SISTEMAS SECUENCIALES PROGRAMABLES
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SISTEMAS SECUENCIALES PROGRAMABLES...
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Sistemas secuenciales programables
Primera edición, 2014
© 2014 Sergio Ortiz Sausor, José Manuel Espinosa.Malea © 2014 MARCOMBO, S.A. www.marcombo.com Maquetación: Poi Creuheras Borda
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SALIDAS ER
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RELOJ (
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AO
Fig. 3.18.
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Registro de desplazamiento con entrada y salida serie En cada flanco de subida del reloj, se produce un desplazamiento hacia la dere de 1 bit. Por A saldrá la misma secuencia que entró por la entrada serie.
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4 pulsos de reloj
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Fig. 3.19.
Cronograma de un registro con entrada y salida serie
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(
1l •. 1 )
En un registro de desplazamiento de entrada serie y salida paralelo, son accesi t las salidas de todos los biestables y la entrada del primero. Perm iten conve datos serie en datos para lelo como en los puertos RS232.
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.J.lfil!!IBI Unidad 3 · Sistema s secuenci ales con puertas lógicas
SALIDA PARALELO . 1
ENTRADA SERIE
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RELOJ CLEAR Flg. 3.20. . . . Registro de desplazamiento con entrada sene y salida paralelo
E..VTR-W.-3. SEP...JE
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11 1 Flg. 3.21. Cronograma de un registro con entrada serie y salida paralelo
A nivel comercial se puede encontrar el integrado de la famil ia CMOS 74HC164, que es un registro de desplazamiento de entrada serie y salida paralelo de 8 bits.
l (
OSA OSA
o
osa
CP
MR Wma bóscula S/R elmacena el estado ~é un bit (O o 1J. ~ básculas más útilizadas en los PLC o autómatas son : • S/R: Preferencia al Reset. • R/S : Preferencia al Set.
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3
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03 04
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Q6
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Fig. 3.22. Patillaje y símbolo lógico de un registro de desplazamiento 74HC164
El integrado 74164 tiene una entrada de reloj (CP) y otra de reset general (MR), activa a nivel bajo, y que pone a cero todas las sal idas. Para la entrada de datos dispone de 2 entradas (DSA, DSB) unidas internamente a través de una puerta ANO. Las salidas del integrado están numeradas desde Oa hasta 0¡. Cuando el pin de puesta a cero tiene un nivel lógico bajo, independientemente del estado del resto de entradas, las salidas pasarán a estar todas a cero. Si está a nivel lógico alto, el resultado del AND de las dos entradas A y B será desplazado por cada salida desde Oa hasta Q7 a cada flanco ascendente de la seña l de reloj.
77
(
Unidad 3 · Sistemas secuenciales con puertas lógicas
Fig. 3.23.
(
Diagrama funcional de un registro de desplazamiento 74HC164
( (
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02
01
00
03
04
05
(
{
(~_EJ_·e_m_p_l_o_3_.6_ _)
(
( (
( (
Explica el funcionamiento del registro de desplazamiento 74164 en el circuito de la figura .
1 1
CLR NEGADA= OPONE TODAS LAS SALIDAS= O
1
(
5V
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(
fig . 3.28. Contador síncrono de 4 bits
(
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"'·
pa Unidad 3 · Sist em as secuenciales con pue rtas lógicas
(!ecuerda • • • Las básculas pueden ser asíncronas (no interviene el tiempo) o síncronas (interviene el tiempo). Con básculas tipo D síncronas podemos hacer registros de desplazamiento. Con básculas tipo J/K síncronas podemos hacer contadores síncronos y asíncronos.
)
Como ejemplo se puede considerar un contador BCD síncrono ascendente de 4 bits con biestables J-K (T). En este contador, como se aprecia en la secuencia de conteo, el primer bit siempre cambia de estado con un pulso de reloj, el segundo bit cambia cada dos pulsos, el tercer bit cada cuatro pulsos y el cuarto bit cada ocho pulsos de reloj.
A Vcc
'
1
ºº
(
LSB
{
(
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(MSB)
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Üo
Número de pulsos
o
o
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(LSB)
o
o
o
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o
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1
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o
14
1
1
1
1
15
(
Fig. 3.29. Tabla de conteo de un con tador síncrono de 4 bits
El contador síncrono se debe construir sabiendo que cuando Üa = 1, Q 1 debe bascular entre el O y el 1. Si se tiene un contador con 3 biestables, la basculación de O:¡ debe producirse si C1v = Q1 = 1 y así sucesivamente. Pa ra ello se requieren 2 puertas ANO, de forma que la entrada al biestable 2 sea el producto de las sa lidas Üv y~ (puerta 1) y la entrada al biestable 3 sea el producto de las sal idas Üv, Q1 y Q 2 (puerta 2) . El circuito se completaría con un decodificador y un display BCD de 7 segmentos de ánodo común, por ejemplo, para poder visualizar el número decimal del contaje .
81
( (
Jnidad 3 · Sistemas secuenciales con puertas lógicas
(
A nivel comercial se puede encontrar el integrado de la familia TTL 74LS193, que es un contador binario síncrono de 4 bits ascendente/descendente. Este contador síncrono cuenta con relojes separados para el contaje ascendente y para el contaje descendente. El cambio de estado sincrónico a la salida del 74LS193 se obtiene con transiciones de nivel bajo a nivel alto de la señal de reloj .
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1
10
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12
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( 13
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Fig. 3.30.
(
Patillaje y símbolo lógico de un contador binario de 4 bits 74LS 193
14
J
2 6
7
Vr.r. ª PIN 16
Oa,
Este circuito integrado tiene 4 biestables (salidas Q1 , ~ y QJ, donde Oa corresponde al LSB y Q3 al MSB. Cada biestable tiene una entrada CPU para el pulso de reloj de contaje ascendente y una entrada CPD para el pulso de reloj de contaje descendente. La entrada PL permite activar la carga de datos paralelo. La entrada MR permite reiniciar el contador si está en nivel lógico alto. Las entradas Pn corresponden a las entradas de datos para el número que se va a cargar mient ras Qn son las salidas del contador síncrono. Por último, la salida TCU enviará un pulso cada vez que el contador se recicle en contaje ascendente. De forma análoga, se incluye la salida TCD para el contaje descendente.
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Actividades propuestas
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l. Completa los cronogramas correspondientes que se indican a continuación:
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K
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82
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Unida d 3 · Sist em as secuen ciales con p uertas lóg icas
2. La operación de prensado la realiza un pistón, que gobernado por gato de simple brazo baja hast a la posición Be inmediatamente sube hasta la posición de reposo, determinada por el dete ctor de posición A de la figura. Al cerrar brevemente el interruptor PM se ejecuta una operación de prensado, baja ndo y subiendo el pistón, (activación y desactivación de «EV») deteniéndose en la posición A de partida. Obsérvese que cada vez que se pulsa PM el pistón efectúa un ciclo completo. Lo s detect ores A y B son con contacto NO. GA fO DE SIMPLE. f fEC ro
EtHRADA.S
·-
(DETECTORES) B -
SALIDA AU TOMATISMO
-
(Ev)
PM- .___ ___, POSíCION DE REPOSO
UMI TE DE B AJADA, _
_ _ __ _ _ _..,¡:¡, wt:JJ~ DETECTOR
·s· (
(
Se pide la ecuación de funcionamiento del automatismo y circuito con puertas lógicas y básculas S/R.
(
RESULTADO:
( (
Con puertas lógicas.
(
EV =(PMxA)+(EVxB)
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(
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5V
PM
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EV
1
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Detector B
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(
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Con puertas lógicas y báscula S/R. EV Set= PM x A EV Reset = B [:
5V
Detector B
m
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EV
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m
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Detector de proximidad inductivo
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~s
Unidad 4 · Detectores y preactuadores
1 ·
Conexionado y simbología El color asignado por el fabricante a cada hilo del detector, junto con el esquema de conexionado, permite su correcta conexión como entradas al autómata programable utilizado. Es habitual utilizar el código de colores alemán. Tensión conti.uua
Tensión Alterna
Alemán
Fase
Positivo
:\1món
Neutro
Negativo
Azul
Salida
Japonés
Italiano
Manón
Rojo
Negro (
fig. 4.8. Código de colores para det ectores
'
El conexionado y la simbología del detector dependerá del tipo de alimentación requerido (continua; alterna}, del valor de tensión necesario (24V; 230 V}, del número de hilos del detector (2 o 3 hilos, aunque hay detectores con 4 o 5 hilos} y del tipo de transistor utilizado (PNP o NPN} en el detector.
(
DIAGRAMA DE CONEXIONES Marrón
NA
(
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+
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NC
Carga
+
Carga
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HT-DNC
HT-DNA
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DIAGRAMA DE CONEXIONES
~--~Marrón
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~--~Marrón
NC
Carga
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(
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HT-ANC
HT-ANA
Flg. 4.9. Detectores a 2 hilos DC y AC
DIAGRAMA DE CONEXIONES Marrón
NA
Marrón
+ NC
-O~ Azul
~
i
+ Carga (
Azul
{
HT-PNC
HT-PNA
fig. 4.10. Detectores a 3 hilos tipo PNP
Los detectores a 3 hilos PNP están formados por un elemento detector, una resistencia y un transistor PNP. La alimentación positiva se debe conectar al emisor E del transistor mientras la salida del detector al autómata parte del colector C del transistor. DETECTOR PNP
c::-T
ELEMENTO DETECTOR
RELE. . -
~---of
1
ALIMENTACIÓN
SALIDA POSm:_J fig. 4.11. Esquema de un detector a 3 hilos tipo PNP
91
Unidad 4 · Detectores y preactuadores
DIAGRAMA DE CONEXIONES (
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(
Marrón
NA
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Negro
Marrón
+ NC
Carga
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KA1
RELÉ A UXILIAR
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92
-
Unidad 4 · Detectores y preactuadores
Detector fotoeléctrico a 4 hilos Los detectores-o sensores fotoeléctricos son elementos muy utilizados en automatizaciones, junto con otros tipos de detectores (inductivos, capacitivos y magnéticos) y finales de carrera. Sirven para detectar el paso de una pieza u objeto que se mueve sobre una cinta transportadora por un determinado punto (por ejemplo, un bote o una caja}. Gracias a ellos, se puede realizar la parada del motor asíncrono que acciona la cinta transportadora para permitir el llenado del bote o la caja.
,,,
Los detectores fotoeléctricos a 4 hilos detectan el objeto por reflexión difusa (sin necesidad de receptor del haz}, son de cuerpo cilíndrico plástico, con ajuste de sensibilidad y alcance determinado. La salida del detector es de tipo PNP, con 2 contactos seleccionables (NO o NC}. Requieren alimentación en continua 10-30 V. {
(
o
bn 1 r--=~~--
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bk 4 Fig. 4.14.
bn: Marrón bu: Azul bk: Negro wh: Blanco
'
{
(
Esquema de detectores a 4 hilos tipo PNP
Detector de barrera a 5 hilos Los detectores de barrera permiten la supervisión de puntos de cierre de ascensores y puertas industriales automáticas, el radio de giro de portones automáticos y la detección y seguimiento de objetos durante la manipulación de materiales.
Ct,~· Emisor
-fOV
Fig. 4 .15.
Esquema de un detector de barrera E-R a 5 hilos
Roceptor
BN
-/+UB
BU
-/DV
GY
NC
BK
NO
WH
e
' Requieren de un emisor E de luz alterna roja y de un receptor R a 5 hilos en donde 2 hilos se utilizan para la alimentación y los otros 3 hilos restantes corresponden a un juego de contacto conmutado (NC, común, NO). Hay modelos donde tanto el emisor como el receptor están integrados en la misma carcasa y solo se precisa un reflector o catadióptrico.
Fig. 4.16.
Detector de barrera con catadióptrico a 5 hilos
93
r
('
Unidad 4 · Detectores y preactuadores
e
(
Ejemplo 4.3
)
--
--
( (
Explica el esquema de conexión de un detector de barrera réflex a 5 hilos junto con 2 relés auxiliares KA1 yKA2. ...JO----------------------
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230 VAC
(
zo----+----+--+-------+--------
1
2
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Se ha conectado un relé auxiliar KAl que tiene tensión sin la presencia de objetos en el detector de barrera fotoeléctrico réflex. Ello es debido a que se lleva la fase al contacto común 3 y se pasa la misma al relé KAl desde el contacto NC 4.
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Se ha conectado en paralelo otro ~elé auxiliar KA2 que requiere la presencia de objetos en el detector B1 para dar tensión a su bobina. Ello es debido a que se lleva la fase al contacto común 3 y se pasa al relé KA2 desde el contacto NO S.
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Actividades propuestas
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11 1
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1. Realiza la conexión paralelo (OR) de 2 detectores inductivos a 3 h ilos tipo NPN. La salida se debe llevar a un relé auxiliar KAl.
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Solución:
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24VD C
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RELÉ AUXILIAR
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2. Realiza la conexión serie (AND) de 2 detectores capacitivos a 3 hilos tipo PNP. La salida se debe llevar a un relé auxiliar KAl.
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Solución:
1
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+ o - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - -
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24 V DC
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RELÉ AUXI LIAR
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~----·- - -- --- ---- --~·-- --- --- - -- --- - - - -- - - - -- - - - - - ~ ~ ~~~~=-=====;¡¡,;;;..·:~-__.
-Unidad 4 · Detectores y preactuadores
3. Realiza el esquema de conexión de 2 detectores de forma que si el detector 1 detecta presencia de objeto se active el relé auxiliar KAl y si, además, en el mismo punto el detector 2 detecta también el objeto s,e desactive el relé auxiliar KAl. El detector 1 es magnético a 2 hilos DC y el detector 2 es capacitivo PNP a 3 hilos a 24 VDC. Solución:
+v------+-------------------- -- - 24VD C
10--,.----+----------------------~
82 81
+
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A1 KA1
RELÉ AUXILIAR
A2
4.Explica el funcionamiento del siguiente circuito formado por detectores de barrera rétlex y relés auxiliares.
.JO---- ---+----------- -- -- -----~
Zo----+---!--+--- - - ---+- -----4- - + - + - - - -
Solución : La presencia de un objeto en 81 activa el relé auxiliar KAl, mientras cuando dicho objeto alcance el detector 82 se activará el relé auxiliar KA2.
4.3. Entradas analógicas a los autómatas programables Una señal analógica es aquella cuyo valor, que representa a una magnitud física como la velocidad, nivel, volumen, presión, temperatura ..., evoluciona variando en todo momento en el tiempo.
.1
Volumen 1000 litros
Fig. 4.17.
Entrada analógica de volumen
O litros ······················-··-·······-·····-························· ···· tielll))O
Los elementos que intervienen en el tratamiento de la entrada analógica de un proceso industrial por parte de un autómata programable son:
95
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Unidad 4 · Detectores y preactuadores AUTÓMATA PROGRAMABLE
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TRANSDUCTOR ANAL ÓGICO
Fig. 4.18.
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Tratamiento de una entrada analógica
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donde:
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1. Magnitud física (presión, nivel, temperatura ... )
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2. Señal analógica eléctrica {te nsión, intensidad o resistencia)
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3. Señal analógica eléctrica normalizada (tensión o intensidad) 4. Señal digital cuantificada y cod ificada
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En el caso de un depósito, se desea controlar el nivel de líquido existente (entrada analógica del ple). Si se instala en la parte superior del depósito un medidor de nivel analógico (sonda capacitiva), la magnitud física variará entre una distancia mínima (por ejemplo, 50 mm que corresponde a 1.000 litros) y una distancia máxima {por ejemplo, 500 mm que corresponde a O litros).
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Volumen
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10 V (1000 litros)
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20 mA (1000 litros)
l .1 · f.;, !
1' 1 1 ; 1 ,. Fig. 4.20.
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El transductor analógico de nivel proporciona una señal eléctrica analógica normalizada en tensión (de O a 10 V DC) o en intensidad {de 4 a 20 mA DC). Dependiendo del valor de nivel, la señal normalizada al autómata puede incrementarse o reducirse en la misma medida que lo haga el nivel del depósito.
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(
(
Entrada analógica de nivel en un depósito
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(
(
Fig. 4.19.
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(
Un sensor es un dispositivo que detecta las modificaciones que sufre una magnitud física (por ejemplo: presión, temperatura, humedad, etc.). Las variaciones detectadas se convierten en señales eléctricas variables como pueden ser res istencia, tensión o intensidad de corriente.
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OV (O litros) 4 mA {O litros)
Entrada analógica muestreada de nivel en un depósito
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El convertidor A/D realiza la conversión de la ent rada muestreada en digita l en 2 etapas que son la cuantificación de la señal y su posterior codificación:
1
• La cuantificación de la señal consiste en representar la am plitud de la señal normalizada (tensión o intensidad) en un número finito de valores disti ntos en instantes det erminados. Si el co nvertidor A/Des den b its, hay 2"valores o estados posibles.
1
l, 1,
• La codificación es la representació n del va lor asignado a la señal normalizada mediante un número binario de los posibles según el número de bits de resolución del convertidor A/0.
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Esto significa que, por ejemplo, un valor de 4,25 V medido como entrada analógica se debe convertir y guardar en el autómata en una posición binaria como i nforma-
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Para trabajar con medidas analógicas en un aut ómata, se han de convertir los valores analógicos de tensión o intensidad en información digital mediante un convertidor analógico-digital (convertidor A/D), que en cada ciclo muestrea un valor y después lo traduce a un bit. Cuantos más bits, más definición y precisión.
1
-
- --
. - -- - -- - -- - --=--=:-
Unidad 4 · Det ectores y preact uadores ción. Cuanto mayor sea el número de bits o posiciones binarias disponibles para la representación digital, más precisa será la resoluc ión. Si se tiene una resolución de 3 bits en la entrada analógica para el rango de tensió n de O a 10 V DC, e_ste rango tan solo se puede dividir en 8 estados posibles (23 = 8}. Esto solo permite considerar valores de O a 1,25 V; de 1,25 a 2,5 V; de 2,5 a 3, 75 V; de 3, 75 a 5 V; de 5 a 6,25 V; de 6,25 a 7,5 V; de 7,5 a 8,75 Vy de 8, 75 a 10V (valores binarios 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 y 111). V
10.00
6.25
(
5,00
(
3.75 Fig. 4.21.
Entrada analógica codificada de nivel en un depósito
e
Recuerda••• Los detectores pueden ser: • A 2 hilos, carga en serie. • A 3 hilos, tipo NPN · o PNP, con un solo contacto auxiliar. • A 4 hilos, tipo NPN o PNP, con contactos auxiliares NO yNC. • A 5 hilos, con contacto conmutado.
Los detectores fotoeléctricos pueden ser: • Réflex, polarizados o no. • De barrera. • De proximidad . La entrada de una señal analógica en un PLC se trata a través de un convertidor A/D.
)
- _Qli - -
2.50 _ _ _QJQ__ -
1.2~ _ _ ..Q9L O O 20
- -
000 40 60
Tiempo
80
Resolución de la entrada analógica (tensión } = 10 V/8 = 1,25 V;
(
Resolución de la entrada analógica (intensidad) = 16 mA/8 = 2 mA;
(
Los convertidores A/D en las entradas analógicas de los autómatas LOGO! y S7-1200 realizan la conversión con resoluciones de 8 y 10 bits, respectivamente. Para una resolución de 8 bits se puede dividir la señal normalizada en 256 partes (28 = 256}; en el caso de 11 bits de resolución, la señal normalizada se puede dividir en 2048 partes (2 11 = 2048).
(
Resolución de la entrada analógica (tensión)= 10 V/2048 = 0,00488 V; -Resolución de la entrada analógica..(intensidad) =-16 mA/2048 = 0,0078 mA; 20 mAi10V
4 mAiOV
11 bits
o
2048
Con la resolución de 11 bits, se pueden distinguir valo res diferentes en tensión menores de 5 mV y en intensidad menores de 8 µA. Así pues, lo más interesante es tener una mayor resolución en las entradas analógicas del autómata pues mayor será la exactitud de la lectura y menor el error entre el valor real y el almacenado en el autómata. Por contra, tamb ién será mayor el tiempo de conversión A/D y, por tanto, las variaciones en el proceso tardarán más en reflejarse en el autómata. Si bien se pueden encontrar en el mercado, como mínimo, tantos transductores o entradas analógicas como magnitudes físicas se desean medir, es interesante centrarse en aquellas más utilizadas como son los transductores de nivel, los de presión y los de temperatura.
4.3.1. Transductores de nivel Proximidad por ultrasonidos Es un transductor de nivel por ultrasonidos de formato cilíndrico que permite la detección de cualquier objeto sin contacto sea cual sea el material (metal, plástico, madera, cartón ... ), la naturaleza (sólido, líquido, polvo ... ), el color, el grado de transparencia, etc. Permiten una salida analógica normalizada en tensión (0-10 V) o en intensidad (4-20 mA). Tienen un alcance de t rabajo Sn, según modelo y fabricante.
l
l
l l 97
Unidad 4 · Detectores y preactuadores (
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Fig. 4.22.
(
Transductor de proximidad por ultrasonidos
(
77,6
r1
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~!'
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(
En este transductor se puede definir el campo de detección, de forma que el primer límite Dl corresponda a una distancia y a una tensión {O V para la rampa ascendente; 10 V para la rampa descendente). Mediante un contacto exte rno se puede definir el segundo límite D2 para que corresponda a la distancia deseada y a la tensión correspondiente (10 V para la rampa ascendente; O V para la rampa descendente). Además, existe inicialmente una zona ciega.
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Modelo 10
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Fig. 4.44.
(
Ejemplos de relés de estado sólido [ZC; 10)
1
i:
(
i:
(
;;
(
4.4.3. Pilotos de señalización
(
Como salidas del autómata también se suelen emplear pilotos de señalización para indicar determinadas condiciones de funcionamiento (verde para la marcha o activación; rojo para marcar una avería ), según lo deseado.
(
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(
H2
(
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ºPx>
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(
Fig. 4.45. Pilotos de señalización
1
i
:
1:
4.4.4. Arrancador electrónico
1·
Un arrancador electrónico (o arrancador suave) es un eq uipo que permite realizar el arranque de un motor eléctrico a tensión reducida media nte la regulación de la tensión de alimentación (VRED) aplicada al devanado estatórico del motor. Para ello, se emplea en la parte de potencia del equipo 2 tiristores en antiparalelo en cada una de las fases.
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108
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Unidad 4 · Detectores y preactuadores
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Fig. 4.46.
(
Arrancador SIRIUS ·3RW3014 y esquema de mando
( (
( ( ( ( (
( (
(
Arranca dor -?
Fig. 4.47.
Principio de funcionamiento de un arrancador electrónico
¡. En el momento inicial del arranque, el equipo debe aplicar solo una fracción de la tensión de alimentación (p.e. 20 % VRED) para, a continuación, ir aumentando dicha tensión (rampa ascendente) hasta el 100 % VReo· Con ello se reduce la corriente de arranque y el par de arranque del motor.
(
\ (
Se debe ajustar la tensión inicial en la rampa de arranque (tiempo de arranque, ta) y en la rampa de parada (tiempo de frenado, tf). Además, un arrancador también permite limitar la corriente de arranque a un valor máximo; esto provoca que la tensión de alimentación V1 deje de aumentar al alcanzar dicha intensidad (valor constante) y solo se incremente hasta VReo al final del arranque cuando la intensidad ha disminuido.
(
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Uini
., 1
Fig. 4.48.
Funcionamiento de un arrancador electrónico
STAAT RAMP
1 ~
r
'4
1
,t
STOP RAMP
109
--
Unidad 4 · Detectores y preactuadores
El arrancador estático permite que el moto r trabaje con una curva de par motor resultante (curva amarilla discontinua) ajustada a la curva de par resistente de la carga que acciona el motor trifásico de inducción (una bomba en este cas o, con par resistente dependiente de la velocidad n2 ) . Par motor M
---
--- (
Fig. 4.49.
(
n~..,
( (
Velocidad motor
n
Curva par motorvelocidad de un motor con arrancador suave
(
(
4.4.5. Electroválvulas
(
Las electroválvulas (indicadas como EV1 ó Yl) son preactuadores neumáticos con los que se puede controlar un actuador neumático, ya sea un cilindro de simple (mediante una electroválvula monoestable) o sea un cilindro de doble efecto (mediante electroválvulas mono o biestables). Las electroválvulas son válvulas electromecánicas, diseñadas para controlar el flujo de aire a presión que se introduce en la cámara trasera o delantera del cilindro neumático. De esta fo rma, se puede hacer avanzar el vástago del cilindro. Están controladas por una corriente eléctrica a través de una bobina en forma de solenoide Yl. Normalmente, se debe aplicar una tensión eléctrica de 24 VDC.
( ( (
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( (
( ( ( (
( Fig. 4.50. Electroválvulas mono y biestables
( (
Las válvulas electromecánicas más habituales son la 3/2 norma lmente ce rrada (3 víasiy'.2 "j:i-osiciones) con retorno por muelle, la 5/2 (5 vías y 2 posiciones) y la 5/3 ·(5 vías y3 posiciones) de centros cerrados.
(
(
( ( (
( (
Fig. 4.51.
Tipos de válvulas electromecánicas más habituales
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( (. ( '(
(
(
11 110
3/2 NC
5/2
5/3 centros ce rrados
sz
( (
Unidad 4 · Detectores y preactuadores
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(
E_je_m _p_lo_4_._6__)
(
I (
Explica el funcionamiento de los siguientes circuitos electroneumáticos:
(
(
Y1
Y1
(
' (
< ( (
(
' (
Mediante una señal eléctrica de tensión en una electroválvula 3/2 NC, monoestable, accionada por solenoide y con retorno por muelle, se puede hacer avanzar el vástago en un cilindro de simple efecto. En este, cuando se elimina la tensión en la electroválvula, el vástago entra debido al retorno por muelle. Utilizando una electroválvula 5/2 monoestable y un cilindro de doble efecto, para consegui r que el vástago salga basta alimentar con tensión el solenoide de la electroválvula Yl. Si se elimina la tensión, la electroválvula retoma el estado original introduciendo aire comprimido en la cámara delantera y provocando la entrada del vástago en el cilindro de doble efecto.
(
( (
( ( .1
(
e
Ejemplo 4.7
)
Explica el funcionamiento del siguiente circuito·electroneumático: (
(
Y1
(
\ En este caso se dispone de 2 electroválvulas 3/2 NC, monoestable, accionadas por solenoide y con retorno por muelle y un cilindro de doble efecto. Dando una señal eléctrica a la electrová lvula Yl, se hace avanzar el vástago en un cilindro de doble efecto. Para conseguir la entrada del vástago, se debe dar una señal eléctrica a. la electroválvula Y2. De igual forma, si se elimina la tensión antes de realizar toda la carrera, el vástago queda parado en una posición intermedia.
111
e
r
Unidad 4 · Detectores y preactuadores
(
'
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(
Ejemplo 4.8
)
(
(
Explica el funcionamiento del siguiente circuito electroneumático:
'
( (
( (
(
' (
(
Y1
'1
Y2
( ( (
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( ( (
(
(
I'
(
1!
En este ejemplo, sin dar ninguna tensión eléctrica a la electroválvula 5/3, esta permanece en la posición central con el cilindro parado. Si se activa el solenoide Yl, el vástago del cilindro de doble efecto sale. Si -se elimina !a tensión, el cilindro realiza la parada. Activando el solenoide Y2 se consigue que e[ vástago del cilindro de doble efecto entre. De igual forma, si se elimina la tensión antes de realiza r toda la carrera, el vástago queda parado en una posición intermedia ..
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¡1:
4.5. Salidas analógicas de los autómatas
(
programables
( (
4.5.1. Variador de velocidad
(
El motor trifásico asíncrono de corriente alterna es un motor robusto que req uiere poco mantenimiento y es idea l para la mayoría de las aplicaciones i ndustriales. Tiene el inconveniente de no poder variar fácilmente su velocidad asíncrona o de giro n. Esto es debido a que la velocidad n (RPM) depende de la forma constructiva del motor (número de pares de polos magnéticos, p), de la frecuencia f de alimentación y del deslizamientos según.
(
60 -f ns =--. p
'
n =ns · (1 - s) ;
Por tanto, para variar la velocidad de los motores asíncronos se debe modificar el número de pares de polos, el deslizamiento o la frecuencia de ali mentación. El método más eficiente de cont rola r la velocidad de un motor eléctrico es por medio de un variador electrónico de frec uencia. Los variado res de velocidad están compuestos por:
112
---Unidad 4 · Detectores y preactuadores
+
Entrada de potencia Fig. 4.52.
Esquema de las etapas de un variador de velocidad
Rectificador
Inversor
1. Etapa de rectificación, que convierte la tensió n alterna en continua mediante rectificadores de diodos, tiristores, etc. 2. Etapa de filtrado, que permite suavizar la tensió n rectificada y reducir la emisión de armónicos. 3. Etapa inversora, que convierte la tensión continua de la etapa anterior en una tensión de frecuencia y valor variable. Los t rans istores IGBT envían pulsos de duración variable y se obtiene una corriente casi senoidal en el motor. 4. Etapa de control. Esta etapa controla los IGBT para generar los pulsos variables de tensión y frecuencia. Las señales de control para el arranque, la parada y la variación de velocidad pueden provenir de un potenciómetro o de la salida analógica de un autómata. Los va riadores más utilizados utilizan modulación PWM (Modulación de Ancho de Pulsos) y usan en la etapa rectificadora puente de diodos rectificadores. En la etapa de filtrado se usan condensadores y bobinas pa ra disminuir los armónicos y mejorar el factor de potencia. El variador de velocidad permite modificar la curva de par motor-velocidad del actuador. Como se observa, a bajas frecuencias (por ejemplo, 30 Hz) se aumenta el par motor en el arranque mantenimiento constante el par máximo. A altas frecuencias, el variador provoca una -reducción de par motor en el arranque y, sobretodo, una redu cción importante del par motor máximo.
200%
% DEL PAR NOMINAL
---
100%
Fig. 4.53.
Curva de por-velocidad de un motor trifásico accionado mediante variador
VELOCIDAD DEL MOTOR
113
( (
,1 '
(
Unidad 4 · Detectores y preactuadores
e
(
Recuerda • • •
(
)
(
Las salidas de un PLC pueden ser:
(
ANEXO 1 VARIADOR DE VELOCIDAD (TECO T-VERTER E2-201-H1 F)
(
• Digitales/ Analógicas
( (
•Arelé con contacto libre de potencial
(
( (
• Transistorizadas + 24 VDC
(
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E2-201-H1F ??,l'l\f
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• Optoac opladas f
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'7'\_r-¡::- ~ -i:) . Digital ~I ~ ' · 1 Entrada
(
·
(
e Tecla de cursor . F Tecla de función del LOGO I TD
(
· • B1t de registro de desplazamiento " Estado O (bajo) M Estado 1 (alto) · o Salida l Conector abierto
(
~ [I]
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11
( ( (
1
(
"-' Salida analógica
(
Marca ana!ógica
N Entrada de red
1i
' ·· · Al
'!! :
Entrada anatógica de red
' . o Salida de red .. ;; Salida analógica de red
l¡
Funciones básicas 'AND •· AND (flanco) '- NAND ... '·· NAND (flanco)
1:
l
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'· NOT
_!.]
1
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·---·- ---------- ·-- - ·-----
1.
¡:
Fig. 5.22. Interfaz de usuario del LOGO! Soft Comfort v7.0
(
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132
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1 ;;jJ. Módem desconectad
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B Ó Red
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Analógicos Entrada analógica
· M
•
1
(
·u Marca g .. b
1 = Barra de menús; 2 = Barra de herramientas «Estándar»; 3 = Interfaz de programación; 4 = Ventana de información; 5 = Barra de est ado; 6 = Bloques de Constantes (Co), Funciones básicas (GF), Fu nciones especiales (SF) y Perfil de registro de datos; 7 = Barra de herra mientas« Herramientas»; La barra de herramientas están9ar integra los menús más habituales y otros que simplifican el trabajo con el software (por ej emplo, Cambiar modo de o peración de LOGO!, Transferir desde PC al LOGO!, Convertir a KOP, etc.).
Fig. 5.23. Borro de herramie ntas estándar en LOGO! Soft Comfort v7.0
La barra de herramientas «Herramientas» contiene dife rentes funci on es de acceso rápido como Conectar, Insertar Comentarios, Simulación del programa, Test on/ine, Constantes (Co), Funciones básicas {GF), Funciones especiales (SF} y Perfil de registro de datos {L).
Unidad 5 · Descripción y programación d el autómata LOGO! La ventana de «Bloques» da acceso a todos los elementos definidos en la ba rra «Herramientas».
U
e) Constantes 1
i;
, c ; s
Entrada Tecla de cursor Tecla de función del LOGO! TD Bit de registro de desplazamiento b Estado O(bajo) 'hi Estado 1 (alto) o Salida l .• x Conector abierto 1,_ r, Marca
1 1
funciones especiales
=- ._) Temporizadores
13 e) Digital
1 ' 9 -t:) Analógicos
• " Entrada analógica A Opciones > Interfaz y comprobarla haciendo clic en Detectar.
En el caso de que el autómata LOGO! elegido requiera una comunicación mediante cable RS232, basta con realizar la conexión entre el PC y el autómata y, en el Soft Comfort v7.0, seleccionar Cable LOGO en Herramientas> Opciones> Interfaz. Por defecto, aparece el puerto COMl. Basta hacer clic en Determinar automáticamente para seleccionar el tipo de puerto al que se ha conectado (USB, COM).
l
135
Unid ad S · Descripción y programación del autómata LOGO!
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Editor estándar lcf,oma Ver documentación Pantalla
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Imprimir
Cable LOGO•
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O Ethernet
COMJ
Deshacer cOl'lexiones
mm
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Sínulación
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W Colores Look and Feel
UOF
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Fig. 5.28.
(
_ _ _.., _
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1 .___1
Interfaz de comunicación PC-LOGO! con cable RS232
(
[ kj;it~-·
¡¡
Cancelar
11
Ayuda
j
(
Antes de pasar a la programación en FUP con el software LOGO! SoftComfort, es interesante fijar correctamente la hora del reloj del LOGO!. Para ello, con el autómata parado STOP, en la pantalla Programar ... se debe bajar con la tecla inferior hasta Config .., OK, Reloj, OK. En AjusReloj se hace clic en OK. Basta modificar el día, la hora y la fecha (año-mes-día) y hacer clic en OK. Se debe volver en el display a la pantalla inicial (ESC dos veces)
( ( ( (
( (
También es posibl e introducir un programa directamente mediante el teclado y el display. Para ello, con el autóm ata parado STOP, en la pantalla Programar ... se hace clic en OK > Editar> OK > EditProg > OK. Con el cursor parpadeando situado en la parte izquierda del display, se hace clic en OK para el aparezca el bloque Co. Haciendo_clic en OK aparece la entrada 11. Con el cursor parpadeando en la I y las teclas laterales se pasa a otros conectores (p.e. Ml). Con el cursor parpadeando en el I y las teclas superior e inferior se pasa a otros conectores (p.e. 13).
(
(
( ( (
{
13
-[Ql
(
Basta hacer clic tres veces en ESC y pasar en la pantalla Programar ... hasta Inicio. De esta forma, el LOGO! está en RUN y ejecuta el programa que se ha editado.
(
(
5.6. Programación de sistemas
(
secuenciales con LOGO!
( ( (
[jo
( (
(
(
ENTRADAS DIGITALES Los bloques de entrada representan los bornes de entrada de LOGO!. Hay 24 entradas digitales disponibles como máximo. En la configuración de bloques pued e asignar un borne de entrada diferente a un bloque de entrada, si el nuevo born e no se está utilizando aún en el programa.
SALIDAS DIGITALES
(
Los bloques de salida representan los bornes de salida de un LOGO! Es posible utilizar 16 salidas como máximo. En la configuración de bloques puede asignar un borne de salida diferente a un bloque de sal ida, si el nuevo borne no se está utilizando aún en el programa. En la salida está aplicada siempre la señal del anterior ciclo del programa. Este valor no cambia en el ciclo actual del programa.
(
( ( (
(
(
( ( (
( (
(
136
a Unidad 5 · Descripci ón y progra mación del autómata LOGO!
AND
irl-Q
ANO (Y LÓGICA) La salida de la función ANO solo adopta el estado 1 si todas las entradas tienen el estado 1, es decir, si están cerradas. Si no se utiliza una entrada de este bloque (x), se le asigna el valor x = 1. Se usa para poner en serie va rias entradas o contactos de salidas. Es el producto lógico.
OR (O LÓGICA) La salida de la función OR adopta el estado 1 si por lo menos una entrada tiene el estado 1, es decir, si está cerrada. Si no se utiliza una entrada de este bloque (x), se le asigna el valor x = O. Se usa para poner en paralelo varias entradas o contactos de salidas. Es la suma lógica.
NOT
1
En
W ~r
{}a 0_
a-Q
NOT (NEGACIÓN} La salida adopta el estado 1 si la entrada tiene el estado O. El bloque NOT invierte el estado de la entrada. La ventaja de NOT es, p. ej ., que para LOGO! ya no se necesitan contactos normalmente cerrados. Solo tiene que utilizar un contacto normalmente abierto y, mediante el bloque NOT, convertirlo en un contacto normalmente cerrado.
(
(
(
GENERADOR DE IMPULSOS ASÍNCRONOS La forma del impulso de salida puede modificarse mediante una relaci ón configurable impulso/pausa. Se configura mediante los parámetros TH (Time High) y TL (Time Low).
Conexión
Descripción
Entrada En
Por medio de la entrada En se habilita y deshabilita el generador de impulsos asíncron o.
Entrada lnv
La entrada lnv permite invertir la señal de salida del generador de impulsos asíncrono activo.
Parámetros
T", \: es posible configurar el ancho de impulsos (TH) y la duración de pausa entre imp ulsos (TL).
Salida Q
Q se activa y desactiva cíclicamente con los tiempos impulso/ pausa T" y T, .
(
(
(
Fig. 5.29.
\
Generador de impulsos a síncronos en LOGO!
( (
Para conseguir una intermitencia de 1 segundo activado y 1 segundo desactivado, basta poner un valor de 01:00 sen los parámetros THy\. El cronograma del bloque es:
(
En
lnv Q (
l l
Fig. 5 .30. Cronograma del generador de impulsos asíncronos en LOGO!
(
137
-
r Unidad 5 · Descripción y programación del autómata LOGO!
e
(
(
Recuerda • • •
( (
Con el PLC LOGO! se pueden tratar entradas y salidas digitales/analógicas. El software de programación es el LOGOSoft! Comfort v7.0. La comunicación en la versión 0BA7 es por Ethernet.
( ( ( ( ( (
' '
)
PR5.1: Arranque directo señalizado de un motor trifásico
Los contenidos del módulo LOGO! 230RCE 0BA7 que se desarrollan son las entradas y salidas digitales, el bloque AND, el bloque OR, la negación NOT y el generador de impulsos asíncrono.
1. Especificaciones del proyecto de automatización Al accionar el pulsador de marcha SQ2 NO (entrada 13) se pone en marcha el motor asíncrono trifásico Ml mediante el contactor KMl (salida Ql). La activación del pulsador de paro SQl NC (entrada 12) o del relé térmico FRl NC (entrada 11) por sobrecarga provocará la parada instantánea de la instalación. Se debe señaliza r la marcha con un piloto de señalización verde HMl (salida Q2) y el disparo del re lé térmic_o con un piloto de señalización rojo intermitente HFRl (salida Q3). SEÑALIZACIÓN
(
[: •
(
(
03
(
(
( (
1
(
.(
1
( ( ( CUADRO
(
PUPITRE DE MANDO
( Fig. 5.31. Arranque d irecto de una cinta transportadora
( (
2. Realización de la tabla de variables (asignación entradas/salidas)
( ( ELEMENTO
( (
DENOMINACIÓN
ASIG_EN
FRl
11
Pulsador Paro NC
SQl
12
Pulsador Marcha NO
SQ2
13
Contactar principal
KMl
Ql
Señaliz. marcha motor.
HMl
Q2
Señaliz. defecto térmico
HFRl
Q3
- Relé Térmico NC 95/96
ASIG_SAL
( ( ( ( ( ( ( (
( ( (
Fig. 5.32.
(
Tabla de variables de la práctica 5.1 paro LOGO!
(
(
l 138
(
Unidad 5 · Descripción y programación del autómata LOGO!
3. Esquema de potencia de la automatización
(!"ecuerda • • •
) ~o-- - --- -.. -- -- - . ---- . -- . -~- - - -- ---- z
c,on el LOGO! se ~eden programar automatismos combinacionales Y secuenciales. Antes o= a 21 ºC se ponga en funcionamiento el ventilador a baja velocidad (3 V DC de tensión de referencia) . • Cuando la temperatura sea > o = a 26 ºC se ponga en funcionamiento el ventilador a media velocidad (6 V DC de tensión de referencia). • Cuando la temperatura sea >o= a 31 ºC se ponga en funcionamiento el ventilador a máxima velocidad. (10 V DC de tensión de referencia). • Cuando la temperatura sea = o< a 20 ºC se pare el ventilador. 180 _ _. __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __
(
_
_ __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __
..,.""-""-...:= ...... .
~
Unidad 5 · Descripción y programació n del autómata LOGO! Para este proceso se utilizará una entrada anal ógica de 0-10 V (sonda PT-100) y una salida analógica de tensión O- lOV DC para co nt ro lar el va riador de velo cidad .
2. Rea liza ción de la tabla de variables ( asignación entrada s/salidas) 1
.fLEMENTO
·- -- , - ~- - - - - · - - -
. DENOM INACIÓN
ASIG EN
Relé Térmico NC 95/96
FRl
11
Pulsador Paro NC
SQl
12
Pulsador Marcha NO
SQ2
13
Rf
14
Relé falta variador Contactar motor principal Ml Arrancador electrónico Contactar ventilador M2 Relé auxiliar varia dar Sonda PT-100 estator Ml
KMl
Ql
IN1/A2
Q2
KM2
Q3
KAl
Q4
Tmotor
Salida tensión variador
· ASIG_SAL
All
(
Vvariador
AQl
(
Fig. 5.82.
l
Tabla d e variables de la práctica 5. 1O para LOGO!
(
Cuando se realiza el cableado de la salida analógica AQl, se debe pone r especial atención a unir la masa M del módulo AM2 AQ con el borne 10 (n egativo) del TM2 del variador de velocidad. Por último, la salida Vl + del módu lo AM2 AQ se debe unir con el borne 9 (positivo) del TM2 del va riador de velocidad.
3. Esquema de potencia de la automatización
~o- ---------- ------- -------- -~ ------------- --- ----- ------- ---~ ----
.
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"' ...J
::; l
3
5
QM1
KM1
OM2
l:i:i:
L1
N
PE
U
V
W
FR1 PE
5
4
Fig. 5.83a.
Esq uemas de cableado de la práctica 5.1O para LOGO!
6
M1
181 -
.=. :,- --------------------~-- ----
·.-.::::..::.. . .L..
- - -,,, = - - · .....
' (
(
---....... ~.. Unidad 5 · Descripción y programación del aut ómata LOGO !
4. Esquema de conexiones para entradas y salidas del autómata
' (
F2
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(
•••
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L.
RUNISTOP
~
~C.F1J1.:: 1:,: ¡c.. úLrl_1
> ~CPll 1: 1: .-; c,c o,: c,c >':'.i~ cPIJ 1.:- 1,sc ;.. c.oo t. >__j CPU l ~ l 5C OC ,DC-'O•:
_ _ __J
(
>~cru 1: 1i;c oc r,c. r1.
1;Qnt~~ rt :. rap1doiY,'2 :;al1d.11:; d e 1m p uh;i> 1rr1:tgrada;: $19rtal eo.a,d am plia~ integrada~. huta '3 módul,-l)~ d~ ,Omunrc.aC,-,n
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