UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE TECAMAC
CARRERA: ING. MECATRÖNICA.
GRUPO: 10MT1
ALUMNO: RICARDO RODRIGUEZ ESPINDOLA
Introducción. Remontándonos a los principios de la industrialización, podemos observar los grandes avances tecnológicos que han surgido en comparación con la tecnología que en estos momentos se emplea. Antes solo solo se veía el uso de elementos elementos de control por medio del control control a relevado relevadores, res, el cual cual es fundamen fundamento to de los controle controless modernos modernos,, pero que en comparación dejan a un lado la excesiva dimensión, así como el consumo de energía, y lo complicado de la fabricación y mantenimiento de estos mismos. Hoy en día contamos con sistemas muy avanzados que en suma son más rápidos, con menor consumo de corriente y menores dimensiones, y sobre todo constan de una flexibilidad para la creación del control y su mantenimiento, etc. Dichos dispositivos encargados de albergar el control (programa), son llamados PLC, por sus siglas en ingles. No obstante un PLC, es obsoleto si no cuenta con los aditamentos necesarios para cumplir el control que le fue programado, como son sus elementos de entrada que pueden ser desde simples contactos, sensores de casi todo tipo, etc, como sus salidas, que pueden pueden ser ser usadas usadas para para soport soportar ar cargas cargas pequeñ pequeñas as o grande grandess depen dependie diendo ndo la construcción o diseño del mismo PLC. Gracias a este desarrollo hoy en día podemos realizar muchas funciones en un proceso de cualquier índole, estos dispositivos son vitales en la industria para su optimo desempeño, gracias a estos equipos, podemos reducir tiempos, insumos, accidentes y personal.
Desarrollo de la Unidad 1 Funciones Avanzadas con PLC. Objetivo. Programar funciones avanzadas con el PLC, configurando PID, PWM, salidas analógicas, entradas analógicas conectadas a sensores y actuadotes industriales para la automatización. Actividad 1. Identificar los componentes de un PLC modular y las características, y configuración del CPU, puertas, registros, comunicación serial RS232, RS485, USB con la PC. Desarrollo. Configuración Modular. El sistema básico modular de hardware consiste en un RACK (gabinete con varios puestos de enchufe llamados slots, en donde se insertan los módulos), una fuente de alimentación, la unidad central de proceso (CPU), y los módulos de entrada y salida (I/O). Los sistemas modulares pueden ser configurados con un máximo de tres RACKS ( 30 slots en total), desde 4 puntos de I/O hasta un máximo de 256 puntos I/O.
Fig. 1.1 CPU modular proporcionada por BOTEMEX S.A de C.V. RACKS. Los RACKS alojan a la CPU y a los módulos de I/O, la fuente de alimentación se monta en el lado izquierdo del RACK. Todos los componentes son fácilmente empotrables en el RACK gracias al riel que esta empotrado en el gabinete y las uñas que tienen los
dispositivos, gracias a estos rieles no es necesario tener herramientas especiales para poder remover la CPU.
Fig. 1.2 Disposición de Slots en RACK. FUENTE DE ALIMENTACIÓN. La fuente de alimentación proporciona energía a la CPU y a cada spot del RACK. Cada RACK de un sistema modular requiere de una fuente de alimentación, la fuente de alimentación no ocupa un spot en el RACK, simplemente se monta del lado izquierdo del RACK, como se muestra en la FIG. 1.2. UNIDAD DENTRAL DE PROCESO (CPU) LA CPU siempre ocupa la primera ranura del primer RACK. EL módulo de la CPU tiene integrados al frente leds de diagnostico: -PC RUN: indica que el procesador se encuentra en el modo RUN. -CPU FAULT: parpadea cuando se alimenta por primera vez indicando que el procesador no ha sido configurado. También lo hace cuando detecta un error en el procesador, o en memoria. -FORCED I/O: parpadea cuando una o más direcciones de entradas o salidas han sido forzadas del estado ON a OFF, pero sin estar habilitado el forzamiento. El led mantendrá su luz cuando el forzamiento este habilitado, y se apagara cuando no exista tal.
-BATERIA BAJA: El led avisará cuando la batería esté lo suficientemente baja o bien cuando el conector de batería no este conectado. Esta disposición de leds variara dependiendo del modelo de unidad que se use.
Fig. 1.3 disposición de led para SLC 5. SELECCIÓN DE CPU. Las diferentes opciones de CPU se encuentran básicamente en la siguiente tabla, notese que se esta hablando en este desarrollo de tema de un SLC-500 de ALLEN-BRADLEY, para configuraciones con otro modelo, es recomendable acudir a las referencias del fabricante.
Fig. 1.4 Tipos de CPU para sistema SLC-500 MÓDULOS DE ENTRADAS Y SALIDAS. Existen tres tipos de módulos de I/O discretas: -Módulos de entradas. -Módulos de salidas. -Módulos de entradas y salidas.
Existen módulos de 4, 8, 12, 16 y 32 puntos de conexión, cada módulo tiene un panel frontal de leds, los cuales indican el estado de cada punto de I/O, las terminales en los módulos tienen placas de conexión rápida tipo clema que aceptan alambres de calibre 14AWG.
Fig. 1.5 Módulos de entrada y salida En la siguiente tabla se muestran los números de parte o catalogo con los cuales podemos identificar el tipo de módulo de entrada y salida.
Fig. 1.6 Relación de módulos I.
A continuación se muestra la relación de módulos de salida.
Fig. 1.7 Relación de módulos O.
También existen módulos combinados, los cuales contienen entradas y salidas, en la Fig. 1.8, se pueden ver los números de catálogo.
Fig. 1.8 Relación de módulos combinados.
COMUNICACIÓN CON LA PC Para este dispositivo Allen-Bradley contamos con una interfaz de comunicación conector DB9 hembra en los dos extremos que se conectará a un puerto de comunicación RS232, en la siguiente figura se muestran diversa interfaces.
Fig. 1.9 Interfaz de comunicación RS232 y USB.
De igual forma debemos contar con una PC, para poder acceder al dispositivo, y el software para monitoreo o programación, posteriormente se describira la secuencia básica para el acceso al CPU ALLEN-BRADLEY SLC-5.
Fig. 2.0 Laptop y ventana principal del software. Como paso principal debemos hacer una conexión física con la interfaz entre la PC y el CPU, como se muestra en la siguiente figura.
Fig. 2.1. conexión PC-CPU. Corroborando que la conexión esta correcta y que los dispositivos estan conectados a la fuente de alimentación y alimentados, procedemos a hacer uso del software de programación y monitoreo, para este equipo SLC-5 es necesario el software que la empresa ROCKWELL AUTOMATION, RS Linx Classic, también llamado Factory Talk. En la siguiente figura se muestra el fabricante del software de comunicación.
Fig. 2.2 Pantalla de inicio de Factory Talk.
Después de desplegar la pantalla de inicio debemos de verificar los módulos conectados, el tipo de CPU, si es que existiera uno, de lo contrario debemos configurar la comunicación.
Fig.2.3 Ventana donde se aprecia que no existe ningún elemento conectado. Posteriormente se deben configurar los drivers de comunicación, en esta imagen se muestra la ventana de configuración en la cual por default puede aparecer un dispositivo tenemos que seleccionarlo y con la tecla supr del teclado de la PC eliminarlo.
Fig.2.4.
Ventana
de
configuración
con
dispositivo
seleccionado.
En la siguiente ventana se muestra como dar de alta los nuevos dispositivos, tenemos que dar clic en el ícono AddNew y seleccionar la el tipo de comunicación para este caso es el RS-232 DFI devices.
Fig.2.5. Agregar dispositivo RS-232. Se puede configurar otros tipos de dispositivos para este caso damos clic en Add New, aparecerá la descripción del dispositivo, seleccionar el dispositivo adecuado y dar OK.
Fig.2.6.Selección de dispositivo. Inmediatamente después de seleccionar el dispositivo, aparecerá la ventana de configuración del dispositivo para este caso, nos indica el puerto de configuración, que por default será COM1, la selección del Device, el Bad, etc, puede no ser necesario que se configure de forma manual ya que esta ventana cuenta con una opción de auto configuración, la cual seleccionaremos, para que se auto detecte el dispositivo y configure el puerto de comunicación de ambos equipos la PC y la CPU.
Fig.2.7 Auto Configuración.
Posterior a la Auto configuración el la sección de nombres y Descripciones aparecerá el dispositivo que acabamos de configurar, lo seleccionamos y lo habilitamos con la función Startup, o simplemente Star.
Fig.2.8. Startup. Tenemos la opción de dar de alta de forma automática, o manual el modo de inicio, para este caso la siguiente ventana nos ayudara en esta cuestión de preferencia debemos dar clic en automático y aceptar, desde este momento la CPU y la PC están comunicados
Fig.2.9.Finalización de la configuración de comunicación. Después de hacer esto, debemos cerrar la ventana o minimizarla.
A continuación se muestran las imágenes de una configuración para una CPU de una línea de proceso en la empresa JUMEX.
Fig. 3.0. Configuración de una CPU en planta de proceso.
Fig. 3.1. Disposición de dispositivos comunicados, se aprecia la PC y la CPU.
Posterior a la configuración de la comunicación entre la CPU y la PC, debemos abrir otro programa que nos ayudará a monitoriar la CPU o programarla.
Fig. 3.2 Software de monitoreo o programación.
El mismo fabricante cuenta con el software para el monitoreo o la programación de la CPU, esto solo podrá realizarse siempre y cuando con anterioridad configuramos el software de comunicación. Para este caso el software es el RS Logix 5, en la figura 3.2 se muestra la ventana del fabricante.
Fig. 3.3 Selección de archivo.
Al iniciar el monitoreo o programación el sistema solicita seleccione el archivo adecuado a abrir, este software cuenta con la función de monitoreo para usarse en línea de igual forma podemos hacer modificaciones mientras el software este corriendo, claro esta que siempre y cuando el programa de la CPU sea el mismo que el de la PC, si no es así no se podrá acceder a él. Este software por su versatilidad nos puede ayudar a visualizar diversas versiones de programas, estas las podemos ver con respecto a su extensión, ya que la extensión nos indican la versión o modelo de CPU o PLC. En la siguiente figura se muestra la selección de un archivo para ser monitoreado, nótese las versiones con las que puede trabajar.
Fig.3.4 Selección de tipo de archivo, por extensión. Al seleccionar el archivo y ponernos en línea podemos observar, si el archivo es compatible con la CPU que estamos trabajando, es fácil hacer esto ya que en los íconos que están en el ángulo superior derecho esta la opción OFFLINE, ó GOLINE, si podemos ponernos en línea quiere decir que el archivo es el correcto, este software cuenta con un modo de comparación de archivos o ficheros antes de tratar de ponernos en línea así podemos comparar el archivo de la CPU con el de la máquina, para este caso solo es mencionado.
Fig. 3.5 Archivo comparado y listo para ponerse en línea.
En la figura anterior se muestra el archivo comparado que en este caso se llama L9, y que esta listo para ponerse en línea.
Fig3.6 Programa corriendo y en opción monitoreo- programación. La opción REMOTE RUN, no solo pone en línea el programa contenido en la CPU, si no que también nos da la opción de poder hacer modificaciones en línea, en la fig anterior se muestra el diagrama de programación con líneas verdes indicando que se esta en línea, cuando no se esta en línea podemos acceder al programa de la PC, pero este no se pondrá en color verde, aun así podemos hacer modificaciones. DEFINIR LA PID Un PID (Proporcional Integral Derivativo) es un mecanismo de control por realimentación que calcula la desviación o error entre un valor medido y el valor que se quiere obtener, para aplicar una acción correctora que ajuste el proceso. El algoritmo de cálculo del control PID se da en tres parámetros distintos: el proporcional, el integral, y el derivativo. El valor Proporcional determina la reacción del error actual. El Integral genera una corrección proporcional a la integral del error, esto nos asegura que aplicando un esfuerzo de control suficiente, el error de seguimiento se reduce a cero. El Derivativo determina la reacción del tiempo en el que el error se produce. La suma de estas tres acciones es usada para ajustar al proceso vía un elemento de control como la posición de una válvula de control o la energía suministrada a un calentador, por ejemplo. Ajustando estas tres variables en el algoritmo de control del PID, el controlador puede proveer un control diseñado para lo que requiera el proceso a realizar. La respuesta del controlador puede ser descrita en términos de respuesta del control ante un error, el grado el cual el controlador llega al "set point", y el grado de oscilación del sistema. Nótese que el uso del PID para control no garantiza control óptimo del sistema o la estabilidad del mismo. Algunas aplicaciones pueden solo
requerir de uno o dos modos de los que provee este sistema de control. Un controlador PID puede ser llamado también PI, PD, P o I en la ausencia de las acciones de control respectivas. Los controladores PI son particularmente comunes, ya que la acción derivativa es muy sensible al ruido, y la ausencia del proceso integral puede evitar que se alcance al valor deseado debido a la acción de control.
DEFINIR LA PWM La modulación por ancho de pulsos (también conocida como PWM, siglas en inglés de pulse-width modulation) de una señal o fuente de energía es una técnica en la que se modifica el ciclo de trabajo de una señal periódica (una senoidal o una cuadrada, por ejemplo), ya sea para transmitir información a través de un canal de comunicaciones o para controlar la cantidad de energía que se envía a una carga. El ciclo de trabajo de una señal periódica es el ancho relativo de su parte positiva en relación con el período. Expresado matemáticamente:
D es el ciclo de trabajo
τ es el tiempo en que la función es positiva (ancho del pulso) T es el período de la función La construcción típica de un circuito PWM se lleva a cabo mediante un comparador con dos entradas y una salida. Una de las entradas se conecta a un oscilador de onda dientes de sierra, mientras que la otra queda disponible para la señal moduladora. En la salida la frecuencia es generalmente igual a la de la señal dientes de sierra, y el ciclo de trabajo está en función de la portadora. La principal desventaja que presentan los circuitos PWM es la posibilidad de que haya interferencias generadas por radiofrecuencia. Éstas pueden minimizarse ubicando el controlador cerca de la carga y realizando un filtrado de la fuente de alimentación.
SENSORES INDUSTRIALES ANALOGICOS.
PROTOCOLOS DE COMUNICACIÓN. RS-232
Recommended Standard 232, también conocido como Electronic Industries Alliance RS-232C, es una interfaz que designa una norma para el intercambio serie de datos binarios entre un DTE (Equipo Terminal de datos) y un DCE ( Data Communication Equipment , Equipo de Comunicación de datos), aunque existen otras en las que también se utiliza la interfaz RS-232.
Fig. conector DB9
RS-485
También conocido como EIA-485, que lleva el nombre del comité que lo convirtió en estándar en 1983. Es un estándar de comunicaciones en bus de la capa física del Modelo OSI. Está definido como un sistema en bus de transmisión multipunto diferencial, es ideal para transmitir a altas velocidades sobre largas distancias (35 Mbps hasta 10 metros y 100 Kbps en 1.200 metros) y a través de canales ruidosos, ya que reduce los ruidos que aparecen en los voltajes producidos en la línea de transmisión. El medio físico de transmisión es un par entrelazado que admite hasta 32 estaciones en 1 solo hilo, con una longitud máxima de 1.200 metros operando entre 300 y 19.200 bps y la comunicación half-duplex (semiduplex). Soporta 32 transmisiones y 32 receptores. La transmisión diferencial permite múltiples drivers dando la posibilidad de una configuración multipunto. Al tratarse de un estándar bastante abierto permite muchas y muy diferentes configuraciones y utilizaciones. Desde 2003 está siendo administrado por la Telecommunications Industry Association (TIA) y titulado como TIA-485-A.222
