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2015 Práctica instalaciones domóticas con n el Zelio de Schneider

Alberto Freire Martínez IES Campo de San Alberto 10/12/2015

Práctica Instalaciones domóticas con Zelio

Alberto Freire Martínez

Índice Portada

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Índice

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Resumen

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Introducción y objetivo

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Programación con LOGO

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Programación y argumento de las estancias del libro

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Programación de la práctica del tablero

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Desarrollo

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Componentes a utilizar

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Canaleta perforada

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Carril DIN

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Punteras aislantes

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Interruptor diferencial

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Borneros

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Cable

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Motor de persiana

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Portalámparas

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Pulsadores

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Finales de carrera

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Distribución de tablero

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Trabajo con canaleta

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Trabajo con carril DIN

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Colocación de motor de persiana, portalámparas y pulsadores

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Colocación de los dispositivos y elementos en el carril DIN

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Cableado

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Esquema eléctrico

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Esquema práctico

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Presupuesto

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Conclusión

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Resumen En esta práctica realizaremos el montaje en un tablero de un sistema domótico de una habitación, en la cual simularemos el control de alumbrado y persianas. Diferenciaremos en modo automático y manual tanto para el alumbrado como las persianas, jugando con pulsaciones largas y cortas en los pulsadores

In this demostration we will display the installation in a board of a home automation system for a bedroom, by simulate the lighting and blinds control. We will difference an automatic and manual mode both lightning and blinds control, playing with short and long pulses

Introducción y objetivo En este trabajo veremos los diferentes campos que podemos utilizar en los sistema domóticos que se podrían instalar en una casa cualquiera con la ayuda de un autómata. Para la realización de este utilizaremos un Zelio de la marca Schneider, pero la programación, dado que es el programa que tenemos, lo realizaremos en el LOGO.

Trataremos la instalación práctica de todos los dispositivos, los esquemas (eléctrico y práctico) de la instalación y también la programación de este, explicando así su funcionamiento

Esta práctica nos sirve para conocer los diferentes tipos de instalaciones domóticas que podemos realizar, así como también dejarla a los próximos alumnos del centro un tablero montado para poder ellos simular sin problema otras diferentes programaciones cambiando las entradas y salidas del Zelio a su gusto. Esto nos permite no solo realizar un trabajo que nos valdrá a nosotros, sino también a los siguientes alumnos que pasen por esta misma clase.

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Programación con LOGO La programación de los autómatas la realizaremos con un programa de Siemens llamado Logo!Soft. Este programa nos permite realizar la programación tanto en KOP (lenguaje de contactos) como en FUP (diagrama de funciones). Aunque la programación la haremos en el sistema de diagrama de funciones, el Logo tiene la opción de pasar, una vez terminado el esquema, al lenguaje de contactos y viceversa.

El lenguaje FUP o diagrama de funciones es más utilizado en electrónica. Nos permite la realización del programa a base de la utilización de símbolos gráficos del álgebra booleana para representar la lógica. Para aquellos que estamos familiarizados con estos símbolos y su funcionamiento se nos hace muy intuitivo, y con un par de explicaciones que podemos escribir a parte en el programa, nos ayudará a comprender el programa a simple vista para su "reparación" o modificación en caso de poner algo nuevo.

El lenguaje KOP o lenguaje de contactos es similar a la de los esquemas de circuitos eléctricos, por lo que es más utilizado por aquellos que están acostumbrados a los temas de instalaciones eléctricas.

Como se ha dicho anteriormente, este trabajo lo realizaremos en el lenguaje FUP, ya que es con el que más familiarizados estamos y el propio programa nos permite, una vez terminado el trabajo, pasarlo a lenguaje KOP directamente y así tener los dos sistemas a la vez, para pasarlo al programa que tengamos que utilizar en este. En mi caso, el PLC que voy a programar es un Zelio de Schneider, por lo que el tener los dos diagramas ya realizados en el programa de Siemens me podrá ayudar a cambiarlo cuando sea el momento de programarlo en el propio Zelio, al suponer que será un programa diferente. Realmente no es lo mismo cambiar de programa y tener que familiarizarte con este, si tienes una plantilla funcional al lado, de donde puedes tener una buena referencia a la hora de programarlo

A continuación, explicaremos un poco el funcionamiento del LOGO!Soft, así como los diferentes elementos que utilizaremos para las prácticas

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Primero deberemos abrir el programa. En mi caso utilizamos la versión de demostración, ya que nos permite igualmente simular la instalación sin la necesidad de comprar el programa real, que necesitaría los permisos procedentes por parte de Siemens Podemos observar como es un programa con una ventana común para casi todos los que utilizamos en Windows. Lo primero que debemos hacer es "agregar un nuevo diagrama", para que nos aparezca la ventana que vemos a la derecha, donde trabajaremos como si tratase de un folio. A la izquierda también vemos una sección llamada "instrucciones", que es el lugar de donde cogeremos los diferentes componentes que vamos a utilizar. Tendremos que ir buscando poco a poco los componentes que necesitamos; pueden ser entradas, marcas, salidas o cualquier otro tipo de mecanismo virtual. No daré más detalles en este aspecto, ya que a continuación iré explicando los componentes que utilizamos poco a poco, para ver sus verdaderos usos y como se pueden aplicar.

Una vez tengamos abierta la ventana en la que trabajaremos, nos plantearemos el problema que tenemos en ciernes (nº de entradas, nº de salidas, componentes principales que utilizaremos y el tipo de programación a utilizar. Para esto explicaré los siguientes componentes, que son los que conozco y utilicé hasta ahora.

Primero, tendremos en cuenta las constantes. Son las herramientas que se deben seleccionar cuando queremos posicionar bloques de entrada, salida, marcas o constantes en la intefaz de programación. Tenemos que diferenciar las constantes digitales, de red o analógicas, de las cuales ya sabemos su diferencia (al menos se ha estudiado anteriormente) y dependerá de lo que vamos a utilizar como entrada o salida real. Si vamos a usar un sensor que tiene que realizar muchas medidas, será una entrada analógica, mientras que un pulsador o interruptor que solo consta de cerrado o abierto, será una entrada digital.

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Después de las constantes, tenemos las funciones básicas, estas son las puertas lógicas que se utilizan y todos conocemos (AND, NAND, OR, etc.) y con las que jugaremos para la programación de este

Por último tenemos las "funciones especiales". Estas son las funciones que el propio programa tiene para realizar las operaciones en su interior, en lugar de utilizar componentes analógicos que complicarían la instalación hasta la saciedad. Aquí tenemos las secciones de temporizadores, contadores, analógicos y otros. Tiene una gran cantidad de componentes a mirar, por lo que recomiendo arduamente, antes de comenzar con la programación del automatismo, echar un vistazo a todos los componentes y comprobar cómo funcionan, ya que esto nos ayudará a ser más rápidos cuando necesitemos programar. Por ejemplo, si conocemos realmente como funciona un interruptor bifuncional, sabremos que podremos tanto programarlo para que funcione como un telerruptor, como para diferenciar entre pulsaciones largas y cortas para que la saluda se active solo durante un periodo de tiempo establecido o lo haga permanentemente, hasta que se vuelva a pulsar la susodicha entrada a la que va conectada.

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Programación de las estancias del libro 1- Automatización de la despensa

La instalación automatizada de la despensa será con el diferente funcionamiento de la luz dependiendo del tipo de pulsación ejercido sobre el pulsador correspondiente.

Al presionar el pulsador durante menos de dos segundos, la lámpara de la despensa se encenderá hasta que el pulsador sea presionado de nuevo o pase un tiempo programado de dos minutos. Si presionamos el pulsador más de dos segundos,l a lámpara se activará de forma permanente, o hasta que el pulsador se presione de nuevo.

1.1- Esquema en LOGO!Soft

1.2- Propiedades del interruptor diferencial

Podemos observar que su funcionamiento es muy simple (Imagen 1.1). Tenemos una entrada (I1) que representa el pulsador físico y una salida (Q1) que representa la iluminación de la despensa. Desde la entrada pasamos por un interruptor bifuncional (B001), el cual, por sus propiedades programables (imagen 1.2) , nos permite diferenciar entre diferentes tiempos

a) Tiempo de retardo de desexcitación: Representa el tiempo que, con una pulsación corta, tarda en desexcitar la salida a la que esté conectada

b) Alumbrado contínuo: Representa el tiempo que debemos mantener pulsada la entrada a la que está conectada, para que la salida esté activada permanentemente, o hasta que se vuelva a activar la susodicha entrada

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2- Automatización del primer cuarto de baño La instalación automatizada de la despensa será con el diferente funcionamiento entre pulsaciones cortas o largas (al igual que en la automatización de la página anterior).

En eset caso, si se presiona el pulsador S1 (I1), en pulsación corta, se conectará la lámpara E1. Para descoinectar la susodicha lámpara bastará con presionar el pulsador S1 (I1) de nuevo del mismo modo

Si se presiona el pulsador S1 (I1) más de dos segundos, se conectará la lámpara E2 (Q2). Para desconectar la susodicha lámpara bastará con presionar de nuevo S1 (I1) otra vez del mismo modo, es decir, más de dos segundos.

Las órdendes de pulsación corta y larga son totalmente independientes, por lo que si hacemos la pulsación larga, la salida de la pulsación corta no debe verse afectada en absoluto

2.1- Esquema del primer baño

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El funcionamiento de este sistema lógico ya es algo más complicado, por lo que a continuación intentaré explicar su funcionamiento.

Antes de nada, tenemos que pensar en el circuito básisco que vamos a realizar y que los pulsadores funcionarán como telerruptores, por lo que necesitamos interruptores bifuncionales. Además, nos apoyaremos en un retardo de conexión para la salida Q2. Esto hará que, a no ser que tengamos activa la entrada durante el tiempo programado (2 segundos) la conexión no continúe por esa parte del circuito

El problema en este esquema, es que pulsemos de forma larga o corta, la salida Q1 siempre se verá afectada, por lo que se encenderá y apagará aunque nosotros no lo deseemos, por eso tenemos que buscar otra solución para el problema (aunque esto es el principio para lograrlo. 2.1- Primer paso

Para solucionar el problema colocaremos un retardo a la desconexión para la salida Q1, seguido de una puerta AND con una entrada negada conectada a la propia entrada (la negada) y al retardo a la desconexión. El retardo a la desconexión hará que Q1 solo permita pasar la señal del circuito un tiempo después de soltar el pulsador (0'30 segundos en este caso) y, junto con la puerta AND, solo al soltar el pulsador y activarse el retardo, se juntarán las condiciones para que el Q1 se encienda. Después, a la salida del retardo de conexión puesto anteriormente, lo conectamos también al RESET del retardo de desconexión; esto hará que, cuando hagamos una pulsación larga, el RESET del retardo a la desconexión tenga preferencia ante su activación, por lo que no se darán las condiciones para que Q1 se active y tengamos el problema resuelto, quedando finalmente como la imagen 2.1 de la página anterior

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3- Automatización del primer pasillo

La instalación automatiazada del primer pasillo se compone de un punto de luz gobernado por dos detectores de movimiento (PIR1 y PIR2), y el funcionamiento atenderá a la siguiente secuencia

- El pasillo 1, incorpora tres accesos, el principal procedente del vestíbulo, en dirección al cuarto de baño y hacia la cobina. si el desplazamiento de un individuo se produce de la cocina al baño es captado sólo por el detector PIR1, que utiliza la entrada I!, la lámpara se encenderá 7 segundos

- Del mismo modo, si el individuo crua el acceso principal, es detectado por el segundo detecetor PIR2, que utiliza la entrada I2, la lámpara se encenderá un tiempo reducido de 4 segundos

- Finalmente, si la travesía se produce de un extremo a otro del pasillo y con activados los dos detectores de movimiento PIR1 y PIR2, es decir, las entradas I1 e I1, las programaciones antes citadas de 7 y 4 segundos quedan anuladas y se inicia un nuevo tiempo de 10 segundos

Las tres temporizaciones mencionadas, son con retardo a la desactivación

3.1- Esquema del primer pasillo

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4- Automatización de la habitación principal La instalación automatizada del dormitorio principal de una vivienda cumplirá las siguientes consideraciones Alumbrado: Tres pulsadores I1, I2 e I3 podrán conectar la lámpara de la habitación Q1 en programación tipo telerruptor, es decir, con una pulsación se conecta y con nueva pulsación se desconecta. Deberemos tener en cuenta que estas pulsaciones son cortas, ya que una pulsación larga ignorará el alumbrado y actuará sobre los motores de las persianas Persianas: Los pulsadores I1 e I2, inicialmente programados para el alumbrado, podrán activar la bajada automática de la persiana Q2 si son presionados (cualquiera de ellos) más de dos segundos. La persiana se cerrará totalmente hasta que el motor sea detenido por el final de carrera I6. Además de lo anterior, la persiena podrá bajarse a impulsos, por el pulsador de persianas I4

El pulsador I3, inicialmente programado para el alumbrado, podrá activar la subida automática de la persiana Q2 si es presionado más de dos segundos. La persiana se recogerá totalmente hasta que el motor sea detenido por el final de carrera I7. Además de lo anterior, la persiana podrá subir a impulsos, a traves del pulsador de persianas I5.

También tendremos en cuenta que, cuando está en modo automático, si presionamos cualquiera de los pulsadores para el control manual de la persiana, este comenzará con el modo manual, ignorando el automático y deteniéndose cuando dejemos de pulsar el susodicho pulsador. Este sistema está pensado para detener la persiana en el punto que queramos, pero sin la necesidad de estar continuamente con la pulsación manual de la persiana.

De la misma forma, le hemos dado preferencia a la bajada de la persiana Q2 con respecto a la subida Q3 de forma que si la primera está activa, no se puede encender el

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4.1- Esquema habitación principal

Podemos observar que aquí utilizamos la combinación de varios pasos anteriores, como la diferencia entre pulsación corta y larga para el alumbrado o bien para el control de las persianas, además de la utilización de entradas adicionales como finales de carrera para detectar cuando el motor debe para de subir o bajar según llegó a su límite y no forzarlo. Por el resto, considero que se entiende lo suficientemente claro el esquema de la programación y no me voy a disponer a explicarlo por no parecer algo repetitivo

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Programación de la práctica del tablero La instalación automatizada de la práctica del tablero se puede ver a simple vista que es bastante más simple que el resto de aplicaciones hechas anteriormente, pero dado que es para la comprobación del funcionamiento de los PLCs y su futura utilización con los alumnos que lleguen, es suficiente para ver las opciones que podemos realizar.

Tendrá que cumplir las siguientes consideraciones: Alumbrado: Un pulsador I1 podrá conectar las lámparas del tablero Q1. Al igual que en la despensa, utilizaremos un interruptor bifuncional para realizar un retardo a la desexcitación con una pulsación corta o una iluminación permanente en caso de una pulsación larga. Los parámetros aparecen en el esquema Persianas: El pulsador I2 activará la bajada de la persiana. Si realizamos una pulsación corta, entrará el modo automático y la persiana bajará continuamente hasta estar completamente cerrada. Por otra parte, si mantenemos pulsado por más de medio segundo el susodicho pulsador, se anulará el modo automático y la persiana se parará cuando nosotros dejemos de presionar el pulsador

El pulsador I3 realizará el mismo trabajo que I2, pero actuando sobre el motor de subida de la persiana

Una pulsación en cualquiera de los dos pulsadores para las persianas mientras el motor está en marcha hará que este se detenga en su posición actual. Esto nos viene bien ya que no hemos instalado finales de carrera (o pulsadores para simularlo), por lo que utilizaremos una pulsación en alguno de estos para frenar el motor y que no se sobrecaliente.

De la misma forma, le hemos dado preferencia a la bajada de la persiana Q2 con respecto a la subida Q3 de forma que si la primera está activa, no se puede encender el motor de subida, mientras que si la de subida está activa e intentamos bajarla, el motor de subida se desconectará para permitir únicamente la bajada de la persiana

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Desarrollo Primero de todo, y para realizar la práctica, nos servimos de un tablero de madera de 60 x 60 en el que vamos a realizar el montaje

1- Componentes a utilizar a) Canaleta perforada Es una canaleta perforada con diferentes ranuras en su lateral. Esto nos permitirá pasar los cables por dentro para que no se vean y, cuando tengamos que realizar cualquier conexión, pasar el cable por la ranura más cercana y llevarlo directamente al elemento que lo necesite. Esto hará que los cables no ocupen mucho espacio y quede estético, al no tener los cables dispersos por el tablero. b) Carril DIN Es un pequeño carril de acero en el cual situaremos los diferentes elementos para fijarlos al tablero. El carril es de tamaño único, y está preparado para que tanto el interruptor diferencial, como los borneros y el Zelio se anclen directamente a él. En mi práctica, veremos que nos va a sobrar mucho carril en comparación de otros tableros en clase, pero esto se podría utilizar para colocar diferentes dispositivos sin ningún problema, por lo que quedará así como se verá finalmente.

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c) Punteras aislantes

Son pequeñas punteras de acero

con

un

recubrimiento

de

plástico en su parte baja, para que las conexiones que realicemos sean lo más seguras y cómodas posibles. La función de estos es pasar el cable por dentro del pequeño tubo de acero, crimpar el cable pelado dentro de este y así la conexión de todos los hilos del cable será más segura, al introducir la parte

metálica dentro del tornillo para la conexión de los

diferentes dispositivos, y en caso de necesitar quitarlo o manipularlo, tender esa protección de plástico como saliente hacia fuera.

c) Interruptor magneto térmico La protección que van a llevar los diferentes dispositivos. Es una protección bipolar, lo que nos quiere decir que corta tanto la fase como el neutro cuando este se active, aunque este detecte los errores sobre la fase únicamente, ya que este es el que lleva la potencia eléctrica a los dispositivos

d) Borneros

Pequeños elementos que nos van a servir para cablear los diferentes dispositivos y preparar el tablero para cualquier cambio que deseemos. Vamos a tener 12 borneros (8 de entradas y 4 de salida). Los borneros de entrada tendrán el cableado que vendrá de los diferentes pulsadores y sensores e irá a las entradas del Zelio. Esto nos ayudará, que si en cualquier momento queremos cambiar una de las entradas que tienen un pulsador por un sensor, simplemente tendremos que cambiar el cable que tenemos en el bornero por el del dispositivo que vamos a usar. 16

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e) Cable

El cableado que vamos a utilizar será cable flexible de diámetro 1'5mm. Utilizaremos diferentes colores en los cables para así diferenciar lo que viene de la fase, neutro o toma de tierra. Los cables a utilizar serán negro y marrón para la fase (diferenciando la fase de entrada y la de salida del Zelio), azul para el neutro, bicolor verde-amarillo para la tierra y también utilizaremos cable blanco para diferenciar el cableado intermedio, una vez salga de los borneros hasta el siguiente componente. f) Motor de persiana Es un pequeño motor con dos direcciones diferentes. Una de las fases nos permite que el motor vaya en una dirección, mientras que la otra hace que el motor gire en el sentido contrario (subida y bajada de la persiana). De la misma forma, tiene un cable común para el neutro. h) Portalámparas

Los portalámparas son los elementos que utilizaremos para la iluminación de la práctica. Usaremos dos, situados en la parte inferior al motor de persiana, centrados en el medio

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i) Pulsadores

Los pulsadores son los elementos que utilizaremos para el control tanto del motor de persianas como para la iluminación. Utilizaremos 3; 2 situados en la parte inferior izquierda para el control de las persianas y el tercero en la parte inferior derecha del tablero para la iluminación j) Finales de carrera

Los finales de carrera son dispositivos parecidos a los pulsadores. Son dos elementos normalmente abiertos que, cuando la persiana llegue a su tope (aunque lo simularemos como si fuesen pulsadores corrientes) parará el motor, ya que este indicará su posición máxima, tanto arriba como abajo. En este momento no está completamente decidido si lo colocaremos en esta evaluación o no, por lo que dejo su explicación, pero no en el esquema.

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2- Distribución del tablero Primeramente, como el propio enunciado dice, debemos tener en cuenta todos los elementos que vamos a utilizar y distribuirlos por el tablero. Aunque la mayoría de la clase ha hecho una distribución muy parecida (por no decir igual), en mi caso decidí que mi distribución sería diferente a causa de la colocación de un motor real de persiana, así como portalámparas comunes para simular la iluminación de la habitación

2.1- Distribución del tablero con todos sus componentes.

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3- Trabajo con la canaleta (Sombreado rojo de la figura 2.1) Una vez distribuido el tablero deberemos cortar la canaleta que vamos a utilizar, además de situarla en la posición deseada. Utilizamos canaleta perforada para así poder trabajar más cómodamente con los cables y no necesitar cortar los laterales de esta para pasarlos en la mayoría de los casos. Lo primero que debemos hacer es coger las medidas con la ayuda de un metro y marcar la canaleta por donde vamos a cortarla. Para este trabajo necesitaremos una sierra manual, una escuadra para marcar los 45º a los que vamos a cortarla y un lápiz o rotulador permanente para marcar la línea de corte. En nuestro caso, y como tenemos la ayuda de una ingletadora, podemos ayudarnos también de esta herramienta para cortar la canaleta en el ángulo deseado.

Después de realizar los cortes y asegurarnos que quedan en la posición que queremos nos disponemos a atornillar la canaleta. En este punto debemos tener cuidado con los tornillos que vamos a usar, ya que no pueden ser demasiado cortos (no harían la fuerza suficiente para sujetar la canaleta) ni tampoco demasiado largos (para que no perforen completamente el tablero y así poder moverlo cuando queramos sin estropear ninguna superficie). Por el resto, es un trabajo fácil, ya que la canaleta viene perforada por la parte trasera y solo deberemos colocar la canaleta donde deseamos y atornillarla a ese punto

4- Trabajo con carril DIN (Sombreado en amarillo en la imagen 2.1) Para los diferentes elementos de la práctica vamos a necesitar un carril DIN en el que fijarlos. Este paso es bastante fácil, ya que se trata simplemente de cortar el carril a la medida que queremos y fijarla con tornillos al tablero de la misma forma que hicimos con la canaleta. Solo nos ayudaremos de la sierra manual para cortarlo a la medida deseada, con un tornillo en el cual fijaremos el carril para que no se mueva en el momento del corte. También la limaremos un poco para que los bordes queden suaves y que nadie se corte al trabajar con las esquinas de este

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5- Colocación de motor de persiana, portalámparas y pulsadores A continuación atornillaremos al tablero el motor de persiana (sombreado verde en la imagen 2.1), los portalámparas (sombreado cian en la imagen 2.1) y pulsadores (sombreado amarillo tenue en la imagen 2.1). La única complicación es la del motor de persianas, ya que colocaremos dos grapas de un tamaño menor del que debiera al no haber los adecuados en clase y se asegura con dos bridas en cada grapa. De esta forma queda bien fijado al tablero y podremos trabajar sin preocuparnos.

6- Colocación de los dispositivos y elementos en el carril DIN Una vez colocados los elementos anteriores, nos dispondremos a ubicar y fijar los distintos elementos de la instalación en el carril DIN. Primero, en la parte superior izquierda, colocaremos el interruptor diferencial, seguido de ocho borneros, que son los correspondientes a las ocho entradas que disponemos en el Zelio

En la parte inferior izquierda colocaremos el Zelio y, a la derecha de todo en el mismo carril, para una mayor estética y la posibilidad de colocar otros elementos a nuestro gusto, también colocaremos 4 borneros de salida, correspondiente a las susodichas salidas del Zelio.

7- Cableado Una vez situados y bien atornillados todos los elementos al tablero cablearemos todos los componentes entre sí, para así tener el circuito domótico operativo cuando le introduzcamos la programación al Zelio

Antes de nada, debemos decir que los extremos de los cables que vamos a conectar a los diferentes dispositivos y elementos, irán crimpados con las punteras anteriormente descritas, para que los diferentes hilos del cable flexible que vamos a utilizar estén todos centrados en el mismo lugar y la conexión sea óptima. El cable que vamos a utilizar será cable flexible de diámetro 1'5mm. Las punteras que vamos a utilizar serán tanto para un único hilo, como para dos en las salidas del Zelio, donde deberemos puentear la fase, además de alguna que otra puntera de más cables, cuando necesitemos puentear más, siendo estos diferentes.

Las diferentes conexiones que vamos a realizar vienen dibujadas en los esquemas eléctricos que veremos más adelante, por lo que no me centraré más en este punto.

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8- Esquema eléctrico

8.1-Esquema eléctrico de la práctica

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9- Esquema práctico

9.1- Esquema práctico de la práctica

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10- Presupuesto Material Precio ud. Cantidad I.V.A Total Canaleta perforada 11’34/m Carril DIN 4/m Punteras aislantes 0’02 o 0’04 Interruptor magnetotérmico 51’44 Borneros 1’08 Cable azul Cable negro Cable bicolor Cable blanco Cable marrón Motor persiana Portalámparas Bombillas Pulsadores Programa Zelio!Soft 30’37

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Conclusión

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