca10 == 1 THEN EST1 = 0; ENDIF; ENDIF;
3.3.7
PROGRAMACIÓN
DE
LA
PANTALLA
“ERROR
EN
ESTAMPADO”
Esta pantalla aparece cuando el sensor detecta un error en el proceso de estampado, en esta pantalla podemos visualizar como se realimenta el error para corregirlo, es decir, la pieza regresa de nuevo a la parte de estampado hasta que no existan fallas en el estampado.
Figura 3.17 Pantalla “ERROR EN ESTAMPADO”
IF Marca20 == 1 THEN IF Marca3 == 1 THEN CONTc = 0; ENDIF; IF CONTc == 250 THEN CONTc = 0; ELSE CONTc = CONTc + 1; ENDIF; IF CONTc == 92 THEN CONTd = 0; ELSE CONTd = CONTd + 1; ENDIF;
61
IF CONTc == 164 THEN CONTe = 0; ELSE CONTe = CONTe + 1; ENDIF; IF CONTc == 260 THEN CONTf = 0; ELSE CONTf = CONTf + 1; ENDIF; IF CONTc == 336 THEN CONTg = 0; ELSE CONTg = CONTg + 1; ENDIF; IF Marca15 == 1 THEN CONTc = 0; ENDIF; ENDIF;
3.3.8 PROGRAMACIÓN DE LA PANTALLA
“TALADRADO
FRONTAL”
Figura 3.18 Pantalla “TALADRADO FRONTAL”
La pantalla “TALADRADO FRONTAL”, aparece cuando la pieza de trabajo llega al lugar donde se produce la simulación del taladrado, con la ayuda de esta pantalla se puede visualizar cómo se lleva a cabo el taladrado.
IF Marca13 == 1 THEN
62
IF TAL1 == 60 THEN TAL1 = 0; ELSE TAL1 = TAL1 + 1; ENDIF; IF TAL1 == 15 THEN TAL2 = 0; ELSE TAL2 = TAL2 + 1; ENDIF; IF TAL1 == 40 THEN TAL3 = 0; ELSE TAL3 = TAL3 + 1; ENDIF; IF Marca14 == 1 THEN TAL1 = 0; ENDIF; ENDIF;
3.3.9
PROGRAMACIÓN
DE
LA
PANTALLA
“ERROR
EN
TALADRADO”
Esta pantalla nos permite visualizar la realimentación de la pieza de trabajo en caso de que el sensor detecte un error en el taladrado.
Figura 3.19 Pantalla “ERROR EN TALADRADO”
IF Marca24 == 1 THEN IF CONTt == 130 THEN CONTt = 0; ELSE CONTt = CONTt + 1; ENDIF;
63
IF CONTt == 30 THEN CONTu = 0; ELSE CONTu = CONTu + 1; ENDIF; IF CONTt == 50 THEN CONTv = 0; ELSE CONTv = CONTv + 1; ENDIF; IF CONTt == 70 THEN CONTw = 0; ELSE CONTw = CONTw + 1; ENDIF; IF CONTt == 90 THEN CONTx = 0; ELSE CONTx = CONTx + 1; ENDIF; IF CONTt == 110 THEN CONTy = 0; ELSE CONTy = CONTy + 1; ENDIF; IF S3 == 1 THEN CONTt = 0; ENDIF; ENDIF;
3.4 CONFIGURACIÓN DE ALARMAS
En la presente tesis se realizó la programación de una pantalla de alarma que representa 2 errores diferentes, se visualiza cuando se detecta un error, tanto en el proceso de estampado como en el proceso de taladrado, figura 3.21.
64
Figura 3.20 Pantalla “ALARMA”
Como se trata de una sola pantalla de alarma, que aparece para indicar 2 errores diferentes, debe programarse de tal manera que se pueda identificar qué tipo de error se produjo. Para ello se configuran 2 “condition script” (figura 3.22), en los que se programará las condiciones que hacen que se active la alarma y dependiendo de dicha condición aparecerá un mensaje indicando el tipo de error que hizo que se active.
Figura 3.21 Programación de la condición de alarma
Las condiciones bajo las cuales se activa la pantalla de alarma son las siguientes:
CONDICIÓN (nombre del tag)
DIRECCIÓN EN PLC
MENSAJE
Marca20 Marca24
M2.0 M2.4
ERROR EN ESTAMPADO ERROR EN TALADRADO
Tabla 2 Condiciones de activación de alarmas
Para completar la identificación del tipo de error que activa la pantalla de alarma se programa un texto tipo String asociado a la expresión ALARMA.
65
Figura 3.22 Identificación del tipo de alarma
Figura 3.23 Programación del mensaje de alarma
Una vez realizado este proceso, será fácilmente identificable cuál de los errores producidos en el proceso provocó que se active la pantalla alarma, figura 3.24.
Figura 3.24, Identificación de error
Programación del botón ACEPTAR:
Este botón sirve para que el operador la ha reconozca el tipo de error que se a producido, mientras el operador no pulse este botón la ventana de alarma permanecerá activa, indicando que se produjo un error.
66
Figura 3.25 Programación del botón “ACEPTAR”
Una vez aquí se programa lo siguiente: Ack $System; Hide "ALARMA";
Con esto se logra que el operador sepa que se produjo un error y en qué parte del proceso fue producido.
3.5 CAPAS OSI
”OSI (Open Systems Interconnection). Interconexión de Sistemas Abiertos, es un conjunto de estándares ISO relativo a la comunicación de datos, que ayuda a los fabricantes a crear redes que sean compatibles con otras redes”27.
El modelo OSI permite entender cómo viajan los datos por una red y la manera en la que las capas de red manipulan los datos entre nodos. Este modelo consta de 7 capas, cada una de ellas proporciona una serie de funciones que benefician a la capa superior y se apoyan al mismo tiempo en la inferior.
27
http://es.wikipedia.org/wiki/Modelo_OSI
67
CAPA 1, Capa de Aplicación:
Es la más cercana al usuario, en esta capa, el usuario y la computadora establecen contacto con la red a través de una interfaz conformada por los programas y aplicaciones utilizadas por el de usuario.
El usuario normalmente no interactúa directamente con el nivel de aplicación. Suele interactuar con programas que a su vez interactúan con el nivel de aplicación pero ocultando la complejidad que hay detrás.
Figura 3.26 Capas del modelo OSI
CAPA 2, Capa de Presentación:
Esta capa se encarga de convertir datos de entrada y salida de un formato de presentación a otro, es decir, se ocupa de los aspectos semánticos de la comunicación, estableciendo los arreglos necesarios para que puedan comunicar máquinas que utilicen diversa representación interna para los datos.
La capa de presentación proporciona sus servicios a la capa de aplicación, garantizando que la información que envía la capa de aplicación de un sistema pueda ser entendida y utilizada por la capa de aplicación de otro. CAPA 3, Capa de Sesión:
Es una extensión de la capa de transporte que ofrece control de diálogo y 68
sincronización, La capa de sesión proporciona sus servicios a la capa de presentación, proporcionando el medio necesario para que las entidades que se están comunicando por red organicen y sincronicen su diálogo y procedan al intercambio de datos.
Por lo tanto, el servicio provisto por esta capa es la capacidad de asegurar que, dada una sesión establecida entre dos máquinas, la misma se pueda efectuar para las operaciones definidas de principio a fin, reanudándolas en caso de interrupción. CAPA 4, Capa de Transporte:
Su función básica es aceptar los datos enviados por las capas superiores, dividirlos en pequeñas partes si es necesario, y pasarlos a la capa de red. La capa de transporte intenta conseguir una transferencia de datos segura y económica y un transporte confiable de datos entre los nodos de la red.
La capa de transporte proporciona sus servicios a la capa de sesión, efectuando la transferencia de datos entre dos entidades de sesión. Para ello, divide los datos originados en el host emisor en unidades apropiadas, denominadas segmentos, que vuelve a reensamblar en el sistema del host receptor. CAPA 5, Capa de Red:
El cometido de la capa de red es hacer que los datos lleguen desde el origen al destino, aún cuando ambos no estén conectados directamente. Es decir, se encarga de encontrar el camino más adecuado para llevar los datos al destino.
La capa de red proporciona sus servicios a la capa de transporte, siendo una capa compleja que proporciona conectividad y selección de la mejor ruta para la comunicación entre máquinas que pueden estar ubicadas en redes geográficamente distintas, los dispositivos encargados de encaminar los paquetes de datos, desde el origen hasta el destino a través de la mejor ruta posible se denominan routers o enrutadores.
69
CAPA 6, Capa de Enlace:
Se ocupa del direccionamiento físico, la detección y control de errores ocurridos en la capa física, la formación y entrega ordenada de datos, control de flujo y fiabilidad de la transmisión, su principal misión es convertir el medio de transmisión en un medio libre de errores de cualquier tipo, suministrando un tránsito de datos confiable a través de un enlace físico.
Para esto agrupa la información a transmitir en bloques ("Frames"), e incluye a cada uno una suma de control ("Checksum") que permitirá al receptor comprobar su integridad. Los datagramas recibidos son comprobados por el receptor, si algún datagrama se ha corrompido se envía un mensaje al remitente solicitando su reenvío. CAPA 7, Capa Física:
Es la encargada de transmitir los bits de información por la línea o medio utilizado para la transmisión, de manera que todo lo que envíe el emisor llegue sin alteración al receptor.
Se ocupa de las propiedades físicas y características eléctricas de los diversos componentes; de la velocidad de transmisión, si esta es uni o bidireccional (simplex, duplex o flull-duplex), también de aspectos mecánicos de las conexiones y terminales, incluyendo la interpretación de las señales eléctricas.
Se puede decir que esta capa se encarga de transformar un paquete de información binaria en una sucesión de impulsos adecuados al medio físico utilizado en la transmisión.
70
3.6 CAPAS OSI EN EL SISTEMA SCADA
El sistema SCADA desarrollado en este trabajo, cumple con 4 de las 7 capas OSI:
Capa de Aplicación: Esta capa está representada por las pantallas de intouch, que es la aplicación utilizada por el usuario.
Capa de Presentación: La capa de presentación está representada por el I/O server S7200PPI utilizada para la comunicación PLC-PC Capa de Enlace: La capa de enlace está representada por el PLC al momento de enviar datos hacia el ordenador.
Capa Física: Esta capa está representada por el cable PC/PPI, que convierte las señales del puerto RS-232 del ordenador en señales RS-485 entendidas por el PLC.
71
CAPITULO IV
CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE (PLC)
4.1 GENERALIDADES DEL PLC
Se entiende por controlador lógico programable (PLC), a toda máquina electrónica diseñada para controlar en tiempo real y en medio industrial distintos procesos secuenciales.
4.1.1 CAMPOS DE APLICACIÓN
Un PLC suele emplearse en procesos industriales que tengan una o varias de las siguientes necesidades:
Espacio reducido.
Procesos de producción periódicamente cambiantes.
Procesos secuenciales.
Maniobra de máquinas e instalaciones.
4.1.2 VENTAJAS DEL PLC
Menor tiempo de elaboración de proyectos.
Posibilidad de modificaciones sin cambiar el cableado ni añadir aparatos.
Mínimo espacio de ocupación.
Mantenimiento económico.
Posibilidad de gobernar varias máquinas con el mismo PLC. 72
Menor tiempo de puesta en funcionamiento.
4.2 PLC SIEMENS SIMATIC S7200 CPU 224
“La gama S7-200 comprende diversos sistemas de automatización pequeños (MicroPLCs) que se pueden utilizar para numerosas tareas. Gracias a su diseño compacto y su amplio juego de operaciones, los sistemas de automatización S7-200 son idóneos para controlar tareas sencillas”28.
Figura 4.1 Esquema del PLC S7200
Los componentes básicos para utilizar un sistema PLC S7-200 incluyen:
28
Una CPU S7-200,
Un computador personal PC,
Software de programación STEP 7-Micro/WIN 32 y
Cable de comunicación PC/PPI
http://www.siemens.com.ar/sie-pe/pe/automatizacion_plcsimatic_s7_200_s7_300_y_s7_400.htm
73
4.2.1 CPU S7-200
“La CPU S7-200 es un equipo autónomo compacto que incorpora una unidad central de procesamiento (CPU), una fuente de alimentación, así como entradas y salidas digitales”29.
La CPU ejecuta el programa y almacena los datos para la tarea de automatización o el proceso.
Utilizando módulos de ampliación se pueden agregar entradas y salidas (E/S) adicionales a la CPU.
La fuente de alimentación suministra corriente a la unidad central y a los módulos de ampliación conectados.
El sistema se controla mediante entradas y salidas (E/S). Las entradas vigilan las señales de los dispositivos de campo (p.ej. sensores e interruptores), mientras que las salidas supervisan los motores u otros aparatos del proceso.
El puerto de comunicación permite conectar la CPU a una unidad de programación o a otros dispositivos que intervengan en el proceso.
Los diodos luminosos indican el modo de operación de la CPU (RUN o STOP), el estado de las entradas y salidas integradas, así como los posibles fallos del sistema que se hayan detectado.
Algunas CPUs tienen un reloj de tiempo real incorporado, en tanto que otras necesitan un cartucho de reloj de tiempo real.
Un cartucho enchufable EEPROM en serie permite almacenar programas de la CPU y transferir programas de una CPU a otra.
29
SIEMENS, Sistema de automatización s7-200, Manual de sistema, Edición 2001
74
Un cartucho enchufable de pila permite prolongar el respaldo de los datos en la RAM.
Alimentación:
La CPU S7-200 suministra la corriente continua de 5 V necesaria para los módulos de ampliación del sistema. Preste especial atención a la configuración del sistema para garantizar que la CPU pueda suministrar la corriente de 5V necesaria para los módulos de ampliación seleccionados. Si la configuración requiere más corriente de la que puede suministrar la CPU, deberá retirar un módulo o seleccionar una CPU de mayor capacidad.
Todas las CPUs S7-200 aportan también una alimentación para sensores de DC 24 V que puede suministrar corriente DC de 24 V a las entradas y a las bobinas de relés de los módulos de ampliación, así como a otros equipos. Si los requisitos de corriente exceden la capacidad de la alimentación para sensores, será preciso agregar una fuente de alimentación DC externa de 24 V al sistema. Si se precisa una fuente de alimentación DC externa de 24 V, vigile que ésta no se conecte en paralelo con la alimentación para sensores de la CPU S7-200. Para aumentar la protección contra interferencias, se recomienda conectar los cables neutros (M) de las distintas fuentes de alimentación.
4.2.2 MÓDULOS DE AMPLIACIÓN
“La CPU S7-200 dispone de un número determinado de entradas y salidas integradas. Conectando un módulo de ampliación se dispondrá de más entradas y salidas (figura 4.2)”30.
30
SIEMENS, Sistema de automatización s7-200, Manual de sistema, Edición 2001
75
Figura 4.2 Conexión de módulos de ampliación
El sistema se controla mediante entradas y salidas (E/S). Las entradas vigilan las señales de los dispositivos de campo (sensores, interruptores, etc), mientras que las salidas supervisan las válvulas, motores u otros aparatos del proceso. Se dispone de entradas y salidas integradas (en la CPU), así como de E/S adicionales (en los módulos de ampliación).
Las CPUs S7-200 disponen de un número determinado de entradas y salidas digitales, la CPU 224 posee módulos de ampliación con entradas y salidas tanto digitales como analógicas. Direccionar las E/S integradas y adicionales:
Las entradas y salidas integradas en la unidad central de procesamiento (CPU) tienen direcciones fijas. Para añadir a la CPU entradas y salidas adicionales, se pueden conectar módulos de ampliación a la derecha de la CPU, formando una cadena de E/S. Las direcciones de las E/S de cada módulo vienen determinadas por el tipo de E/S y por la posición del módulo en la cadena, con respecto al anterior módulo de entradas o de salidas del mismo tipo. Por ejemplo, un módulo de salidas no afecta las direcciones de un módulo de entradas y viceversa. Igualmente, los módulos analógicos no afectan al direccionamiento de los módulos digitales y viceversa. Los módulos de ampliación digitales reservan siempre un espacio de la imagen del proceso en incrementos de ocho bits (un byte). Si un módulo no dispone de un punto físico para cada bit de cada byte reservado, se pierden estos bits no utilizados y no se pueden asignar a los módulos siguientes en la cadena de E/S.
76
En cuanto a los módulos de entradas, los bits no utilizados en los bytes reservados se ponen a cero cada vez que se actualizan las entradas.
4.2.3 LÓGICA DE CONTROL
El S7-200 ejecuta cíclicamente la lógica de control del programa, leyendo y escribiendo datos. Cuando un programa se carga en la CPU y ésta se pone en modo RUN, la CPU ejecuta el programa en el siguiente orden:
El S7-200 lee el estado de las entradas.
El programa almacenado en el S7-200 utiliza las entradas para evaluar (o ejecutar) la lógica.
Tras evaluar el programa, el S7-200 almacena los resultados de la lógica en el área de salidas, es decir, es decir, en la imagen del proceso de las salidas.
Al final del programa, el S7-200 escribe los datos de la imagen del proceso de las salidas en las salidas físicas.
El ciclo de tareas se repite.
El S7-200 ejecuta una serie de tareas de forma repetitiva. Esta ejecución se denomina ciclo. Como muestra la figura siguiente, el S7-200 ejecuta la mayoría de las tareas siguientes (o todas ellas) durante un ciclo:
77
Figura 4.3 Lógica de control
Ciclo que cumple el PLC:
Leer las entradas: el S7-200 copia el estado de las entradas físicas en la imagen del proceso de las entradas.
Ejecutar la lógica de control en el programa: el S7-200 ejecuta las operaciones del programa y guarda los valores en las diversas áreas de memoria.
Procesar las peticiones de comunicación: el S7-200 ejecuta las tareas necesarias para la comunicación punto a punto o en la red.
Efectuar el autodiagnóstico de la CPU: el S7-200 verifica si la memoria del programa y los módulos de ampliación están trabajando correctamente.
Escribir en las salidas: los valores almacenados en la imagen del proceso de las salidas se escriben en las salidas físicas.
La ejecución del ciclo depende de si el S7-200 está en modo STOP o RUN. El programa se ejecutará si el S7-200 está en modo RUN. En cambio, no se ejecutará en modo STOP.
4.2.4 MODO DE OPERACIÓN DE LA CPU 78
“La CPU tiene dos modos de operación: STOP y RUN. En modo STOP se puede crear y/o editar el programa. El programa no se ejecuta si la CPU está en modo STOP, pero sí en modo RUN. Además, en modo RUN se puede crear, editar y observar el funcionamiento del programa y los datos. Para facilitar la observación del programa y la identificación de errores de programación se ofrecen funciones de comprobación”31.
El sistema operativo de la CPU almacena los errores fatales, obligándola a cambiar de RUN a STOP. Si la CPU ha detectado un error fatal, no se podrá cambiar de STOP a RUN hasta que no se haya remediado la condición de error. El sistema operativo de la CPU también almacena los errores no fatales. Éstos se pueden examinar, pero no causan un cambio de RUN a STOP.
Modo STOP: “En el modo STOP la CPU se encuentra en un estado semiactivo. El programa de usuario no se ejecuta, pero las entradas se actualizan. Las condiciones de interrupción se inhiben”1.
Si ocurren interrupciones de comunicación, la CPU recibe los mensajes y ejecuta las peticiones según sea necesario. Mientras la CPU está en modo STOP, los cambios de los valores de las E/S se efectúan en la imagen del proceso, con excepción de la función "Forzar" que tiene prioridad sobre los cambios de los valores de E/S en la imagen del proceso.
Estando la CPU en modo STOP, el usuario puede cargar el programa desde el ordenador en la CPU y viceversa, así como borrar la memoria.
Modo RUN: “En modo RUN, la CPU lee las entradas, ejecuta el programa, escribe en las salidas, procesa las peticiones de comunicación, actualiza los módulos inteligentes, ejecuta 31
Ventana de ayuda de STEP 7-Micro/Win 32
79
tareas auxiliares internas y gestiona las condiciones de interrupción. La CPU no soporta tiempos de ciclos fijos de ejecución en modo RUN. Estas acciones (con excepción de las interrupciones de usuario) se gestionan conforme a su prioridad en el orden en que van ocurriendo. La figura siguiente muestra el ciclo de ejecución”32.
Figura 4.4 Ciclo de operación del PLC
Al principio de cada ciclo se leen los valores actuales de los bits de entrada. Estos valores se escriben luego en la imagen del proceso de las entradas. Los bits de entrada que no tengan una entrada física correspondiente, pero que se encuentren en el mismo byte que otras entradas físicas, se ponen a 0 en la imagen del proceso cada vez que se actualicen las entradas, a menos que se hayan forzado.
Tras leer las entradas, el programa se ejecuta desde la primera operación hasta la última. Al llegar a la última operación, la CPU comprueba si el sistema comprende módulos inteligentes que se deban gestionar. En caso afirmativo, el mensaje se lee y se guarda en un búfer hasta la siguiente fase del ciclo.
Durante esta fase del ciclo, la CPU procesa los mensajes que haya recibido por el puerto de comunicación. Las peticiones de comunicación gestionadas se almacenan para ser transferidas en su debido momento al dispositivo que las ha solicitado.
Las funciones de autodiagnóstico incluyen las comprobaciones periódicas de la EEPROM del sistema operativo y de la memoria del programa de usuario, así como verificaciones del estado de los módulos de ampliación.
Por último, los valores de la imagen del proceso de las salidas se escriben en las salidas. Así se completa un ciclo. 32
Ventana de ayuda de STEP 7-Micro/Win 32
80
4.3 COMUNICACIÓN PLC – PC
“Si uno o más dispositivos intentan comunicarse con la CPU a través del puerto de comunicación, la CPU responde a cada petición en orden consecutivo. La CPU no intenta evitar que las acciones de los comunicadores interfieran entre sí. Al diseñar el sistema se deberán tomar en cuenta todas las precauciones necesarias para evitar esas interferencias”33.
4.3.1 CABLE DE COMUNICACIÓN PC/PPI
El cable PC/PPI se puede utilizar para conectar el puerto de comunicación RS-232 de un módem a una CPU S7-200. Por lo general, los módems utilizan las señales de control RS-232 para que un PC pueda controlar el módem.
Aquí se explica cómo configurar la comunicación entre la CPU S7-200 y el ordenador utilizando el cable PC/PPI. Esta es una configuración con un solo maestro y sin ningún otro equipo de hardware instalado (como p.ej. un módem o una unidad de programación).
Figura 4.5 Conexión PLC – PC con cable PC/PPI
La figura anterior muestra una configuración típica para conectar el PC a la CPU utilizando el cable PC/PPI. Para establecer un enlace correcto entre los componentes se tienen que seguir los siguientes pasos:
33
Ventana de ayuda de STEP 7-Micro/Win 32
81
1. Ajuste los interruptores DIP del cable PC/PPI a la velocidad de transferencia asistida por su PC. Seleccione también las opciones “11 bits” y “DCE” si su cable PC/PPI lo permite. 2. Conectar el extremo RS-232 (”PC”) del cable PC/PPI al puerto de comunicaciones de su PC (COM1 ó COM2). 3. Conectar el extremo RS-485 (”PPI”) del cable PC/PPI al puerto de comunicaciones de la CPU.
En un cable PC/PPI se puede configurar la velocidad de transferencia correcta utilizando los interruptores DIP dispuestos en la carcasa del cable, estas velocidades están comprendidas entre 600 bit/s y 38.400 bit/s.
La siguiente tabla muestra las velocidades de transferencia y las posiciones de los interruptores DIP. VELOCIDAD DE TRANSFERENCIA (Baudios)
POSICIÓN DE DIP SWITCH (1 = ARRIBA)
38400 19200 9600 4800 2400 1200 600
000 001 010 011 100 101 110
Tabla 3 Velocidad de transferencia 34
El cable PC/PPI se encuentra en modo de transmisión cuando los datos se envían del puerto RS-232 al RS-485. En cambio, se encuentra en modo de recepción al estar inactivo, o bien cuando los datos se transmiten del puerto RS-485 al RS-232.
El cable cambia inmediatamente de modo de recepción a transmisión cuando detecta caracteres en el canal de transmisión del RS-232. El cable cambia nuevamente a modo de recepción cuando el canal de transmisión del RS-232 está inactivo durante
34 34
SIEMENS, Sistema de automatización s7-200, Manual de sistema, Edición 2001
82
el tiempo de inversión del cable. Dicho tiempo depende de la velocidad de transferencia seleccionada con los interruptores DIP del cable.
VELOCIDAD DE TRANSFERENCIA (bits/s)
TIEMPO DE RETARDO (milisegundos)
38400 19200 9600 4800 2400 1200 600
0.5 1 2 4 7 14 28 Tabla 4 tiempos de retardo
El tiempo de retardo es el suficiente para que el cable PC/PPI pueda cambiar de modo de transmisión a modo de recepción y viceversa.
Asignación de pines para un conector de RS-485 a RS-232 DCE:
Asignación de pines del conector RS-485 Pin Descripción de la señal 1 Tierra (RS-485) 2 Hilo de retorno 24 V (tierra RS-485) 3 Señal B (RxD/TxD+) 4 RTS (nivel TTL) 5 Tierra (RS-485) 6 +5 V (con resistor en serie de 100 Ω) 7 Alimentación 24 V 8 Señal A (RxD/TxD-) 9 Selección de protocolo Tabla 5 Asignación de pines del conector RS-485
Asignación de pines del conector RS-232 DCE Pin Descripción de la señal 1 Data Carrier Detect (DCD) (no utilizado) 2 Receive Data (RD) (salida del cable PC/PPI) 3 Transmit Data (TD) (entrada al cable PC/PPI) 4 Data Terminal Ready (DTR) (no utilizado) 5 Tierra (RS-232) 6 Data Set Ready (DSR) (no utilizado) 7 Request To Send (RTS) (no utilizado) 8 Clear To Send (CTS) (no utilizado) 9 Ring Indicator (RI) (no utilizado) 83
Tabla 6 Asignación de pines del conector RS-232 DCE
4.4 STEP 7 – Micro WIN/32 VERSION 3.2
Figura 4.6 Software STEP 7 – Micro WIN/32 version 3.2
Para verificar los parámetros estándar se siguen los siguientes pasos:
Para verificar los parámetros estándar se siguen los siguientes pasos:
1. Conectar el cable PC/PPI entre la CPU y el PC, ajustando los interruptores DIP a 9600 bit/s
2. En la ventana de STEP 7-Micro/WIN 32, se da un clic en el icono “Comunicación”, aparecerá el cuadro de diálogo “Configurar comunicación”.
84
Figura 4.7 Configuración de comunicación
3. En el cuadro de diálogo “Configurar comunicación”, se da doble clic en el icono del cable PC/PPI. Aparecerá el cuadro de diálogo “Ajustar interface PG/PC”.
Figura 4.8 Ajuste de interface de comunicación.
4. Al dar clic en el botón “Propiedades” se accede al cuadro de diálogo donde se visualizan las propiedades de comunicación. Se debe verificar las propiedades como la velocidad de transferencia que debe estar ajustada a 9.600 bit/s.
La forma de establecer la comunicación entre el PC donde se ejecute STEP 7Micro/WIN 32 y la CPU del PLC depende de la configuración del hardware. Si no se utiliza más que un cable PC/PPI para el enlace entre el PC y la CPU, basta con 85
conectar el cable y aceptar los parámetros estándar asignados en STEP 7-Micro/WIN 32 para el PC y la CPU a la hora de instalar el software STEP 7-Micro/WIN 32.
En cualquier momento es posible establecer la comunicación o modificar sus parámetros.
Cargar un programa en el PLC:
Si la comunicación se ha establecido correctamente entre el PC donde se ejecuta STEP 7-Micro/WIN 32 y una CPU, el programa de usuario se puede cargar en esa CPU siguiendo los siguientes pasos.
1. Antes de cargar en la CPU, vigile que ésta se encuentre en modo STOP. 2. Haga clic en el botón “Cargar en CPU", luego haga clic en “Aceptar" para iniciar el proceso de carga.
3. Si la carga se ha efectuado correctamente, aparecerá el siguiente mensaje de confirmación “Carga finalizada correctamente”.
4. Tras haber concluido correctamente la carga deberá cambiar la CPU de STOP a RUN Haciendo clic en el botón “RUN" de la barra de herramientas.
Cuando un bloque de programa, un bloque de datos o un bloque de sistema se carga del PC en la CPU, sobrescribirá el que se encuentra actualmente en la CPU (si ya existe uno allí). Cerciórese de que desea sobrescribir el bloque contenido en la CPU antes de iniciar el proceso de carga. Un proyecto comprende los siguientes componentes básicos:
Bloque de programa: incluye el código ejecutable y los comentarios. El código ejecutable comprende un programa principal, así como subrutinas y/o rutinas de interrupción (opcionales). El código se compila y se carga en la CPU, los comentarios del programa no.
Tabla de símbolos: Permiten utilizar el direccionamiento simbólico 86
para la programación. En algunos casos es más conveniente programar con símbolos, puesto que facilitan el entendimiento del programa. El programa compilado que se carga en la CPU convierte todos los símbolos a direcciones absolutas.
Tablas de estado: Permite observar cómo se ven afectados los valores del proceso a medida que se ejecuta el programa de usuario. Las tablas de estado no se cargan en la CPU. Su única función consiste en vigilar la actividad de la CPU (real o simulada).
Bloque de datos: El bloque de datos comprende datos (valores iniciales de memoria, valores de constantes) y comentarios. Los datos se compilan y se cargan en la CPU, mas no los comentarios.
Bloque de sistema: Comprende los datos de configuración, tales como parámetros de comunicación, áreas remanentes, los filtros de las entradas analógicas y digitales, los valores de las salidas en caso de un paso a STOP y las informaciones sobre la protección con contraseña. Las informaciones contenidas en el bloque de sistema se cargan en la CPU.
Referencias cruzadas: En esta ventana se pueden visualizar tablas donde figuran los operandos utilizados en el programa, así como las áreas de memoria ya asignadas (bits y bytes usados). Mientras se está editando un programa en modo RUN también se pueden observar los números de los flancos positivos y negativos que el programa está utilizando actualmente. Tabla 7 componentes básicos del STEP 7
87
4.5 EDITORES DE PROGRAMA 4.5.1 Editor KOP (Esquema de contactos)
Figura 4.9 Ejemplo de editor KOP
El esquema de contactos (KOP) es un lenguaje de programación gráfico con componentes similares a los elementos de un esquema de circuitos. Al programar con KOP, se crean y se disponen componentes gráficos que conforman un segmento de operaciones lógicas. Para crear programas se dispone de los siguientes elementos: Contactos:
Representan un interruptor por el que la corriente puede circular. La
corriente circula por un contacto normalmente abierto sólo cuando el contacto está cerrado (es decir, cuando su valor lógico es “1"). De forma similar, la corriente circula por un contacto normalmente cerrado o negado (NOT) sólo cuando el contacto está abierto (es decir, cuando su valor lógico es “0").
Cuadros:
Representan una función (por ejemplo, un temporizador, un contador
o una operación aritmética) que se ejecuta cuando la corriente llega al cuadro.
Bobinas:
Representan un relé o una salida excitada por la corriente.
La representación gráfica (lenguaje KOP) es a menudo sencilla de comprender, facilitando el trabajo a los programadores.
88
4.5.2 EDITOR FUP (DIAGRAMA DE FUNCIONES)
El editor FUP (Diagrama de funciones) de STEP 7-Micro/WIN 32 permite visualizar las operaciones en forma de cuadros lógicos similares a los circuitos de puertas lógicas, figura 4.9. En FUP no existen contactos ni bobinas como en el editor KOP, pero sí hay operaciones equivalentes que se representan en forma de cuadros.
La lógica del programa se deriva de las conexiones entre esas operaciones de cuadro. Ello significa que la salida de una operación (por ejemplo, un cuadro AND) se puede utilizar para habilitar otra operación (por ejemplo, un temporizador) con objeto de crear la lógica de control necesaria. Estas conexiones permiten solucionar fácilmente numerosos problemas lógicos, al igual que con los otros editores.
Figura 4.10 Ejemplo de editor FUP
4.5.3 EDITOR AWL (LISTA DE INSTRUCCIONES)
El editor AWL (Lista de instrucciones) de STEP 7-Micro/WIN 32 permite crear programas de control introduciendo la nemotécnica de las operaciones. Por lo general, el editor AWL se adecua especialmente para los programadores expertos ya familiarizados con los sistemas de automatización (PLCs) y con la programación lógica.
El editor AWL también permite crear ciertos programas que, de otra forma, no se podrían programar con los editores KOP ni FUP. Ello se debe a que AWL es el lenguaje nativo de la CPU, a diferencia de los editores gráficos en los que son aplicables ciertas restricciones para poder dibujar los diagramas correctamente. La figura siguiente muestra un ejemplo de un programa AWL. 89
NETWORK 1 LD I0.0 LD I0.1 LD I2.0 A I2.1 OLD ALD = Q5.0
La CPU ejecuta cada operación en el orden determinado por el programa, de arriba a abajo, reiniciando luego arriba nuevamente. Conexión de entradas y salidas del PLC
Tabla 8 de y salidas
ENTRADAS PLC I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 SALIDAS PLC Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 Q1.1 Q2.0 Q2.1 Q2.2 Q2.3 Q2.4 Q2.5 Q2.6 Q2.7
MODULO Micro switch 1 Micro switch 2 Micro switch 3 Micro switch 4 Micro switch 5 Micro switch 6 Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 Sensor 4 Sensor 5 Sensor 6 Sensor 7 MODULO Tope Tope Tope Barrera 1 Barrera 2 Electroimanes Motor (banda principal) Motor BT Subir/bajar BT Dirección BT Subir/bajar (estampado) Girar (taladro) Extender/contraer (taladro) Extender/contraer (horquilla 1) Subir/bajar (horquilla 1) Rotar 90ª (horquilla 1) Extender/contraer (horquilla 2) Subir/bajar (horquilla 2)
conexión entradas del PLC
90
CAPÍTULO V REPORTES
5.1 BASES DE DATOS
“Una base o un banco de datos es cualquier conjunto de datos, pertenecientes al mismo contexto, organizados para su almacenamiento sistemático y uso posterior, diseñado para facilitar su mantenimiento y acceso de una forma estándar”35.
En la actualidad, y gracias al desarrollo tecnológico de campos como la informática y la electrónica, la mayoría de las bases de datos tienen formato electrónico, que ofrece un amplio rango de soluciones al problema de almacenar datos.
La información en una base de datos se organiza en campos y registros.
Campo:
Un campo se refiere a un tipo o atributo de información, y un registro, a toda la información sobre un individuo. Por ejemplo, en una base de datos que almacene información de tipo agenda, un campo será el NOMBRE, otro la DIRECCIÓN..., etc.
Registro:
Mientras que un registro viene a ser como la ficha en la que se recogen todos los valores de los distintos campos para un individuo, esto es, su nombre, dirección...., etc.
Los datos pueden aparecer en forma de texto, números, gráficos, sonido o vídeo. Normalmente las bases de datos presentan la posibilidad de consultar datos, bien los
35
http://www.tejedoresdelweb.com/slides/bases_datos/screen/teo1_conceptos_basicos.pdf
91
de un registro o los de una serie de registros que cumplan una condición. También es frecuente que se puedan ordenar los datos o realizar operaciones sencillas.
Para facilitar la introducción de los datos en la base se suelen utilizar formularios; también se pueden elaborar e imprimir informes sobre los datos almacenados.
Desde su aparición en la década de 1950, estas aplicaciones se han hecho imprescindibles para las sociedades industriales, su evolución ha seguido paralela a la que ha experimentado el software, y hoy existen desde bases de datos para una utilización personal hasta bases de datos corporativas, soportadas por grandes sistemas informáticos.
5.2 TIPOS DE BASES DE DATOS36
Las bases de datos pueden clasificarse de varias maneras, de acuerdo al criterio elegido para su clasificación:
Según la variabilidad de los datos almacenados:
5.2.1 BASES DE DATOS ESTÁTICAS
Éstas son bases de datos de sólo lectura, utilizadas primordialmente para almacenar datos históricos que posteriormente se pueden utilizar para estudiar el comportamiento de un conjunto de datos a través del tiempo, realizar proyecciones y tomar decisiones.
36
http://es.wikipedia.org/wiki/Base_de_datos#Modelos_de_bases_de_datos
92
5.2.2 BASES DE DATOS DINÁMICAS
Éstas son bases de datos donde la información almacenada se modifica con el tiempo, permitiendo operaciones como actualización y adición de datos, además de las operaciones fundamentales de consulta.
Según el contenido:
5.2.3 BASES DE DATOS BIBLIOGRÁFICAS
Solo contienen un representante de la fuente primaria, que permite localizarla. Un registro típico de una base de datos bibliográfica contiene información sobre el autor, fecha de publicación, editorial, título, edición, de una determinada publicación, etc. Puede contener un resumen o extracto de la publicación original, pero nunca el texto completo, porque sino estaríamos en presencia de una base de datos a texto completo. Como su nombre lo indica, el contenido son cifras o números.
5.2.4 BASES DE DATOS DE TEXTO COMPLETO
Almacenan las fuentes primarias, como por ejemplo, todo el contenido de todas las ediciones de una colección de revistas científicas.
5.3 MODELOS DE BASES DE DATOS37
Además de la clasificación por la función de las bases de datos, éstas también se pueden clasificar de acuerdo a su modelo de administración de datos.
37
http://es.wikipedia.org/wiki/Base_de_datos#Modelos_de_bases_de_datos
93
Un modelo de datos es básicamente una "descripción" de algo conocido como contenedor de datos (algo en donde se guarda la información), así como de los métodos para almacenar y recuperar información de esos contenedores. Los modelos de datos no son cosas físicas: son abstracciones que permiten la implementación de un sistema eficiente de base de datos.
Hay cuatro modelos principales de bases de datos:
El modelo jerárquico.
El modelo en red.
El modelo relacional (el más extendido hoy día; los datos se almacenan en tablas y se accede a ellos mediante consultas escritas en SQL).
El modelo de bases de datos deductivas.
5.3.1 BASES DE DATOS JERÁRQUICAS
Éstas son bases de datos que, como su nombre indica, almacenan su información en una estructura jerárquica. En este modelo los datos se organizan en una forma similar a un árbol (visto al revés), en donde un nodo padre de información puede tener varios hijos. El nodo que no tiene padres es llamado raíz, y a los nodos que no tienen hijos se los conoce como hojas.
Las bases de datos jerárquicas son especialmente útiles en el caso de aplicaciones que manejan un gran volumen de información y datos muy compartidos permitiendo crear estructuras estables y de gran rendimiento.
Una de las principales limitaciones de este modelo es su incapacidad de representar eficientemente la redundancia de datos.
94
5.3.2 BASE DE DATOS DE RED
Éste es un modelo ligeramente distinto del jerárquico; su diferencia fundamental es la modificación del concepto de nodo: se permite que un mismo nodo tenga varios padres (posibilidad no permitida en el modelo jerárquico).
Fue una gran mejora con respecto al modelo jerárquico, ya que ofrecía una solución eficiente al problema de redundancia de datos; pero, aun así, la dificultad que significa administrar la información en una base de datos de red ha significado que sea un modelo utilizado, en su mayoría por programadores, más que por usuarios finales.
5.3.3 BASE DE DATOS RELACIONAL
Éste es el modelo más utilizado en la actualidad para modelar problemas reales y administrar datos dinámicamente. Su idea fundamental es el uso de "relaciones". Estas relaciones podrían considerarse en forma lógica como conjuntos de datos. Debe pensarse en cada relación como si fuese una tabla que está compuesta por registros (las filas de una tabla), y campos (las columnas de una tabla).
En este modelo, el lugar y la forma en que se almacenen los datos no tienen relevancia (a diferencia de otros modelos como el jerárquico y el de red). Esto tiene la considerable ventaja de que es más fácil de entender y de utilizar para cualquier usuario de la base de datos. La información puede ser recuperada o almacenada mediante "consultas" que ofrecen una amplia flexibilidad y poder para administrar la información.
El lenguaje más habitual para construir las consultas a bases de datos relacionales es SQL, Structured Query Language o Lenguaje Estructurado de Consultas, un estándar implementado por los principales motores o sistemas de gestión de bases de datos relacionales.
95
5.3.4 BASES DE DATOS DEDUCTIVAS
Es un sistema de base de datos pero con la diferencia de que permite hacer deducciones a través de inferencias. Se basa principalmente en reglas y hechos que son almacenados en la base de datos. También las bases de datos deductivas son llamadas base de datos lógica, a raíz de que se basan en lógica matemática.
5.4 RELACIONES ENTRE BASES DE DATOS38
Las diferentes formas de relación entre diversas bases de datos que podemos encontrar son:
5.4.1 RELACIONES UNO A UNO
Estas relaciones entre bases de datos se dan cuando cada campo clave aparece sólo una vez en cada una de las tablas.
Tomando un ejemplo del mundo real, una clara relación de "uno a uno" podría ser, el nombre de cualquier persona y su número de teléfono. Si partimos del supuesto en que cada persona tiene un solo número de teléfono, se podría hablar de una relación "uno a uno".
Gráficamente, se podría representar de la siguiente manera:
38
http://www.ezwp.com/articulos/desarrollo-web/relaciones-entre-bases-de-datos/
96
Figura 5.1 Relación uno a uno
Este tipo de relaciones se caracteriza porque cada uno de los campos define a aquél con el que se relaciona. Es decir, conociendo el nombre de una persona podemos conocer su número telefónico, o viceversa. En estos casos, se suele aconsejar incluir todos los datos dentro de una sola tabla.
5.4.2 RELACIONES DE "UNO A VARIOS"
El ejemplo del caso anterior (cada persona, un teléfono), si bien es correcto teóricamente, es muy improbable desde el punto de vista de la realidad. Con la gran expansión de los teléfonos, por lo general, cada persona tiene mas de un número de teléfono, fijo, móvil, también tendrá un número de teléfono de empresa.
Por ello, debemos tener nuestras bases de datos preparadas para ello. Este tipo de relaciones es conocido como "uno a varios", y se podría representar de la siguiente manera:
97
Figura 5.2 Relación uno a varios.
En este caso, lo aconsejable no es almacenar todos los datos en una sola tabla, sino lo eficiente es hacerlo en tablas separadas.
5.4.3 RELACIONES DE "VARIOS CON VARIOS"
La última de las relaciones que podemos encontrar es la de "varios con varios", éste será el tipo de relación que nos encontraremos más a menudo.
Volviendo al tema de los teléfonos, hemos encontrado la manera de relacionar cada una de las personas con sus diversos teléfonos: el de su casa, el de su empresa, el móvil. Pero no será extraño tener en nuestra base de datos diversas personas que trabajen en la misma empresa, por lo que el número de su trabajo será el mismo, o miembros de una misma familia, por lo que compartirán el mismo teléfono de su hogar.
¿Cómo tratar este tipo de relaciones? Si nos limitamos a repetir dicho número de tablas, estaremos creando problemas de redundancia de datos, que a largo plazo lastrarán la rapidez y eficacia de nuestras tablas.
Este tipo de relaciones podría ilustrarse de la siguiente manera:
98
Figura 5.3 Relación varios con varios.
Como vemos, cada elemento de la base de datos puede relacionarse libremente con uno o varios miembros de las distintas tablas.
En estos casos no hay una regla fija a la que podamos acogernos, pero lo aconsejable es aproximarse lo más posible a la realidad, y no dudar en establecer tablas intermedias que nos ayuden a asociar mejor los datos.
5.5 FORMAS DE REPORTES
Los reportes pueden presentarse fácilmente, lo más importante es definir el tipo de reporte seleccionando el contenido de filas y columnas.
5.5.1 INFORMACIÓN DEL REPORTE
El paso final en definir un reporte es configurar las opciones de presentación. En esta sección se define el contenido de las filas y las columnas.
99
5.5.2 CONTENIDO DE FILA Y COLUMNA
“Permiten definir y organizar los datos incluidos en el reporte. Tanto las filas como las columnas pueden contener información y opciones idénticas; sin embargo, se pueden seleccionar diferentes tipos en cada una. Esto permite crear reportes únicos y detallados”39.
Una vez que el contenido de las filas y las columnas se ha definido, puede generarse el reporte.
Finalidad de los datos históricos:
Los datos históricos tienen muchos usos dentro de una empresa, desde análisis de errores (alarmas), calidad del producto, hasta análisis para nuevos proyectos.
La principal finalidad de los datos históricos es la de tener un registro completo de los procesos dentro de la empresa, las compañías pueden usar datos para mejorar dichos procesos, así como para estudiar el comportamiento de un conjunto de datos a través del tiempo, realizar proyecciones y tomar decisiones, además de las operaciones fundamentales de consulta.
El almacenamiento y tratamiento de los Datos depende de cada usuario y de su necesidad, por ello, debe definirse claramente qué datos del proceso pueden considerarse importantes y necesarios y en qué orden pueden colocarse.
Delimitar con precisión a quién, para qué y cómo se ceden los datos puede evitarnos muchos problemas
Aunque las bases de datos pueden contener muchos tipos de datos, se enfocan generalmente a los más importantes, tratando de obviar los datos que se considere no tienen relevancia
39
https://clientes.pragma.com.co
100
5.6 BASE DE DATOS EN ACCESS
En la presente tesis se ha creado la base de datos en Microsoft Access. “Microsoft Access proporciona tres métodos para crear una base de datos”40.
Usando el asistente para bases de datos.
Utilizando una plantilla.
Sin utilizar un asistente
Figura 5.4 Base de datos en Access.
5.6.1 CREAR UNA BASE DE DATOS USANDO EL ASISTENTE PARA BASES DE DATOS
Puede utilizar el Asistente para bases de datos con el fin de crear en una operación las tablas, formularios e informes necesarios para el tipo de base de datos seleccionado; éste es el método más fácil para iniciar la creación de una base de
40
http://www.mailxmail.com/curso/informatica/access2000/capitulo87.htm
101
datos. Las opciones de personalización de base de datos que ofrece el asistente son limitadas.
1. Haga clic en el botón Nuevo de la barra de herramientas.
2. En el panel de tareas Nuevo archivo, en Plantillas, haga clic en en mi PC.
3. En la ficha Bases de datos, haga clic en el icono correspondiente al tipo de base de datos que desee crear y, a continuación, haga clic en Aceptar.
4. En el cuadro de diálogo Archivo nueva base de datos, especifique un nombre y una ubicación para la base de datos y, a continuación, haga clic en Crear.
5. Siga las instrucciones del Asistente para bases de datos. No se puede utilizar el Asistente para bases de datos para agregar tablas, formularios o informes nuevos a una base de datos existente.
5.6.2
CREAR
UNA
BASE
DE
DATOS
UTILIZANDO
UNA
PLANTILLA
Esta es la forma más rápida de crear una base de datos. Este método es más eficaz si encuentra y utiliza una plantilla que se adapte en gran medida a sus necesidades.
1. Haga clic en el botón Nuevo de la barra de herramientas.
2. En el panel de tareas Nuevo archivo, en Plantillas, busque una plantilla concreta o haga clic en Página principal de plantillas para buscar una plantilla adecuada.
3. Haga clic en la plantilla que desee y, a continuación, en Descargar.
102
5.6.3 CREAR UNA BASE DE DATOS SIN USAR UN ASISTENTE
Puede crear una base de datos en blanco y, posteriormente, agregar las tablas, formularios, informes y demás objetos que desee; éste es el método más flexible, pero requiere definir por separado cada elemento de la base de datos. Cualquiera que sea el método elegido, puede modificar y ampliar la base de datos en cualquier momento posterior a su creación.
1. Haga clic en el botón Nuevo de la barra de herramientas.
2. En el panel de tareas Nuevo Archivo, bajo Nueva, haga clic en Base de datos en blanco.
3. En el cuadro de diálogo Archivo nueva base de datos, especifique un nombre y una ubicación para la base de datos y, a continuación, haga clic en Crear.
Los reportes son un excelente medio para difundir información de una manera rápida y sencilla sobre los aspectos considerados más importantes por el operador del proceso. El enfoque y contenido del reporte es libre y se deja a criterio de los autores. El reporte creado para este sistema ACADA contiene:
Operador:
Donde visualizamos qué persona ingresó en el proceso.
Fecha:
Donde se guarda la fecha en la que se produjeron los cambios en el proceso
Hora:
Muestra la hora en la cual se produjeron los cambios en el proceso.
Alarma:
Nos indica cuál de los errores provocó la activación de la pantalla de alarma.
103
Número de piezas:
Nos indica la cantidad total de piezas que pasan por el proceso.
Error en estampado:
Nos indica la cantidad total de veces que se produce un error en el estampado.
Error en taladrado:
Nos indica la cantidad total de veces que se produce un error en el estampado.
Figura 5.5 Modelo de base de datos creada.
5.7 LENGUAJE DE CONSULTA ESTRUCTURADO (SQL)
“El Lenguaje de Consulta Estructurado (Structured Query Language) es un lenguaje de acceso a bases de datos, que permite especificar diversos tipos de operaciones con el fin de recuperar información de interés de una base de datos, de una forma sencilla”.41
Las aplicaciones en red son cada día más numerosas y versátiles. En muchos casos, el esquema básico de operación es una serie de scripts que rigen el comportamiento de una base de datos.
41
www.desarrolloweb.com
104
Debido a la diversidad de lenguajes y de bases de datos existentes, la manera de comunicar entre unos y otras sería realmente complicada a gestionar de no ser por la existencia de estándares que nos permiten el realizar las operaciones básicas de una forma universal.
Es de eso de lo que trata el SQL que no es más que un lenguaje estándar de comunicación con bases de datos. Hablamos por tanto de un lenguaje normalizado que nos permite trabajar con cualquier tipo de lenguaje en combinación con cualquier tipo de base de datos (MS Access por ejemplo).
El hecho de que sea estándar no quiere decir que sea idéntico para cada base de datos. En efecto, determinadas bases de datos implementan funciones específicas que no tienen necesariamente que funcionar en otras.
Aparte de esta universalidad, el SQL posee otras dos características muy apreciadas. Por una parte, presenta una potencia y versatilidad notables que contrasta, por otra, con su accesibilidad de aprendizaje.
El SQL es un lenguaje de acceso a bases de datos que explota la flexibilidad y potencia de los sistemas relacionales permitiendo gran variedad de operaciones sobre los mismos.
El SQL (lenguaje de interrogación estructurado) es la lengua estandardizada más comúnmente usada para tener acceso a bases de datos.
5.8 ACCEDER A LA BASE DE DATOS DESDE INTOUCH
Para tener acceso a la base de datos desde intouch, se dibuja un botón, en el cual se selecciona un Action Script, en el que se programa lo siguiente:
105
5.8.1 SQLCONNECT()
La función SQLConnect() es utilizada para conectar el software InTouch con la base de datos de Microsoft Access. Para configurar la conexión a base de datos con SQLConnect(), debe seguirse el formato indicado en la figura:
Figura 5.6 Acceso a la base de datos desde INTOUCH
5.8.2 SQLINSERT()
La function SQLInsert() es la encargada de que la tabla del reporte se conecte con los datos adecuados, cada columna con su respectivo tagname, esta función debe configurarse de la siguiente manera:
Paréntesis izquierdo.
Nombre del Bind List entre comillas.
Una coma,
Nombre del Table Template entre comillas.
Cierro el paréntesis.
106
5.8.3 SQL ACCESS MANAGER
El InTouch SQL Access Manager está diseñado para facilitar el traslado de datos (como por ejemplo, estado de las alarmas, contadores o datos históricos) desde InTouch hacia la base de datos.
El SQL Access Manager permite también acceder a una base de datos y desplegarla en cualquier aplicación de InTouch
Bind List:
El Bind List es la parte del SQL Access Manager encargada de asociar o relacionar las columnas que posee la tabla de la base de datos con los respectivos tagnames de InTouch, es decir, en el Bind List se configuran los tagnames que se visualizarán en el reporte.
Figura 5.7 Configuración del Bind List
Table template:
En el Table Template se define la estructura y el formato de las columnas que conforman el reporte.
107
Figura 5.8 Configuración del Table template
108
CAPITULO VI CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
7.1 CONCLUSIONES
El sistema SCADA diseñado para el control del módulo “Banda Transportadora” presta varios servicios: una amigable visualización del proceso, diferentes niveles de seguridad para varios usuarios, alarmas que indican cuando se producen errores, contadores que permiten visualizar la cantidad de errores producidos durante el proceso y reportes de eventos.
Para sincronizar los tiempos entre la parte real y el software InTouch del SCADA, se utilizan varios finales de carrera, los cuales detectan el paso de la pieza de trabajo y activan los contadores encargados de la simulación del movimiento.
Se implementaron varios elementos para mejorar el sistema, como finales de carrera, electroimanes, reguladores de presión de aire, pantallas de cristal líquido con los cuales se le da una mayor versatilidad al equipo.
Para evitar que las piezas se traben al pasarlas de la banda principal a la banda transversal, se colocaron electroimanes en los extremos de los pistones, la función de estos electroimanes es de levantar las piezas de trabajo en lugar de arrastrarlas, con lo que se evita el rozamiento.
A pesar de que el módulo cuenta con un PLC Allen Bradley SLC 500, éste no puede ser utilizado debido a que no se dispone de la licencia para programarlo, esto representaba un problema ya que el equipo funcionaba solamente de forma manual. Por esta razón se optó por utilizar otro PLC y de esta manera darle un mejor uso al módulo.
109
Con la utilización de reportes se busca que el operador tenga acceso a la información del proceso de una forma clara, precisa y ordenada, de tal manera que éste pueda tomar alguna decisión en base de dicho reporte.
En la práctica, la automatización de la industria alcanza diferentes niveles y grados ya que la posibilidad concreta de su implementación en los diferentes procesos de fabricación industrial varía considerablemente y depende de muchos factores, principalmente económicos.
Con la finalidad de darle un uso continuo al módulo, se elaboraron hojas guías para realizar prácticas en el mismo.
7.2 RECOMENDACIONES
El PLC utilizado en esta tesis, el SIEMENS S7 200 CPU 224, es un equipo muy versátil, que permite aumentar entradas o salidas (digitales o análogas) según la necesidad, es decir, si se desean realizar modificaciones futuras en el proceso se podrán aumentar entradas o salidas sin ningún inconveniente, con una conexión rápida y sencilla.
La parte gráfica en un sistema SCADA debe ser fácil de comprender y de operar para cualquier usuario, ya que de nada serviría que únicamente sea comprendida por la persona que lo creó debido a que generalmente es otra persona quien lo opera o quien lo supervisa.
La persona que va a manipular el equipo debe familiarizarse con el funcionamiento
de
los
elementos,
principalmente
de
los
sensores
fotoeléctricos, ya que son de diferentes tipos y tienen un principio de funcionamiento distinto, lo que influye en su forma de operación, para esto puede ayudarse con las hojas guías creadas para la operación del módulo. 110
Para una correcta operación de la parte neumática, ésta debe ser alimentada con una presión de aire de mínimo 35 PSI, ya que si la presión es menor, provocará que el sistema funcione de forma inadecuada, principalmente en el pistón que controla la banda transportadora transversal.
Este sistema SCADA se puede integrar con otros módulos existentes en el laboratorio, como por ejemplo el brazo robot, de esta manera se ampliará el presente proyecto dándole un mayor alcance.
Con la finalidad de coordinar de un modo más sencillo el movimiento real de la pieza de trabajo con la simulación en la pantalla de InTouch, puede adicionarse, en el motor que mueve la banda principal, un control de velocidad, por ejemplo un control PWM (modulación por ancho de pulsos).
Se puede optimizar este sistema reemplazando los elementos, que simulan los procesos de estampado y taladrado, por elementos reales que cumplen con estas funciones.
111
BIBLIOGRAFÍA [1] THOMSON LEARNING, “Neumática”, Editorial Paraninfo, Madrid-España, 2000 [2] MAJUNMDAR S.R., “Sistemas Neumáticos”, Editorial McGraw-Hill, México, 1998 [3] BLOCH Heinz P., “Guía Práctica para la Tecnología de los Compresores”, Editorial McGraw-Hill, México, 1998 [4] DEPPERT W y STOLL K., “Aplicaciones de la Neumática”, Editorial Marcombo, Barcelona-España [5] Inga Ortega, E. M. (2002). Análisis costo beneficio de la automatización en el sistema de producción de hormigón para Hormiazuay Cía. Ltda. Cuenca: Universidad Politécnica Salesiana. [6]
MILLAN
TEJA
SALVADOR.,
“Automatismos
Neumáticos
y
Electroneumática”, Norgren-Biblioteca Técnica, 1995 [7] MEIXNER H. y SAUER E., “Introducción a la Electroneumática”, Festo Didactic, Alemania, 1990 [8] SIEMENS, CIM Automatización de la producción, MARCOMBO, Barcelona, 1999 [9] Manual Tutorial Intouch [10] Manual de neumática PN-2100, DEGEM [10] CORRALES Luis, Curso introductorio de InTouch, EPN, 2005 [11] SIEMENS, Sistema de automatización s7-200, Manual de sistema, Edición 2001 [12] http://www.festo.com/net/startpage/ [13]http://didactica.hre.es/productos-servicios/equipamiento-didactico-depracticas/Neumatica [14] http://www.labvolt.com/products/automation-and-robotics/robotics/servo-robotsystem-5250/associated [15] http://r-luis.xbot.es/pic1/pic01.html [16] http://electronica.com.mx/neural/informacion/index.html 112
[17] http://ingenieria.udea.edu.co/investigacion/mecatronica/mectronics/redes.htm [18] http://cyber-bonobo.blogspot.com/2006/11/lgica-difusa.html [19] http://www.answermath.com/logica_difusa_conjuntos_nebulosos.htm [20] http://www.fing.uach.mx/MatDidactico/Legislacion/autopro.htm [21] http://personal.redestb.es/efigueras/memoria.htm [22]http://www.ciencias.com.ar/electronica/electricidad/automatizacion-redelectrica/index.php [23] http://www.automatas.org/redes/scadas.htm [24]http://www.infoplc.net/Documentacion/Docu_SCADA/infpPLC_net_Introducci on_Sistemas_SCADA.pdf [25] http://www.ing.uc.edu.ve/Contenido/pagina7.htm [26] http://www.planetaelectronico.com. [28] http/www.sapiensman.com/neumática_hidráulica20.htm [29]http://www.siemens.com.ar/siepe/pe/automatizacion_plcsimatic_s7_200_s7_300 _y_s7_400.htm [30]http://www.tejedoresdelweb.com/slides/bases_datos/screen/teo1_conceptos_basi cos.pdf [31] https://clientes.pragma.com.co [32] http://www.mailxmail.com/curso/informatica/access2000/capitulo87.htm [33] www.desarrolloweb.com
113
ANEXOS
114
ANEXO A
Especificaciones técnicas del módulo “Banda transportadora”.
115
116
ANEXO B
Hojas técnicas de sensores fotoeléctricos
117
118
119
120
121
122
123
124
125
ANEXO C
Programación de los LCD
126
LCD con mensaje de error en estampado: '**************************************************************** '* Name
: LCD_ERROR_ESTAMPADO.BAS
*
'**************************************************************** CMCON=7 ; Digitalizamos el puerto A DEFINE LCD_DREG PORTB datos DEFINE LCD_DBIT 4 DEFINE LCD_RSREG PORTB DEFINE LCD_RSBIT 3 DEFINE LCD_EREG PORTB DEFINE LCD_EBIT 2 INICIO: Pause 500 LCDOut $FE, 1
; Definición para utilizar 4 bits del puerto B para transmisión de ; desde el BIT B.4 hasta el B.7 ; Definición para utilizar el registro de control/datos en el puerto B ; en el BIT B.3 ; Definición para utilizar el enable en el puerto B ; en el BIT B.2
' Wait for LCD to startup
ESPERA: IF PORTA.0=0 THEN GOTO loop: ELSE GOTO ESPERA ENDIF
; Pregunta si el porta.0 es 0 entonces ; salte a la etiqueta display ; caso contrario si el pulsador sigue en 1 entonces ; salte a la etiqueta espera ; termine la instrucción if
loop: Pause 500
' Wait for LCD to startup
LCDOut $FE,1," ***ERROR EN***" LCDOut $FE,$C0," ***ESTAMPADO***" ESTAMPADO Pause 10000
' Wait .20 second
DISPLAY1: LCDOut $FE,1," ***ERROR*** " LCDOut $FE,$C0," ***SUPERADO***" SUPERADO Pause 2000
; Limpie el visor del LCD y muestre desde la ; primera línea la palabra ERROR EN ; en la segunda línea muestre la palabra
; Limpie el visor del LCD y muestre desde la ; primera línea la palabra ERROR ; en la segunda línea muestre la palabra
' Wait .20 second
LCDOut $fe, 1 goto ESPERA End
; finalice el programa
127
LCD con mensaje de error en taladrado:
'**************************************************************** '* Name : LCD_ERROR_TALADRADO.BAS * '**************************************************************** CMCON=7 ; Digitalizamos el puerto A
DEFINE LCD_DREG PORTB datos DEFINE LCD_DBIT 4 DEFINE LCD_RSREG PORTB DEFINE LCD_RSBIT 3 DEFINE LCD_EREG PORTB DEFINE LCD_EBIT 2 INICIO: Pause 500 LCDOut $FE, 1
; Definición para utilizar 4 bits del puerto B para transmisión de ; desde el BIT B.4 hasta el B.7 ; Definición para utilizar el registro de control/datos en el puerto B ; en el BIT B.3 ; Definición para utilizar el enable en el puerto B ; en el BIT B.2
' Wait for LCD to startup
ESPERA: IF PORTA.0=0 THEN GOTO loop: ELSE GOTO ESPERA ENDIF
; pregunta si el porta.0 es 0 entonces ; salte a la etiqueta display ; caso contrario si el pulsador sigue en 1 entonces ; salte a la etiqueta espera ; termine la instrucción if
loop: Pause 500
' Wait for LCD to startup
LCDOut $FE,1," ***ERROR EN***" LCDOut $FE,$C0," ***TALADRADO***" TALADRADO Pause 10000
; Limpie el visor del LCD y muestre desde la ; primera línea la palabra ERROR EN ; en la segunda línea muestre la palabra
' Wait .20 second
DISPLAY1: LCDOut $FE,1," ***ERROR*** "
; Limpie el visor del LCD y muestre desde la ; primera línea la palabra ERROR ; en la segunda línea muestre la palabra
LCDOut $FE,$C0," ***SUPERADO***" SUPERADO Pause 2000 ' Wait .20 second LCDOut $fe, 1 goto espera End
; finalice el programa
128
ANEXO D
Datos técnicos del PLC SIEMENS S7200 CPU 224
129
130
131
132
133
134
135
136
137
ANEXO E
Datos técnicos del microcontrolador 16F628A
138
139
140
141
142
ANEXO F
Programación del PLC
143
Banda transportadora:
144
Estampado:
145
Taladrado:
146
Error en estampado:
Error en taladrado: 147
148
ANEXO G
Hojas guías para prácticas en el módulo
149
GUIAS DE LABORATOR
INGENIERÍA ELÉCTR CAMPUS KENNE
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL I – COMUNICACIONES II MONITOREO
150
PRACTICA N.-1 COMUNICACIÓN PLC – STEP7 OBJETIVOS:
Configurar el software STEP 7 MicroWIN SP1 V3.2.
Configurar el cable de comunicación PC/PPI para programar el PLC con el software STEP 7 MicroWIN SP1 V3.2.
SÍNTESIS TEÓRICA:
PLC SIEMENS S7200:
El SIMATIC S7-200 es un PLC compacto y potente, particularmente en lo que concierne a respuesta en tiempo real, rápido, alta capacidad de memoria, ofrece una conectividad extraordinaria y todo tipo de facilidades en el manejo de software y hardware. El PLC SIMATIC S7-200 puede programarse de forma muy fácil, es un PLC modular, consecuente, permite soluciones a la medida que no quedan sobredimensionadas, además, pueden añadirse módulos de expansión en cualquier momento.
Software STEP 7 Micro/WIN:
El Software STEP 7 Micro/WIN está diseñado para programar la serie completa de PLCs S7-200. STEP 7-Micro/WIN es de gran facilidad de uso, funciona bajo estándar Windows y tiene gran repertorio de instrucciones fáciles de aplicar.
Cable de comunicación PC/PPI:
El cable PC/PPI se utiliza para conectar el puerto de comunicación RS-232 de un módem a una CPU S7-200.
Figura 1.1 Comunicación Ordenador & PLC
La figura 1.1 muestra una configuración típica para conectar el PC a la CPU utilizando el cable PC/PPI.
151
En un cable PC/PPI se puede configurar la velocidad de transferencia correcta utilizando los interruptores DIP dispuestos en la carcasa del cable, estas velocidades están comprendidas entre 600 bit/s y 38.400 bit/s. La siguiente tabla muestra las velocidades de transferencia y las posiciones de los interruptores DIP. VELOCIDAD DE TRANSFERENCIA (Baudios)
POSICIÓN DE DIP SWITCH (1 = ARRIBA)
38400 19200 9600 4800 2400 1200 600
000 001 010 011 100 101 110
Tabla 1.1 posiciones de los interruptores según velocidad
El cable PC/PPI se encuentra en modo de transmisión cuando los datos se envían del puerto RS-232 al RS-485. En cambio, se encuentra en modo de recepción al estar inactivo, o bien cuando los datos se transmiten del puerto RS-485 al RS-232. Márgenes de memoria y funciones de las CPUs S7-200: Descripción ÁÁÁÁÁÁÁ
Dirección de memoria
Entradas Salidas Entradas analógicas (sólo lectura) Salidas analógicas (sólo escritura) Memoria de variables (V)1 Memoria local (L)2 Área de marcas (M) Marcas especiales (SM) Sólo lectura Temporizadores Retardo a la conexión memorizado 1 ms Retardo a la conexión memorizado 10 ms Retardo a la conexión memorizado 100 ms Retardo a la con./descon. 1 ms Retardo a la con./descon. 10 ms Retardo a la con./descon. 100 ms Contadores Contadores rápidos Relés de control secuencial (S) Acumuladores
I0.0 a I15.7 Q0.0 a Q15.7 AIW0 a AIW30 AQW0 a AQW30 VB0.0 a VB5119.7 LB0.0 a LB63.7 M0.0 a M31.7 SM0.0 a SM179.7 SM0.0 a SM29.7 256 (T0 a T255) T0, T64 T1 a T4, T65 a T68 T5 a T31, T69 a T95 T32, T96 T33 a T36, T97 a T100 T37 a T63, T101 a T255 C0 a C255 HC0 a HC5 S0.0 a S31.7 AC0 a AC3
Tabla 1.2 Direcciones de memoria de las funciones de las CPUs S7-200
Editor KOP (Esquema de contactos):
El esquema de contactos (KOP), figura 1.2, es un lenguaje de programación gráfico con componentes similares a los elementos de un esquema de circuitos. Al programar con KOP, se crean y se disponen componentes gráficos que conforman un segmento de operaciones lógicas. Para crear programas se dispone de los siguientes elementos:
152
Figura 1.2 Ejemplo de editor KOP
Contactos: Representan un interruptor por el que la corriente puede circular. La corriente circula por un contacto normalmente abierto sólo cuando el contacto está cerrado, de forma similar, la corriente circula por un contacto normalmente cerrado sólo cuando el contacto está abierto. Cuadros: Representan una función (por ejemplo, un temporizador, un contador o una operación aritmética) que se ejecuta cuando la corriente llega al cuadro. Bobinas:
Representan un relé o una salida excitada por la corriente.
La representación gráfica (lenguaje KOP) es muy sencilla de comprender, facilitando el trabajo a los programadores.
Editor FUP (Diagrama de funciones):
El editor FUP permite visualizar las operaciones en forma de cuadros lógicos similares a los circuitos de puertas lógicas,no existen contactos ni bobinas como en el editor KOP, pero sí hay operaciones equivalentes que se representan en forma de cuadros. La lógica del programa se deriva de las conexiones entre esas operaciones de cuadro. Ello significa que la salida de una operación (por ejemplo, un cuadro AND) se puede utilizar para habilitar otra operación (por ejemplo, un temporizador) con objeto de crear la lógica de control necesaria. La figura 1.3 muestra un ejemplo de un programa creado con el editor FUP.
Figura 1.3 Ejemplo de editor FUP
Editor AWL (Lista de instrucciones):
Permite crear programas de control introduciendo la nemotécnica de las operaciones, el editor AWL se adecua especialmente para los programadores expertos ya familiarizados con los sistemas de automatización (PLCs) y con la programación lógica.
153
El editor AWL también permite crear ciertos programas que, de otra forma, no se podrían programar con los editores KOP ni FUP. Ello se debe a que AWL es el lenguaje nativo de la CPU, a diferencia de los editores gráficos en los que son aplicables ciertas restricciones para poder dibujar los diagramas correctamente. La figura siguiente muestra un ejemplo de un programa AWL. NETWORK 1 LD I0.0 LD I0.1 LD I2.0 A I2.1 OLD ALD = Q5.0
La CPU ejecuta cada operación en el orden determinado por el programa, de arriba a abajo, reiniciando luego arriba nuevamente.
LISTA DE MATERIALES:
Cable de comunicación PC/PPI.
Software STEP 7 MicroWIN SP1 V3.2.
PLC SIEMENS S7200 CPU224.
DESARROLLO: Para establecer un enlace correcto entre los componentes se tienen que seguir los siguientes pasos: 4. Ajuste los interruptores DIP del cable PC/PPI a la velocidad de transferencia asistida por su PC. Seleccione también las opciones “11 bits” y “DCE” si su cable PC/PPI las tiene. 5. Conecte el extremo RS-232 (PC) del cable PC/PPI al puerto de comunicaciones de su PC (COM1 ó COM2) y el extremo RS-485 (PPI) del cable PC/PPI al puerto de comunicaciones de la CPU.
Software STEP 7 MicroWIN: Una vez ingresado al software STEP 7 MicroWIN SP1 V3.2, se tiene que seguir los siguientes pasos:
En la ventana de STEP 7-Micro/WIN 32, haga clic en el icono “Comunicación”, aparecerá el cuadro de diálogo “Configurar comunicación”.
En el cuadro de diálogo “Configurar comunicación”, hacer doble clic en el icono del cable PC/PPI. Aparecerá el cuadro de diálogo “Ajustar interfaz PG/PC”
154
Haga clic en el botón “Propiedades” para acceder al cuadro de diálogo donde se visualizan las propiedades del interfaz. Verifique las propiedades. La velocidad de transferencia debe estar ajustada a 9.600 bit/s.
Si no se utiliza más que un cable PC/PPI para el enlace entre el PC y la CPU, basta con conectar el cable y aceptar los parámetros estándar asignados en STEP 7-Micro/WIN 32 para el PC y la CPU a la hora de instalar el software STEP 7-Micro/WIN 32. En cualquiera de los lenguajes de programación, crear un programa que cumpla con las siguientes condiciones. -
La salida 2 puede funcionar solamente después de que han funcionado previamente las salidas 0 y 1. No interesa el orden en que las salidas 0 y 1 se hayan activado. Todas las salidas tienen su propia entrada de encendido y pueden apagarse en cualquier momento.
Una vez creado el programa, se lo debe cargar en el PLC siguiendo los siguientes pasos:
Verificar que el programa no tenga errores, esto se realiza seleccionando el icono compilar.
Verificar que el PLC esté en modo STOP, caso contrario no se puede cargar el programa.
Seleccionar el icono “Cargar en CPU” y el programa será cargado en el PLC.
PRACTICA N.-2 MANEJO DE TOPES Y BARRERAS OBJETIVOS:
Familiarizar al estudiante con el funcionamiento de los elementos que componen el módulo.
155
SÍNTESIS TEÓRICA: Topes electromagnéticos: Los topes son mecanismos accionados por solenoides de 24 Vcc. Son utilizados para crear una línea de espera en una pieza de trabajo, mientras se realiza un proceso en otra.
Figura 2.1 Tope electromagnético
Barreras electromagnéticas: Las barreras, al igual que los topes, son dispositivos electro mecánicos accionados por solenoides de 24 Vcc. Son utilizados para crear una barrera física a través de la banda transportadora exterior y también sirve como carril de guía durante las operaciones de transferencia de las piezas de trabajo hacia la banda transversal.
Figura 2.2 Barrera electromagnética
Forma de conexión de entradas y salidas del PLC SIEMENS S7200 CPU 224:
156
Figura 2.3 conexión de entradas y salidas
Detalle de conexiones PLC – Módulo: La siguiente tabla muestra a qué elementos del módulo están físicamente conectadas tanto las entradas como las salidas del PLC.
ENTRADAS PLC I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5
MODULO Micro switch 1 Micro switch 2 Micro switch 3 Micro switch 4 Micro switch 5 Micro switch 6 Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3 Sensor 4 Sensor 5 Sensor 6 Sensor 7
Tabla 2.1 conexión de entradas del PLC
SALIDAS PLC Q0.0
MODULO Tope
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Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 Q1.1 Q2.0 Q2.1 Q2.2 Q2.3 Q2.4 Q2.5 Q2.6 Q2.7
Tope Tope Barrera 1 Barrera 2 Electroimanes Motor (banda principal) Motor BT Subir/bajar BT Dirección BT Subir/bajar (estampado) Girar (taladro) Extender/contraer (taladro) Extender/contraer (horquilla 1) Subir/bajar (horquilla 1) Rotar 90ª (horquilla 1) Extender/contraer (horquilla 2) Subir/bajar (horquilla 2)
Tabla 2.2 conexión de salidas del PLC
LISTA DE MATERIALES:
Cable de comunicación PC/PPI.
Software STEP 7 MicroWIN SP1 V3.2.
PLC SIEMENS S7200 CPU224.
Topes, barreras y finales de carrera del modulo.
DESARROLLO:
Distribuya los topes y barreras a lo largo de la banda principal del módulo y ubicar un final de carrera antes de cada uno.
Verifique el funcionamiento de topes y barreras, activándolos de forma manual desde la consola del operador.
Realizar un programa que cumpla la siguiente lógica de control: -
-
Cada uno de los topes y barreras son activados por los finales de carrera ubicados antes de ellos. Los topes deben retener la pieza de trabajo durante 5 segundos, luego de los cuales se desactivan automáticamente y permiten el paso (utilice temporizadores con retardo al encendido). Las barreras deben retener la pieza de trabajo durante 10 segundos, luego de los cuales se desactivan automáticamente y permiten su paso (utilice temporizadores con retardo al apagado).
PRACTICA N.-3 158
CORDINACIÓN DE SENSORES CON TOPES Y BARRERAS OBJETIVOS:
Relacionar las acciones de las salidas del PLC con señales a las entradas.
Activar los topes y barreras del módulo por acción de los sensores.
SÍNTESIS TEÓRICA: Sensores capacitivos de proximidad: Los sensores capacitivos de proximidad han sido diseñados para trabajar generando un campo electrostático y detectando cambios en dicho campo a causa de un objeto que se aproxima a la superficie de detección. Los elementos de trabajo del sensor son, una sonda capacitiva de detección, un oscilador, un rectificador de señal, un circuito de filtraje y el correspondiente circuito de salida.
Figura 3.1 Sensores capacitivos de proximidad
En ausencia de objetos a detectar, el oscilador se encuentra inactivo. Cuando se aproxima un objeto, éste aumenta la capacitancia de la sonda de detección. Al superar la capacitancia un umbral predeterminado se activa el oscilador, el cual dispara el circuito de salida para que cambie entre “on” y “off”. La capacitancia de la sonda de detección viene condicionada por el tamaño del objeto a detectar, por la constante dieléctrica y por la distancia existente entre éste y el sensor. A mayor tamaño y mayor constante dieléctrica de un objeto, mayor incremento de capacitancia. A menor distancia entre objeto y sensor, mayor incremento de capacitancia de la sonda por parte del objeto. Sensores de proximidad inductivos: Los sensores inductivos de proximidad han sido diseñados para trabajar generando un campo magnético y detectando las pérdidas de corriente de dicho campo generadas al introducirse en él los objetos de detección férricos y no férricos.
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Figura 3.2 Sensores de proximidad inductivos
El sensor consiste en una bobina con núcleo de ferrita, un oscilador, un sensor del nivel de disparo de la señal y un circuito de salida. Al introducir un objeto metálico en el campo, se inducen corrientes de histéresis en el objeto. Debido a ello hay una pérdida de energía y una menor amplitud de oscilación. El circuito sensor reconoce entonces un cambio específico de amplitud y genera una señal que conmuta la salida de estado sólido a la posición “ON” (Encendido) y “OFF” (Apagado). Sensores fotoeléctricos: Los sensores fotoeléctricos son dispositivos electrónicos que trabajan detectando el cambio de intensidad de una fuente de luz que, o bien es reflejada, o bien interrumpida por el objeto a detectar. El cambio en el haz de luz puede ser el resultado de la presencia o ausencia del objeto, convirtiéndolos en cambios de estado de la salida.
Figura 3.3 Sensores fotoeléctricos
Los sensores fotoeléctricos se utilizan para lograr una exacta detección de objetos sin necesidad de contacto físico. Un sensor fotoeléctrico tiene cuatro componentes básicos:
Fuente de luz Sensor de luz Lentes Dispositivo de conmutación de salida
Fuente de luz
Un diodo emisor de luz (LED) es un semiconductor de estado sólido que emite luz cuando se aplica corriente. Los LEDs se construyen para emitir longitudes de onda específicas o colores de la luz. Como fuente de luz se utilizan LEDs que emiten radiación infrarroja, roja visible, verde y azul en la mayoría de sensores fotoeléctricos. (Figura 2.9).
Detección de luz
Un foto sensor es el componente usado para detectar la fuente de luz. El fotodiodo o fototransistor es un componente de estado sólido que proporciona un cambio en la corriente conducida dependiendo de la cantidad de luz detectada.
Lentes:
Los LEDs emiten luz y los foto sensores son sensibles a la luz en un amplio campo de visión. Para restringir este campo se utilizan lentes acopladas a los LEDs y a los foto sensores. Al
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reducir el ángulo de visión se incrementa el rango del LED o del foto sensor. Como resultado, las lentes también aumentan la distancia de detección de los sensores fotoeléctricos.
Dispositivo de salida:
Una vez detectado el cambio de luz suficiente, el sensor fotoeléctrico selecciona un dispositivo de salida relacionado a la lógica de la maquinaria. Se dispone de varios tipos de salidas discretas y variables (analógicas), cada una de ellas con sus potencias y limitaciones características.
Sensores fotoeléctricos polarizados retrorreflectivos: Son sensores que se pueden utilizar para detectar la gran mayoría de objetos, incluso objetos brillantes tales como productos con recubrimiento retráctil, metales brillantes, lámina metálica, entre otros.
Figura 3.4 Sensores fotoeléctricos polarizados retrorreflectivos
Estos sensores están diseñados principalmente para uso en aplicaciones donde un objeto opaco bloqueará completamente el haz efectivo entre el sensor y el reflector.
Sensores fotoeléctricos difusos normales: Hay situaciones en las que es difícil, por no decir imposible, acceder a ambos lados de las piezas de trabajo. En estas aplicaciones, es necesario apuntar la fuente de luz directamente al objeto. La luz es dispersada por la superficie del objeto en todos los ángulos y una pequeña porción es reflejada nuevamente para ser detectada por el receptor contenido en la misma carcasa. Este modo de detección se llama difusa o de proximidad.
Figura 3.5 Sensores fotoeléctricos difusos normales
El sensor fotoeléctrico difuso normal está diseñado para detectar la luz reflejada directamente por la superficie del objeto a ser detectado. Una aplicación exitosa de sensores
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normales difusos puede ser problemática y debe tenerse cuidado para evitar detectar el fondo que está detrás del objeto u objetos ubicados en el área del objeto.
LISTA DE MATERIALES:
Cable de comunicación PC/PPI.
Software STEP 7 MicroWIN SP1 V3.2.
PLC SIEMENS S7200 CPU224.
Topes, barreras y finales de carrera del modulo.
Sensores fotoeléctricos, capacitivo e inductivo incluidos en el módulo.
DESARROLLO:
Distribuya los topes, barreras y sensores a lo largo de la banda principal del módulo.
Con la ayuda de la pieza de trabajo verifique el funcionamiento de los sensores del módulo y sus condiciones de activación.
Colocar un sensor junto a cada tope y barrera.
Con la ayuda de temporizadores realizar un programa, que controle los topes y barreras, cumpliendo las siguientes condiciones: -
Cada uno de los topes y barreras son activados por los sensores. Los sensores deben retener la pieza de trabajo durante 5 segundos, luego de los cuales se desactivan automáticamente y permiten el paso. Los sensores deben retener la pieza de trabajo durante 10 segundos, luego de los cuales se desactivan automáticamente y permiten el paso.
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PRACTICA N.-4 SIMULACIÓN DE UN PROCESO DE ESTAMPADO OBJETIVOS:
Simular un proceso de estampado.
Coordinar la activación de electro válvulas con las barreras y topes.
SÍNTESIS TEÓRICA: Estación de estampado: La estación de estampado cuenta con un mecanismo neumático vertical, equipado con válvulas de control de flujo, que simula el sellado de la parte superior de la pieza de trabajo.
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Figura 4.1 Estación de estampado.
Válvula de control de flujo: La válvula de control de flujo, llamada también válvula reguladora del gasto, actúa reduciendo el caudal del aire comprimido, variando de este modo su velocidad, la regulación de aire se la lleva a cabo manualmente por medio de un tornillo regulador. Los controles de flujo proporcionan calibración de salida del control de escape de aire de un cilindro neumático mientras proporciona flujo completo en la dirección opuesta. Algunos tipos de válvulas reguladoras pueden ser utilizadas para montarse directamente al cilindro. Cilindros de doble acción: El cilindro de doble acción o de doble efecto genera un movimiento rectilíneo (carrera del émbolo) que puede ser de avance y de retroceso. Este tipo de cilindro puede producir trabajo en los dos sentidos de carrera del émbolo, ya que posee dos tomas de aire comprimido, situadas a ambos lados del émbolo.
Figura 4.2 Cilindro de doble acción.
La carrera del émbolo de un cilindro neumático puede desarrollarse a una alta velocidad, generalmente conviene amortiguar los finales de la carrera del émbolo para evitar el ruido excesivo y los choques bruscos tanto internamente (que pudieran deteriorar a algunas de las
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partes interiores del cilindro) como externamente (que pudieran causar daños en el vástago del cilindro y en los objetos externos que él manipula). La fuerza desarrollada por un cilindro de doble efecto al avanzar el vástago depende de la presión del aire, de la sección del émbolo y del rendimiento o pérdidas por rozamiento en las juntas dinámicas. En el retroceso será preciso considerar también el diámetro del vástago.
Válvula de control 5/2: Las válvulas de control direccional tienen por objeto comandar el caudal de aire comprimido hacia los cilindros, haciéndolos entrar en el momento oportuno y permitiendo el escape de aire cuando se desea invertir el movimiento del pistón. Esta válvula posee 5 vías, se la se utiliza para actuar directamente sobre el cilindro, cuando cumple este papel eso se la denomina también válvula de operación La aplicación más usual de la válvula 5/2 es la de controlar el avance y retroceso de un cilindro de doble efecto, en una posición de la válvula el cilindro avanza y en la otra retrocede.
Figura 4.3 a
Figura 4.3 b Figura 4.3 Válvula de control 5/2
Para controlar un cilindro de doble efecto hay que cambiar simultáneamente las vías de entrada y escape presión. Cuando el pulsador es accionado (Figura 4.3 a) la vía 1 se conecta a la 4 y la salida 2 se conecta al escape por la vía 3 haciendo que el cilindro salga. Cuando dejamos de pulsar (Figura 4.3 b) la vía 1 se conecta a la vía 2 permitiendo la entrada del aire y la 4 se conecta a la 5 haciendo que el cilindro regrese a la posición inicial.
Electroválvulas (válvulas electromagnéticas): Estas válvulas se utilizan cuando la señal proviene de un temporizador eléctrico, un final de carrera eléctrico o mandos electrónicos. En general, se elige el accionamiento eléctrico para mandos con distancias extremamente largas y cortos tiempos de conexión. Las electroválvulas o válvulas electromagnéticas se dividen en válvulas de mando directo o indirecto. Las de mando directo solamente se utilizan para un diámetro pequeño, puesto que para diámetros mayores los electroimanes necesarios resultarían demasiado grandes
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LISTA DE MATERIALES:
Cable de comunicación PC/PPI.
Software STEP 7 MicroWIN SP1 V3.2.
PLC SIEMENS S7200 CPU224.
Topes, barreras, finales de carrera y sensores del modulo.
Estación de estampado simulada.
DESARROLLO:
Verifique el funcionamiento de la estación de estampado simulada, activándola de forma manual desde la consola del operador.
Realice un programa que cumpla con las siguientes condiciones: -
-
Un sensor detecta la presencia de la pieza de trabajo y activa un tope que la detiene debajo de la estación de estampado simulada. Una vez detenida la pieza de trabajo, se activa una salida que controla la bajada del pistón de estampado. Una vez que termina de bajar el pistón, un temporizador lo desactiva y regresa a su posición inicial. El tiempo que la pieza de trabajo está detenida debe ser el suficiente para que se lleve a cabo todo el proceso de estampado (bajada y subida del pistón). Una vez terminado todo el proceso de simulación de estampado, el tope se desactiva y permite el paso de la pieza de trabajo.
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PRACTICA N.-5 SIMULACIÓN DE UN ERROR EN EL ESTAMPADO CON REALIMENTACIÓN DE PROCESO OBJETIVOS:
Corregir un error en el proceso de estampado realimentando el proceso.
SÍNTESIS TEÓRICA: Estación de transferencia 1: Dos transferencias se utilizan en este módulo, la transferencia 1 permite sujetar, levantar y transferir las piezas de trabajo desde la banda transportadora principal a la transversal. Esta transferencia posee 2 pistones, el primero tiene por objetivo extender y contraer la transferencia y el segundo tiene por objetivo bajar, sujetar la pieza (por medio de un electroimán) y elevarla. Ambas transferencias se montan en la estructura de la parte superior de la banda transportadora transversal. Son accionados por cilindros equipados con válvulas de control de flujo.
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Figura 5.1 Transferencia normal
Electroimanes: Un electroimán es un dispositivo electromagnético destinado a transformar la energía eléctrica en energía mecánica. Los electroimanes de corriente continua se fabrican con aleaciones férricas. Su funcionamiento es muy sencillo, cuando se activa la corriente se genera un campo magnético que queda concentrado en la armadura de hierro, permitiendo así cualquier tipo de sujeción. Este tipo de electroimanes se activa únicamente mediante la corriente eléctrica. Su principal característica es su gran fuerza de retención con un consumo de corriente moderado.
Piezas de trabajo: Son las piezas que se mueven sobre la banda transportadora, están provistas de material reflectivo sobre los lados adyacentes para que los sensores de tipo retrorreflectivo puedan ser activados, adicionalmente tienen 4 orificios en su parte superior que facilitan la transferencia de la pieza entre las bandas principal y transversal.
Figura 5.2 Pieza de trabajo
Producción continua:
En este caso, el producto es el resultado de una serie de operaciones secuenciales, predeterminadas en su orden, poco numerosas, y que requieren su integración en un flujo continuo de producción. Los principales aportes de la microelectrónica a este tipo de automatización son los mecanismos de control de las diversas fases o etapas productivas y la creciente capacidad de control integrado de todo el proceso productivo.
Producción en serie:
La producción en serien está formada por diversas operaciones productivas, generalmente paralelas entre si o realizadas en diferentes períodos de tiempos o sitios de trabajo, lo que ha dificultado la integración de líneas de producción en la automatización.
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Desde mediados de los años setenta las posibilidades de automatización integrada han aumentado rápidamente gracias a lo adelantos en la robótica, en las máquinas-herramientas de control, en los sistemas flexibles de producción, y en el diseño y manufactura asistidos por ordenador.
LISTA DE MATERIALES:
Cable de comunicación PC/PPI.
Software STEP 7 MicroWIN SP1 V3.2.
PLC SIEMENS S7200 CPU224.
Topes, barreras, finales de carrera y sensores del modulo.
Estación de estampado simulada.
DESARROLLO:
Colocar un tope debajo de la estación de estampado simulada.
Colocar una barrera en cada extremo de la banda transportadora transversal.
Verifique el funcionamiento de la estación de transferencia 1, activándola de forma manual desde la consola del operador.
Para simular un error en el estampado se propone utilizar el sensor inductivo, el cual va a detectar el material metálico que está en una esquina sobre la pieza de trabajo, la señal de éste sensor es la que representa un error.
Una vez definido cómo se va a representar el error, realice un programa que cumpla con las siguientes condiciones: -
-
El sensor inductivo detecta el “error” y activa la barrera que detiene la pieza de trabajo frente a la banda transversal. Un segundo sensor detecta que la pieza de trabajo está detenida y activa una salida que controla el pistón que extiende la transferencia. Una vez extendida la transferencia, se activa una nueva salida que controla el pistón que está al extremo, este pistón tiene que bajar, sujetar la pieza con el electroimán y subirla. Luego de subir la pieza, la horquilla regresa a su posición inicial. Una vez aquí, la pieza es nuevamente bajada, el electroimán se desactiva y la pieza queda en la banda transversal. Finalmente se activa una salida que controla el movimiento de la banda transversal produciendo así la realimentación del proceso.
Todo este proceso debe realizarse con la ayuda de temporizadores.
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PRACTICA N.-6 SIMULACIÓN DE UN PROCESO DE TALADRADO OBJETIVOS:
Simular un proceso de taladrado.
SÍNTESIS TEÓRICA: Estación de taladrado: La estación de taladrado cuenta con un taladro neumático instalado sobre una base móvil, esta base es accionada por un cilindro neumático. El taladro está montado horizontalmente para simular la perforación de la cara de una pieza de trabajo. El taladro se simula por una barra cilíndrica de punta redonda.
Figura 6.1 Estación de taladrado
LISTA DE MATERIALES:
Cable de comunicación PC/PPI.
Software STEP 7 MicroWIN SP1 V3.2.
PLC SIEMENS S7200 CPU224.
Topes, barreras, finales de carrera y sensores del modulo.
Estación de taladrado simulada.
DESARROLLO:
Verifique el funcionamiento de la estación de taladrado simulada, activándola de forma manual desde la consola del operador.
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Realice un programa que cumpla con las siguientes condiciones: -
-
-
Un sensor detecta la presencia de la pieza de trabajo y activa una salida que está conectada a un tope, el cual detiene a la pieza de trabajo frente a la estación de taladrado simulada. Adicionalmente se activa una salida que controla el pistón de avance / retroceso del taladro. Una salida controla también el giro del taladro, el mismo que debe girar mientras el taladro se mantenga extendido. El tiempo que la pieza de trabajo está detenida debe ser el suficiente para que se lleve a cabo todo el proceso de taladrado (extensión y contracción del pistón). Una vez terminado este proceso, el tope se desactiva y permite el paso de la pieza de trabajo.
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PRACTICA N.-7 SIMULACIÓN DE UN ERROR EN EL TALADRADO CON REALIMENTACIÓN DE PROCESO OBJETIVOS:
Corregir un error en el proceso de taladrado realimentando el proceso.
SÍNTESIS TEÓRICA: Transferencia 2: La transferencia 2, al igual que la transferencia 1, permite sujetar, levantar y transferir la pieza de trabajo desde la banda transportadora principal hacia la transversal, pero con la diferencia de que la transferencia 2 permite la rotación de las piezas de trabajo a 90 grados. Esta rotación permite que al momento de realimentar el error el taladrado se realice en la misma cara
Figura 7.1 Transferencia con giro de 90ª
Retroalimentación: Se conoce también con los nombre de Retroacción, Realimentación, Reinput o Feedback, es un mecanismo mediante el cual la información sobre la salida del sistema se vuelve a él convertida en una de sus entradas, esto se logra a través de un mecanismo de retorno, y tiene como fin alterar de alguna manera el comportamiento del sistema y corregir errores en el proceso. La retroalimentación permite el control de un sistema y que el mismo tome medidas de corrección en base a la información retroalimentada, la retroalimentación sirve para establecer una comparación entre la forma real de funcionamiento del sistema y el parámetro ideal establecido. Si hay alguna diferencia o desviación, el proceso de retroalimentación se encarga de regular o modificar las entradas para que la salida se acerque al valor previamente definido.
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Debido a la gran versatilidad que ofrece este módulo podemos simular errores en los procesos y además corregirlos, llevando a la pieza de trabajo nuevamente al lugar de estampado o taladrado, es decir, realizamos una retroalimentación el proceso. LISTA DE MATERIALES:
Cable de comunicación PC/PPI.
Software STEP 7 MicroWIN SP1 V3.2.
PLC SIEMENS S7200 CPU224.
Topes, barreras, finales de carrera y sensores del modulo.
Estación de taladrado simulada.
DESARROLLO:
Colocar un tope debajo de la estación de taladrado simulada.
Colocar una barrera en cada extremo de la banda transportadora transversal.
Verifique el funcionamiento de la estación de transferencia 2, activándola de forma manual desde la consola del operador.
Para simular un error en el taladrado se propone utilizar uno de los sensores fotoeléctricos, el cual va a detectar el material reflectivo que está en uno de los costados de la pieza de trabajo, la señal de éste sensor puede representar un error.
Una vez definido cómo se va a representar el error, realice un programa que cumpla con las siguientes condiciones: -
-
El sensor retrorreflectivos detecta el “error” en el taladrado y activa la barrera que detiene la pieza de trabajo frente a la banda transversal. Un segundo sensor detecta que la pieza de trabajo está detenida y activa una salida que controla el pistón que extiende la transferencia. Una vez extendida la transferencia, se activa una nueva salida que controla el pistón que está al extremo, este pistón tiene que bajar, sujetar la pieza con el electroimán, girarla y subirla. Luego de subir la pieza, la horquilla regresa a su posición inicial. Una vez aquí, la pieza es nuevamente bajada, el electroimán se desactiva y la pieza queda en la banda transversal. Finalmente se activa una salida que controla el movimiento de la banda transversal produciendo así la realimentación del proceso.
PRACTICA N.-8 COMUNICACIÓN IN TOUCH – PLC 173
(LECTURA DE SENSORES EN EL ORDENADOR) OBJETIVOS:
Configurar del I/O server S7200PPI para la comunicación InTouch-PLC.
Leer el estado de los sensores a través de indicadores gráficos. (efectuar el monitoreo / monitorear)
SÍNTESIS TEÓRICA: I/O server S7200PPI: El I/O Server S7200PPI permite comunicar el controlador lógico programable con el software InTouch. Una vez instalado el software del I/O server S7200PPI en el ordenador se deben seguir los siguientes pasos para configurarlo correctamente: En el cuadro de diálogo “Com Port Settings” del menú Configure se debe verificar la tasa de transferencia, ésta debe ser la misma con la que se establecerá la comunicación PLC – STEP 7, para la paridad se debe seleccionar la opción “even” si la comunicación es a 11 bits o “none” si es a 10 bits, esta configuración depende de la disposición física de los dip switch del cable de comunicación PC/PPI.
Figura 8.1 Configuración del I/O server S7200PPI (a)
En el cuadro de diálogo “Modem Settings” del menú Configure se debe verificar solamente que la opción “Comm Port” se encuentre en COM 1, que es el puerto que se está utilizando en el presente proyecto.
Figura 8.2 Configuración del I/O server S7200PPI (b)
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En el cuadro de diálogo “Topic Definition” el “Topic Name” lo pone el usuario, se puede utilizar el S7DEMO que viene por defecto. El “PLC Address” debe coincidir con la dirección remota, al igual que el “Com Port”. El “Max. Message Size” debe configurarse con 112 bytes para el CPU 224 del PLC. El tiempo de actualización del Server (“Update Interval”) depende del tipo y número de ítems, del tipo de PLC y de la velocidad del computador.
Figura 8.3 Configuración del I/O server S7200PPI (c)
Figura 8.4 Configuración del I/O server S7200PPI (d)
En el cuadro de diálogo “DDE Server Settings” se mantiene la velocidad de barrido del puerto en 50 ms, se mantiene desactivada la opción “NetDDE” y se mantiene la dirección que se carga por defecto.
Figura 8.5 Configuración del I/O server S7200PPI (d)
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LISTA DE MATERIALES:
Cable de comunicación PC/PPI.
Software STEP 7 MicroWIN SP1 V3.2.
PLC SIEMENS S7200 CPU224.
Topes, barreras, finales de carrera y sensores del modulo.
I/O server S7200PPI.
Software InTouch.
DESARROLLO:
Abrir un nuevo proyecto en InTouch y crear una nueva ventana.
En la barra de herramientas superior seleccionar la opción Wizard > Lights > Circular Light, una vez seleccionada esta opción aparecerá graficada en la pantalla como se indica en la figura 3.7.
Figura 8.6 Pantalla de ejemplo de lectura de sensor
A continuación relacionamos este Wizard con las entradas del PLC conectadas a los sensores, de la siguiente manera:
Hacemos doble clik sobre el Light Wizard dibujado, aparecerá la siguente pantalla, en la cual se definirá el tag y se podrá cambiar sus opciones de color.
Figura 8.7 definición del tag
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Al hacer clik en Aceptar, aparecerá la pantalla “Tagname Dictionary”, a continuación seguimos el proceso indicado en la práctica 8, con la diferencia de que en Item, colocamos la dirección de memoria correspondiente a las entradas.
Comunicación InTouch – PLC: Para lograr la comunicación entre el PLC y el Software InTouch se configura un tagname, en el cuadro de diálogo “Tagname Dictionary” configuramos el “Type” que es el tipo de tag, para nuestro PLC seleccionamos I/O Discrete.
Figura 8.8 Comunicación InTouch – PLC (a)
En la opción “Access Name” se crea un nuevo Access Name, cuyo nombre y aplicación debe ser el mismo que el del Server (S7200PPI), el protocolo a utilizar es el DDE.
Figura 8.9 Comunicación InTouch – PLC (b)
Una vez hecho esto, el Light Wizard se ha configurado, y al correr el programa podemos visualizar el estado del sensor.
Repitiendo el mismo proceso, añada en la pantalla de InTouch, los elementos necesarios para visualizar los demás sensores.
Con otro tipo de Light, dibujados en la misma pantalla de InTouch, visualice también el estado de los finales de carrera conectados a las entradas del PLC.
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PRACTICA N.-9 MANIPULACIÓN DE TOPES, BARRERAS Y ELECTROVÁLVULAS DESDE EL ORDENADOR OBJETIVOS:
Manipular los componentes del módulo desde el ordenador.
Verificar el estado de los elementos que componen el módulo.
SÍNTESIS TEÓRICA: Para realizar la manipulación de los topes, barreras y electroválvulas desde el ordenador debemos utilizar las marcas internas del PLC, ya que este no nos permite forzar las salidas de forma directa, mientras que las marcas si nos permiten su manipulación desde el ordenador. Los elementos Wizards: Estos elementos, en su más básico concepto, podrían ser definidos como “elementos inteligentes” que permiten que las aplicaciones de InTouch puedan ser generadas de un modo más rápido y eficiente. Los elementos Wizards permiten crear rápidamente un objeto en la pantalla. Haciendo doble clic sobre el objeto podemos asociarle links (animación), asignarlo a tagnames o incluso incluir una lógica en ese objeto. Si agrupamos varios de estos objetos podemos crear un
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elemento completo acabado y programado que lo podemos utilizar tantas veces como queramos. Los elementos Wizards son accesibles desde la caja de herramientas de la pantalla de edición, pero además, es posible incorporar un Wizard concreto (o más de uno) directamente a la caja de herramientas, para que este aparezca en ella y sea muy sencillo seleccionarlo. Ejemplo:
Realizar un programa que controle una salida por acción de una marca y se lo carga en el PLC
Figura 9.1 Ejemplo de control de una salida mediante una marca.
Abrir un nuevo proyecto en InTouch y crear una nueva ventana.
En la barra de herramientas superior seleccionar la opción Wizard > Switches > Rocker Switch, una vez seleccionada esta opción aparecerá graficada en la pantalla como se indica en la figura
Figura 9.2 Pantalla de ejemplo.
A continuación programamos este Wizard para poder manipular la salida desde el ordenador.
Hacemos doble clik sobre el Rocker Switch dibujado, aparecerá la siguente pantalla, en la cual se definirá el nombre del tag.
Figura 9.3 Definición del tag.
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Al hacer clik en Aceptar, aparecerá la pantalla “Tagname Dictionary”, a continuación seguimos el proceso indicado en la práctica 8, con la diferencia de que en Item, colocamos la dirección de memoria correspondiente a la Marca0.0. programada previamente en el PLC
Una vez configurado el Rocker Switch corremos el programa y comprobamos que podemos podemos manipular el elemento conectado a la salida 0.0 del PLC que en este caso es un tope
LISTA DE MATERIALES:
Cable de comunicación PC/PPI.
Software STEP 7 MicroWIN SP1 V3.2.
PLC SIEMENS S7200 CPU224.
Topes, barreras, finales de carrera y sensores del modulo.
I/O server S7200PPI.
Software InTouch.
DESARROLLO:
Repitiendo el mismo proceso del ejemplo, añada, tanto en el programa del PLC como en la pantalla de InTouch, los elementos necesarios para controlar de forma individual los demás topes.
Con otro tipo de switches, dibujados en la misma pantalla de InTouch, realice la manipulación de las barreras y las electroválvulas que controlan los cilindros.
Verifique qué sucede si en lugar de switches se utilizan pulsadores.
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PRACTICA N.-10 SIMULACIÓN DE UN PROCESO DE ESTAMPADO OBJETIVOS:
Representar en la pantalla del ordenador el proceso de estampado.
Adiestrar al estudiante en la animación de objetos en InTouch.
SÍNTESIS TEÓRICA: Animation Links: Tras crear un objeto gráfico o un símbolo, éste puede ser animado mediante las Animation Links. Las Animation Links provocan que el objeto cambie de posición o de apariencia reflejando cambios en el proceso. Por ejemplo, una válvula puede cambiar de color dependiendo si está activa o no. Para asignar un Animation Links a un determinado objeto, éste debe estar seleccionado, haciendo doble clic sobre el objeto o símbolo deseado entramos directamente en el menú Animation Links (Figura 10.1).
181
Figura 10.1 menú Animation Links
Una vez aquí, podremos seleccionar el tipo de animación que queremos asociar al objeto. Podemos incluso asociar varios Animation Links a un mismo objeto o símbolo. Cada una de las funciones del menú Animation Links dispone de un submenú que se debe llenar, se trata de las características propias de cada comando de animación. Slider: Es una función de animación que nos permite desplazar el gráfico seleccionado ya sea en forma horizontal o vertical. Ejemplo: En esta práctica se propone utilizar los Sliders para realizar la animación del gráfico que representa el estampado, estos Sliders van a estar asociados a contadores que permitirán simular en pantalla el movimiento del pistón de estampado. Con la ayuda de Marcas internas del PLC y con la utilización (en InTouch) de contadores y de objetos gráficos animados mediante las Animation Links, vamos a crear un objeto que se mueva verticalmente al activar un Switch en la pantalla del ordenador. Debemos recordar que para poder manipular el PLC desde el computador se deben utilizar las Marcas internas, en este caso, la marca M0.0 está relacionada con el Switch mientras que la Marca M0.1 está relacionada con el contador (ver Práctica 9)
Figura 10.2 marcas como entrada y salida.
La siguiente figura muestra como programar un contador en InTouch, en este caso particular, el contador empieza su cuenta desde cero cuando la Marca1 es activada y va aumentando la cuenta de uno en uno hasta llegar a 60, luego de ello retorna nuevamente a 0.
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Figura 10.3 Entrada a pantalla de programación.
Figura 10.4 Programación de un contador.
Colocamos un gráfico en la pantalla de InTouch y hacemos doble clic sobre éste, aparecerá el menú Animation Links, en donde se selecciona el tipo de animación, que en este caso es un Slider Vertical
Figura 10.5 Pantalla de ejemplo.
Figura 10.6 Slider Vertical
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Al seleccionar esta opción de animación aparecerá la pantalla en la que se coloca el nombre del Tagname con el cual queremos relacionar y las propiedades del movimiento, podemos hacer que el objeto de mueva de arriba hacia abajo o viceversa, en este caso el objeto se programa para que se mueva verticalmente hacia abajo.
Figura 10.7 Configuración de un Slider.
LISTA DE MATERIALES:
Cable de comunicación PC/PPI.
Software STEP 7 MicroWIN SP1 V3.2.
PLC SIEMENS S7200 CPU224.
Topes, barreras, finales de carrera y sensores del modulo.
Estación de estampado simulado.
I/O server S7200PPI.
Software InTouch.
DESARROLLO:
Realice un programa que cumpla con las siguientes condiciones (Práctica 4): -
-
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Un sensor detecta la presencia de la pieza de trabajo y activa un tope que la detiene debajo de la estación de estampado simulada. Una vez detenida la pieza de trabajo, se activa una salida que extiende el pistón de estampado, luego de entra en acción un temporizador que desactiva el pistón regresándolo a su posición inicial. El tiempo que la pieza de trabajo está detenida debe ser el suficiente para que se lleve a cabo todo el proceso de estampado (bajada y subida del pistón). Una vez terminado todo el proceso de simulación de estampado, el tope se desactiva y permite el paso de la pieza de trabajo.
Cargue en el PLC el programa utilizado en la práctica 4.
Cree un gráfico en la pantalla de InTouch que se asemeje a la estación de estampado
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Basándose en el ejemplo, realice la animación del gráfico con la opción Slider Vertical, cumpliendo las siguientes condiciones: -
El sensor activa una marca, esta marca debe activar un contador que hace que el gráfico baje. El temporizador, a más de desactivar el sensor, debe activar un contador que hace que otro gráfico (idéntico al anterior) suba nuevamente. Utilice la función Visibility del menú Animation Links que permite mostrar y ocultar los objetos para ocultar el objeto que baja cuando llegue a la ubicación del objeto que sube.
Figura 10.8 Opción Visibility.
Figura 10.9 Pantalla de ejemplo.
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