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Ing. Fabián Ortiz
Ing. Fabián Ortiz


Contenido

SISTEMA DE LLENADO - DESCARGA TANQUE


INTRODUCCION

En el presente ejercicio se propone realizar el control automático del llenado de un tanque, para lo cual se debe tener las siguientes consideraciones:

  • Existen 2 sensores de nivel, 1 de mínimo y uno de máximo, los cuales podrán ser cambiados de valor durante el funcionamiento del sistema.
  • El sistema de bombeo de entrada es automático, es decir, basado en los niveles establecidos por los sensores de nivel, la bomba de llenado debe o no enviar liquido al tanque.
  • El sistema de descarga, si es de control manual, ya que existe una señal tipo switch, pero nos permitirá realizar el proceso de descarga del tanque.
  • Para el control, existirá un Panel de Control, con un Pulsador de Inicio, un Pulsador de Paro, un Boton/Switch de Emergencia y una llave para rearmado del sistema.
  • Se debe tener una pantalla de interfaz HMI para el manejo y visualización del sistema.


SOLUCION

Para la solución al problema, se utilizo el software TIA PORTAL V11, de SIEMENS, se realizo una interfaz HMI dentro del mismo software, en donde se colocaron indicadores de nivel de líquido, controles, gráficas y sistemas de avisos y alarmas.

Solución TIA PORTAL)
Solución TIA PORTAL)


También se realizo el programa del PLC S7-300, el cual estará conectado al HMI y permitirá la simulación del proceso.

Solución HMI TIA PORTAL)
Solución HMI TIA PORTAL)


PROGRAMA EN KOP - TIA PORTAL SIEMENS

El programa lo he dividido en 4 partes, la MAIN OB1 que es la principal, y he creado 3 sub bloques de función, con los cuales he organizado mejor el programa, para mantener un mejor orden. Estos bloques de función, son los encargados de inicializar y control los botones de start, stop, emergencia y rearmado; así como los que nos permiten generar las señales de reloj o clock, para simular los procesos de LLENADO y DESCARGA del tanque.

Antes de explicar cada bloque del programa, se muestra la TABLA DE VARIABLES DEL PLC, en donde se puede ver que se han utilizado algunas variables, y los Tags o nombres, han sido cambiados para tener un mejor control sobre nuestro proceso.


TABLA VARIABLES DEL PLC:

VARIABLES DEL PLC)
VARIABLES DEL PLC)

Estas variables y su uso, serán explicadas en cada sección del programa del PLC, que se muestra a continuación.


BLOQUES DE PROGRAMA DEL PLC:

Se muestra en detalle cada bloque del programa


BLOQUE DE FUNCION NIV_INF_INIT

SEGMENTO 1:
SEGMENTO 1 - BLOQUE NIV_INF_INIT)
SEGMENTO 1 - BLOQUE NIV_INF_INIT)


Este bloque de programa nos permite empezar el proceso, lo que debemos es esperar la señal del botón de inicio, correspondiente a la variable BTN_INICIO en la dirección M1.0, (ver tabla de variables anterior).

Una vez que el botón BTN_INICIO, ha sido pulsado, seteamos la variable de control de inicio de proceso FLAG_INIT en la dirección M0.0. y cuando es la primera vez que hemos pulsado BTN_INICIO, también cargamos los valores iniciales de las variables de control de nivel inferior NIV_LIM_INF(MW5) en 20, y la del control de nivel superior NIV_LIM_SUP(MW10) en 60. Como la FLAG_INIT queda seteada, su contacto normalmente cerrado M0.0, se abre, entonces aunque pulsemos nuevamente BTN_INICIO, esta rutina no se vuelve a ejecutar.


SEGMENTO 2:
SEGMENTO 2 - BLOQUE NIV_INF_INIT)
SEGMENTO 2 - BLOQUE NIV_INF_INIT)

Este segmento nos permite realizar el paro del proceso, ya que una vez que el proceso se inicio la FLAG_INIT(M0.0) esta seteada por lo que sus contactos N/A están ahora cerrados. Por lo que esperamos la señal del botón de Paro BTN_PARO (M1.1), que cuando sea pulsado, nos reseteara la FLAG_INIT (M0.0), por lo que el proceso de detendrá. También tenemos la señal de la FLAG_EMERGENCIA (M0.1), que cuando se active también hará que el proceso de detenga, pero esta flag estará seteada hasta realizar el proceso de rearmado del proceso.


SEGMENTO 3 Y 4:
SEGMENTO 3 Y 4 - BLOQUE NIV_INF_INIT)
SEGMENTO 3 Y 4 - BLOQUE NIV_INF_INIT)

En estos segmentos lo que hacemos es una vez que sea ha seteado FLAG_INIT, se setea también la MEM_VALORES, que nos permite escribir una sola vez los valores iniciales de las variables de nivel NIV_LIM_INF y NIV_LIM_SUP (ver segmento 1). En el segmento 4, podemos ver como al recibir señal del botón o switch de emergencia BTN_EMERG (M1.2), se setea la marca FLAG_EMERG (M0.1) que nos permitirá parar el proceso y bloquearlo su funcionamiento, hasta realizar el proceso de rearmado de todo el sistema.


SEGMENTO 5 Y 6:
SEGMENTO 5 Y 6 - BLOQUE NIV_INF_INIT)
SEGMENTO 5 Y 6 - BLOQUE NIV_INF_INIT)

En estos segmentos podemos ver el proceso de REARMADO del sistema, ya que esperamos la señal de la llave de rearmado, SW_REAR (M1.3), que nos permitirá resetear la marca de FLAG_EMERG(M0.1) con lo que nuestro proceso podrá volver a funcionar. También con la misma señal de SW_REAR (M1.3), reseteamos la marca MEM_VALORES (M2.0), con la que al volver a dar inicio a un proceso, volveremos a cargar los valores iniciales por defecto de las variables de nivel NIV_LIM_INF y NIV_LIM_SUP.


BLOQUE DE FUNCION T1_CLOCK

SEGMENTO 1 - BLOQUE T1 CLOCK)
SEGMENTO 1 - BLOQUE T1 CLOCK)

En este bloque de función, lo que obtenemos es la generación de la señal de clock, que nos va a permitir simular el proceso de llenado de nuestro tanque.

Vamos a obtener una señal de pulsos cuadrada, con un periodo de 300 ms, con un ciclo de trabajo de 50%, ya que el tiempo en bajo y el tiempo en alto del clock, son de 150 ms.

Para lograr la señal de clock, se uso 2 timers; uno configurado como ODTS, usado para dar el tiempo de espera en LOW_STATE o T1_LOW, y el otro timer como PEXT, para generar el tiempo en alto HIGH STATE o T1_HIGH.

Esta señal del clock está controlada por una marca EN_LLENADO (M7.0), que será seteada en el programa del PLC según las condiciones de los sensores de nivel. (Recordar que el llenado es automático, por lo que la marca EN_LLENADO, deberá saber cuándo ponerse en SET y cuando en RESET, teniendo en cuenta las señales de los sensores de nivel).

Para resetar el timer ODTS, se usa la misma señal generada por el timer PEXT, y del mismo modo para desconectar el sistema de usa un contacto N/C del timer PEXT, pues cuando termina su tiempo, este se cierra, volviendo a dar la señal de inicio de conteo al timer ODTS. La salida de la señal de clock o reloj, dada en la marca T1_OUT_CLK (M4.0), es la señal que nos servirá para realizar el incremento del contador de nivel.


BLOQUE DE FUNCION T2_CLOCK

SEGMENTO 1 - BLOQUE T1 CLOCK)
SEGMENTO 1 - BLOQUE T1 CLOCK)

Este bloque es similar al anterior en su estructura y funcionamiento, solamente difiere en que este timer de clock será usado para el proceso de descarga o vaciado, por lo que su periodo es mayor es de 1 segundo (T2_LOW =>500 ms + T2_HIGH =>500 ms).

La marca de activación de este timer será EN_VACIADO (M7.1) y la salida de clock será T2_OUT_CLK (M4.1); que será usada para descontar el contador del nivel de líquido.


PROGRAMA PRINCIPAL MAIN OB1

En el Main OB1, están incluidos los llamados a las subrutinas T1_CLOCK, T2_CLOCK y NIV_INF_INIT, y también los segmentos de control de activación de las marcas de EN_LLENADO, EN_VACIADO, así como los controles de las marcas que hacen referencia al estado de los sensor de nivel frente al nivel instantáneo, su control y su activación.


SEGMENTO 1:

SEGMENTO 1 - BLOQUE MAIN OB1)
SEGMENTO 1 - BLOQUE MAIN OB1)

Incluimos la subrutina NIV_INF_INIT explicada con anterioridad, y como tenemos definidas sus entradas y salidas dentro de la misma subrutina no debemos colocar ningún contacto de habilitación o reseteo.


SEGMENTO 2:

SEGMENTO 2 - BLOQUE MAIN OB1)
SEGMENTO 2 - BLOQUE MAIN OB1)

En este segmento habilitamos la salida del LLENADO del tanque, para esto usamos una estructura SET / RESET, con el nombre SET_RESET_LLENADO.

Para SETEAR la marca de LLENADO, necesitamos que la señal del FLAG_INIT(M0.0) se haya cerrado (al pulsar botón de inicio); además con un contacto NC de la FLAG_EMERG (que no debe estar abierto), y que la señal del sensor del nivel inferior este activada, SENS_NIVEL_INF, al darse estas condiciones la marca EN_LLENADO (M7.0) se setea.

Para RESETEAR la señal de LLENADO, se deben dar 1 de las 3 condiciones siguientes:

  • Que la marca FLAG_EMERG, haya sido activada con su botón BTN_EMRG.
  • Que se haya dado la orden de PARO con el BTN_PARO, con lo que la FLAG_INIT, se resetea y su contacto NC usado se vuelve a cerrar reseteando EN_LLENADO.
  • Que el nivel actual dado por la variable NIVEL_CONT (MW20), sea mayor o igual al nivel determinado por el sensor de nivel superior NIVEL_LIM_SUP.

Recordar que cuando la salida EN_LLENADO, está en estado SET, esta señal nos permite activar el reloj de clock T1_CLOCK, o si EN_LLENADO está en RESET, el reloj T1_CLOCK, queda desactivado.


SEGMENTO 3:

SEGMENTO 3 - BLOQUE MAIN OB1)
SEGMENTO 3 - BLOQUE MAIN OB1)

En este segmento controlamos de manera MANUAL, el proceso de DESCARGA, VACIADO o SALIDA del líquido.

Para poder proceder con el proceso de DESCARGA, se debe activar la marca EN_VACIADO (M7.1), para lo cual deben darse las siguientes condiciones:

  • Que el proceso de haya iniciado, es decir FLAG_INIT(M0.0) esté seteada, que la FLAG_EMERG(M0.1) no haya sido encendida, y que el SWITCH MANUAL de descarga SW_DESCARGA (M0.7) haya sido cerrado de manera manual. Por seguridad he colocado un contacto en paralelo con el SW_DESCARGA, que lo que nos determina es que si el nivel actual de NIVEL_CONT es mayor que el nivel de limite superior NIV_LIMI_SUP, este contacto se cierra, produciendo una DESCARGA AUTOMATICA. Esta condición se dará por ejemplo cuando el proceso este PARADO, y desde el HMI se setee el valor del sensor de nivel superior con un valor menor al que tiene en ese momento la variable de nivel NIVEL_CONT.

Recordar que cuando la salida EN_VACIADO, está en estado SET, esta señal nos permite activar el reloj de clock T2_CLOCK, o si EN_VACIADO está en RESET, el reloj T2_CLOCK, queda desactivado.

SEGMENTO 4:

SEGMENTO 4 - BLOQUE MAIN OB1)
SEGMENTO 4 - BLOQUE MAIN OB1)

Este segmento es el que nos ayuda a realizar el proceso de LLENADO Y/O VACIADO, ya que nos permite incrementar y/o decrementar el contador del nivel NIVEL_CONT.

Usamos una estructura contador UP/DOWN, y usamos las ramas de CU count UP, CD count DOWN, y reset R.

Para la estructura de COUNT UP CU funcione se deben dar las siguientes condiciones:

  • Que la salida del T1_OUT_CLK esté habilitada (cada 300 ms), que la marca de EN_LLENADO este en SET, determinada en el segmento 2 del programa; y que el nivel actual del contador NIVEL_CONT sea menor o igual que el nivel del limite superior seteado NIV_LIM_SUP. Cuando se den estas condiciones el nivel actual NIVEL_CONT se incrementará en una unidad (cada 300ms por T1_CLOCK)

Para la estructura de COUNT DOWN CD funcione se deben dar las siguientes condiciones:

  • Que la salida del T2_OUT_CLK esté habilitada (cada 1000 ms), que la marca de EN_VACIADO este en SET, determinada en el segmento 3 del programa; y que el nivel actual del contador NIVEL_CONT sea mayor o igual que el nivel del limite inferior seteado NIV_LIM_INF. Cuando se den estas condiciones el nivel actual NIVEL_CONT se decrementará en una unidad (cada 1000ms por T2_CLOCK)

Para la estructura de RESET R funcione se deben dar las siguientes condiciones:

  • Para que el contador NIV_CONT se resetee solo se debe cerrar el contacto de la memoria RST_CONT, la cual estará manejada desde un botón en el HMI.

SEGMENTO 5 Y 6:

SEGMENTO 5 Y 6 - BLOQUE MAIN OB1)
SEGMENTO 5 Y 6 - BLOQUE MAIN OB1)

Estos segmentos son los de inclusión de las subrutinas de los timers de Clock T1_ CLOCK y T2_CLOCK. No se necesitan contactos ni nada similar pues en las subrutinas están los contactos de habilitación / reseteo necesarios.

SEGMENTO 7 Y 8:

SEGMENTO 7 Y 8 - BLOQUE MAIN OB1)
SEGMENTO 7 Y 8 - BLOQUE MAIN OB1)

En estos segmentos, solamente seteamos las marcas SENS_NIVEL_SUP y SENS_NIVEL_INF, que nos permitirán en el HMI el manejo de los LEDS INDICADORES del estado de los sensores de NIVEL.

En el segmento 7, podemos ver el contacto de inicio FLAG_INIT, un contacto que nos determina si el nivel actual NIV_CONT es menor o igual que el nivel superior NIV_LIM_SUP, y finalmente un contacto NC, que depende del estado de la marca SENS_NIVEL_INF.

En el segmento 8, vemos que la SENS_NIVEL_INF, estará seteada mientras, se haya dado inicio (FLAG_INIT seteada) y mientras el nivel del contador actual NIV_CONT sea menor que el nivel limite inferior NIV_LIM_INF.



INTERFAZ HMI

La interfaz HMI consta de tres pantallas, las cuales serán explicadas a continuación.


IMAGEN INICIO:

HMI IMAGEN INICIO
HMI IMAGEN INICIO

Esta pantalla es la pantalla INICIAL, con la que arranca la interfaz del HMI, como se puede ver, está compuesta de algunos dispositivos de entrada y salida, a saber:

PANEL DE CONTROL:

  • Pulsador de INICIO o START.
  • Pulsador de PARO o STOP
  • Switch Paro de EMERGENCIA
  • Switch o Llave de REARMADO.


PANEL DE DESCARGA

  • Switch de Control de DESCARGA.

GRAFICA NIVEL VS TIEMPO.


LEDS INDICADORES DE ESTADO:

  • Sensor nivel superior
  • Sensor nivel inferior
  • Bomba de ingreso de líquido
  • Bomba de salida de líquido.


VISUALIZACION

  • Nivel máximo seteado
  • Nivel mínimo seteado
  • Nivel Actual Instantáneo


BOTONES DE CONTROL

  • Subir / bajar nivel máximo
  • Subir / bajar nivel mínimo
  • Reseteo de contador de nivel actual.
  • Boton de salida de Runtime.


BOTONERAS DEL PLC

  • Funciones en botones F1 y F2.


FUNCIONAMIENTO DEL HMI INICIO

Para poder interactuar con el HMI, el programa del PLC debe estar cargado y corriendo en el S7-PLCSIM. Al pulsar el Boton de START, se inicia el proceso de llenado, y los leds de la bomba de llenado indican en color verde que la bomba ha empezado a funcionar y llenar el tanque. Hay una animación de flechas que indican el sentido del líquido hacia el tanque.

HMI
HMI

Los leds indicadores del estado de los sensores de NIVEL siguen el proceso siguiente:

  • Si el nivel actual esta por debajo del nivel minimo, se encienden los LEDS ROJOS indicando que el nivel esta fuera del rango de trabajo optimo.
HMI SENSORES BAJO NIVEL
HMI SENSORES BAJO NIVEL


  • Cuando el nivel ha alcanzado el nivel minimo, el LED del SENSOR INFERIOR, cambia de Rojo a VERDE, indicando que esta por encima del limite inferior y como esta dentro del rango de histéresis de trabajo,el LED del Sensor superior también cambia de Rojo a Verde y se mantendrán asi dentro del proceso.
HMI SENSORES DENTRO DE RANGO
HMI SENSORES DENTRO DE RANGO
  • Si el nivel actual sobrepasa el nivel Maximo Seteado, se produce un proceso de descarga automática hasta que el nivel del líquido vuelva a estar dentro del rango de trabajo determinado entre los niveles mínimo y máximo.
HMI SENSORES SOBRE EL NIVEL SUPERIOR
HMI SENSORES SOBRE EL NIVEL SUPERIOR

La interfaz HMI nos permite a través de los botones laterales colocados a un lado de cada visor de los niveles máximo y mínimo, setear sus valores, para realizar un control dinamico de los rangos de trabajo del sistema de LLENADO y DESCARGA.

CONTROL DINAMICO DE NIVELES MIN Y MAX
CONTROL DINAMICO DE NIVELES MIN Y MAX

Para el proceso de Descarga, se debe activar el switch de DESCARGA, este es un proceso Manual, pero la descarga funcionará solamente si el nivel actual del líquido esta dentro del rango de trabajo que deseamos.

HMI PROCESO DE DESCARGA
HMI PROCESO DE DESCARGA

Cuando el proceso de descarga, ha llegado al nivel minimo, se produce el encendido de la BOMBA DE LLENADO, y como el LLENADO es mas rápido que la DESCARGA aunque siga abierta la descarga, el proceso de LLENADO seguirá llenando el tanque hasta volver a alcanzar el nivel máximo, y se quedará en un ciclo constante dentro del rango de trabajo. Cuando la descarga de deshabilita, y como el sistema está dentro del rango de histéresis, no se produce un proceso de llenado.

CICLO DE TRABAJO CONTINUO
CICLO DE TRABAJO CONTINUO

Con los botones del PLC:

  • F1: Se activa la imagen CURVA
  • F2: Se activa la imagen ALARMAS.


PROGRAMACION:

Para la programación de esta pantalla de HMI se utilizaron, animaciones de Visibilidad, y Eventos anexados a los distintos tipos de controles utilizados, por lo que se hizo necesario anexar algunas variables del HMI con las Variables del PLC.

EJEMPLO MANEJO DE EVENTOS BOTONES)
EJEMPLO MANEJO DE EVENTOS BOTONES)
TABLA VARIABLES HMI
TABLA VARIABLES HMI


En la grafica anterior, se puede ver como realizamos el control de la variable NIVEL_CONT, que esta ligada a las variables NIV_LIM_SUP y NIV_LIM_INF.

EJEMPLO PROGRAMACION CONTROL VARIABLES
EJEMPLO PROGRAMACION CONTROL VARIABLES

En esta gráfica observamos cómo se asigna al VISOR TIPO TANQUE del nivel la variable NIVEL_CONT, que será la que se incrementa y/o decrementa según la función de cómo este el proceso. (llenado y/o descarga)


IMAGEN CURVA:

HMI IMAGEN CURVA
HMI IMAGEN CURVA

En esta imagen del HMI, podemos ver de mejor manera la Gráfica de Nivel de Liquido Vs. Tiempo. Y tenemos controles de los niveles máximo y minimo, similares a los utilizados en la pantalla anterior del HMI, asi como los visores donde vemos los valores de estos niveles y el nivel actual del NIVEL_CONT.

Tenemos también un par de LEDS indicadores que nos muestran si el Proceso se encuentra en de estado de LLENADO Y/O DESCARGA. Y un botón de Stop Runtime, para salir de la aplicación.

Con los botones del PLC:

  • F1 Retornamos a la pantalla anterior del HMI – INICIO
  • F2 Nos abre la imagen de ALARMAS.


FUNCIONAMIENTO:

Cuando el proceso arranca veremos una imagen similar a la siguiente, dependiendo del estado del proceso.

HMI CURVA EN FUNCIONAMIENTO
HMI CURVA EN FUNCIONAMIENTO
HMI CURVA EN PROCESO CONTINUO LLENADO - DESCARGA
HMI CURVA EN PROCESO CONTINUO LLENADO - DESCARGA


IMAGEN ALARMAS:

HMI IMAGEN ALARMAS
HMI IMAGEN ALARMAS

En esta imagen del HMI, podemos ver de una pantalla de AVISOS o ALARMAS y ERRORES, que nosotros podemos programar dentro de las propiedades de una variable, para tener un mejor control sobre el proceso. Se tiene además un botón de Stop Runtime, para salir de la aplicación.

Con los botones del PLC:

  • F1 Retornamos a la pantalla anterior del HMI – INICIO
  • F2 Nos abre la imagen de CURVA.


PROGRAMACION

Para la programación de los eventos de avisos de alarma o errores, se usa la tabla de variables del HMI y en la variable que se desea realizar el control, se le genera los eventos deseados:

HMI IMAGEN ALARMAS EN FUNCIONAMIENTO
HMI IMAGEN ALARMAS EN FUNCIONAMIENTO


FUNCIONAMIENTO:

Cuando el proceso arranca veremos una imagen similar a la siguiente, dependiendo del estado del proceso.

Solución TIA PORTAL)
Solución TIA PORTAL)


CONCLUSIONES:

  • El presente ejercicio, nos enseña la manera correcta de poder realizar la automatización de un proceso usando un PLC, y con la ayuda de la interfaz visual de un HMI, para posibilitar al usuario una clara idea del proceso que se automatiza y además poder controlarlo.
  • Es más sencillo utilizar nuestra propia denominación en los “Tags” de los contactos y variables, ya que así nos ayuda a tener una programación más ordenada.
  • Estos ejercicios, a pesar de ser introductorios, nos dan las bases para poder seguir aprendiendo y profundizando conocimientos sobre las últimas tecnologías para automatizar procesos.


ARCHIVOS DE PROYECTO

Descarga del proyecto en TIA PORTAL V11: Media:EJ_EXAMEN_FABIAN_ORTIZ.rar







PROYECTO DE AUTOMATIZACION MAQUINA ESTAMPADORA

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Máquina Estampadora Semiautomática(condiciones iniciales)
Máquina Estampadora Semiautomática(condiciones iniciales)

INTRODUCCION

Para la máquina estampadora mostrada en el ejercicio, analizaremos los elementos que componen la misma y el ciclo de proceso del trabajo que debe realizar.

Para realizar nuestro proceso de automatización lo primero que debemos tener claro es como la máquina realizará su ciclo de trabajo.


DESCRIPCION DE COMPONENTES MAQUINA ESTAMPADORA

En esta sección se describirá, los elementos de control que serán usados para el proceso de automatización de la maquina estampadora, así como una breve descripción de las funciones a ser desempeñadas por dichos elementos.



ELEMENTOS QUE CONFORMAN LA MAQUINA ESTAMPADORA SEMIAUTOMATICA

El sistema de control estará conformado por los elementos :

  • P1 : Pulsador de Inicio de Proceso
  • PEM : Pulsador de Paro de Emergencia
  • REAR : Switch de llave para Rearmado del proceso, después de un paro de emergencia.
  • CILINDRO A : Cilindro Neumático de pistón de doble efecto.
  • CILINDRO B : Cilindro Neumático de pistón de doble efecto.
  • CILINDRO C : Cilindro Neumático de pistón de doble efecto.
  • ELECTROVALVULAS VA., VB, VC : Electroválvulas neumáticas de tipo 5/2 con accionamiento simple y retorno a resorte.
  • SENSORES DE PROXIMIDAD : Sensores de proximidad
  • SENSOR DE PRESION O PRESIOSTATO : Sensor de presión neumática.
  • RELES O CONTACTORES N/A : Relé, contactor o relevador de contacto normalmente abierto (N/A).




FUNCIONES DE CADA ELEMENTO DE CONTROL LA MAQUINA

Las funciones de cada elemento serán:

  • P1:
Es el pulsador de mando, que nos dará la señal para dar inicio al proceso, una vez pulsado se lleva a cabo todo el proceso de estampado y salida de la pieza terminada. Para cada pieza es necesario dar un pulso de P1. Por seguridad P1, solo se tomara en cuenta una señal de pulso, hasta que termine el proceso completo, y se pueda volver a tomar señal de P1, es decir, una vez arrancado el proceso, asi existan más señales de P1, estas no serán tomadas en cuenta.
  • PEM:
Es un pulsador de Paro de Emergencia, se lo utilizará en cualquier punto del proceso una vez que haya arrancado. Y nos permitirá parar el proceso, regresando todos los actuadores a su posición original.
  • REAR:
Llave tipo switch, para rearmado de proceso. Una vez que el proceso ha sido interrumpido por un paro de Emergencia, la única forma de volver el sistema a su funcionamiento normal es cerrando la llave de rearmado y volviéndola a abrir, para tomar esa señal para volver a la normalidad el proceso.
  • CILINDRO A:
Alimentador de Materia Prima o Piezas, este cilindro alimentará a la línea de estampado la pieza a ser procesada y se mantendrá activo mientras se produce el proceso de estampado, una vez terminado el proceso de estampado, este cilindro vuelve a su posición original.
  • CILINDRO B:
Cilindro Estampador de Piezas, este cilindro realizará el proceso de estampado de piezas, y este tendrá un control de presión de estampado descrito más adelante, en la sección de sensores.
  • CILINDRO C:
Cilindro Expulsor de Piezas Terminadas, una vez que el proceso de estampado este cilindro expulsará la pieza terminada a un depósito.
  • ELECTROVALVULA VA, VB Y VC:
Estas electroválvulas serán las encargadas del manejo y accionamiento neumático de los cilindros correspondientes.
  • RELES O CONTACTORES KA, KB Y KC:
Estos contactores o relés son los que estarán conectados al PLC y que comandarán la activación de las electroválvulas VA, VB y VC respectivamente.
  • SENSORES DE PROXIMIDAD:
Sensores de proximidad instalados en cada cilindro para controlar el inicio y final de carrera de los mismos.
  • SENSOR DE PRESION O PRESIOSTATO:
Sensor de presión que nos permitirá medir que la presión dentro del cilindro de estampado no supere un valor predeterminado.




CICLO DE TRABAJO OPTIMO

El ciclo de trabajo óptimo para la máquina semi-automática será:

  • a) Al Presionar P1, se debe revisar si existe una pieza a procesar mediante el sensor SP.
  • b) Si hay señal del sensor SP, el cilindro A, debe avanzar desde su posición inicial (A-) hasta su posición final A+.
  • c) Una vez sujetada la pieza con el cilindro A en posición A+. Se inicia la secuencia de estampado, el cilindro B, avanza desde su posición inicial en B- hasta que su presión de estampado supere la presión establecida en el sensor de Presión PR, o hasta que llegue al final de su carrera en B+ ( o el punto donde se produce el estampado deseado que depende de la posición de colocación del sensor B+).
  • d) Una vez estampado el cilindro B, regresa a su posición inicial B- y el cilindro A, también regresa a su posición inicial A-.
  • e) El cilindro C, empieza su carrera desde su posición inicial C- hasta llegar a su posición final C+, en donde se ha producido el empuje y expulsión de la pieza previamente estampada.
  • f) El sistema vuelve a esperar, una nueva señal de P1, para reiniciar el Proceso.

En resumen, la secuencia optima del proceso con referencia a las señales de los sensores sería: A-, A+, B-, PR o B+, B-, A-, C-, C+, C-.

Este ciclo de trabajo lo veremos más adelante con las imágenes del funcionamiento del sistema.



SENSORES Y ACTUADORES NECESARIOS PARA CICLO DE TRABAJO

Máquina Estampadora Semiautomática
Máquina Estampadora Semiautomática

SENSORES

Los sensores a ser usados:

  • SENSORES DE PROXIMIDAD: A+ , A-, B+, B-, C+, C- . Son los sensores de inicio y final de carrera de los pistones de los cilindros A, B, y C respectivamente
  • SENSORES DE PRESION: PR. Sensor de presión o presiostato, que determina la presión ejercida por el cilindro B durante el proceso de estampado.
  • SENSORES DE PRESENCIA: SP (Sensor inductivo o capacitivo) que detecta la presencia de la pieza a ser procesada.

ACTUADORES

Los actuadores usados son:

  • CILINDROS NEUMATICOS: A, B, C
  • ELECTROVALVULAS NEUMATICAS: VA, VB, VC. Correspondientes a cada cilindro
  • RELES DE CONTACTO N/A: KA, KB, KC. Correspondientes a cada electroválvula.


SOLUCION DE CONTROL CON AUTOMATION STUDIO

Para la solución de control se realizó las conexiones y simulaciones de funcionamiento del sistema en el software AUTOMATION STUDIO, en donde se obtuvieron los diagramas de conexiones ELECTRONEUMATICAS, POTENCIA ELECTRICA, CONEXIONES DEL PLC y PROGRAMA LADDER PARA PLC SIEMENS.

ESQUEMA ELECTRONEUMATICO

Esquema Electroneumático
Esquema Electroneumático


En este esquema podemos apreciar las conexiones de las valvulas electroneumáticas VA, VB y VC que controlarán los cilindros A,B,C. Además podemos ver claramente la posición de los sensores de proximidad A+,A-, B+, B-, C+ Y C-, que detectarán la posición del cilindro correspondiente.

También se observa el sensor de presión PR, el cual limitará la presión dentro del cilindro neumático B, si es que se supera el valor seteado durante el proceso de estampado. También vemos la estación de mantenimiento que es la que nos permite regular la presión de entrada de aire al cilindro B.




ESQUEMA POTENCIA ELECTRICA

En este esquema se ve las conexiones de potencia eléctrica, donde observamos que existen los actuadores KA, KB y KC, que son actuadores tipo Relé, y que estos comandarán la activación de las bobinas de las electroválvulas VA, VB y VC respectivamente.

Esquema Potencia Eléctrica
Esquema Potencia Eléctrica




ESQUEMA CONEXIONES AL PLC

En este esquema se ve las conexiones de interfase entre el PLC y los sensores , señales de entrada y las señales de salida a los actuadores de relé. Se ve claramente como se encuentran conectados las señales de pulsadores de inicio P1, de emergencia PEM, de rearmado REAR, los sensores de presencia de piezas SP, los de proximidad de cada cilindro A+, A-, B+, B-, C+, C- y el sensor de presióN PR.

Se observa también las conexiones de salida a los contactores KA, KB y KC, que según la función de control programada se activarán y/o desactivarán para controlar las electroválvulas VA, VB, VC para accionar los cilindros A, B o C.


Esquema Conexiones al PLC
Esquema Conexiones al PLC



PROGRAMA EN LADDER DEL PLC SIEMENS

En este esquema se ve el programa de PLC, en lenguaje Ladder, y teniendo en cuenta la programación para un PLC de Siemens.

Cabe anotar que se utilizaron las señales de todos los botones, switch, sensores P1, PEM, REAR, SP, A+,A-, B+, B-, PR, C+, C-; y las salidas a rele KA, KB y KC. Pero se hizo necesario el uso de memorias externas:

  • M0: Que nos permite ver cuando el proceso se ha iniciado, es decir, es una marca que controla que el proceso haya arrancado.
  • M1: Es una marca que nos permite controlar las secuencias de entradas o salidas de los cilindros dentro del ciclo de trabajo.
  • MEM: Esta marca es la que nos da un aviso que se ha producido un paro de emergencia y que desconecta todo el sistema, haciendo regresar a los cilindros a su posición original, no importa en que parte del ciclo de trabajo se encuentre, siempre desconectará todo el sistema

En el siguiente apartado, se describe cada sección del programa con su respectivo ciclo de funcionamiento.

Esquema Programa PLC
Esquema Programa PLC




FUNCIONAMIENTO - CICLO DE TRABAJO

ESTADO INICIAL

SIMULACION ESTADO INICIAL
SIMULACION ESTADO INICIAL

En este estado el circuito esta esperando la señal de P1, para arrancar el proceso, pero tiene la seguridad que aunque presionemos P1 y no exista pieza (sensor SP) el proceso no arranca.

Cuando el sensor SP se cierra detectando una pieza a ser procesada, al presionar P1, tomamos el pulso de P1, arrancamos el proceso. La Marca M0, nos ayuda que tomar un solo pulso y la marca MEM nos permite saber si existio un paro de Emergencia.


ARRANQUE DEL CICLO

Una vez que se han dado las condiciones de arranque (SP cerrado y P1 pulsado) se setea la memoria M0, que controlará en todos las lineas del ladder que el proceso arranco correctamente. Se prende KA, para activar VA y que el cilindro A salga. Se apagan KB y KC, para asegurar que los cilindros B y C estén en su posicion normal.

ARRANQUE CICLO
ARRANQUE CICLO


SUJETAR

Una vez que el cilindro A, ha salido su contacto A+ se cierra, y como siempre revisamos la presencia de pieza mediante el sensor SP, si hay pieza, pasamos con el contacto N/C de la marca M1, que nos permitirá activar el rele KB, para que se active la valvula VB y el cilindro estampador B salga.

En caso de que no haya pieza SP se nos dará una señal que hara que se desectiva el rele KA, haciendo que el cilindro A regrese a su posición normal.

SUJETAR PIEZA
SUJETAR PIEZA


ESTAMPAR PIEZA

Cuando la pieza se encuentra bien sujeta con el cilindro A, el Cilindro B empieza a salir y realizar el proceso de estampado.

En este tramo tenemos un control del sensor de Presión PR, que si ha superado la presión seteada cerrará su contacto PR y como el cilindro B ha salido su contacto B- se pone en estado normal (N/C para este tramo), revisamos si hay pieza con SP, y si se cumplen estas condiciones veremos que el rele KB se desactiva, haciendo que la valvula VB se apague y el cilindro B regrese a su posición original.

Setearemos la marca M1, que nos servirá para seguir con la secuencia del proceso, y que también nos ayudara a que el proceso anterior del cilindro A no se repita.

En caso de que la presión no llegue a ser superior que la seteada para el Presiostato PR, tenemos el contacto B+ de final de carrera del cilindro B que se cerrará cuando se llegue al tope de acción del cilindro. Este contacto hará que el rele KB también se desactive y regrese el cilindro B.

En el caso que que no exista Pieza el sensor SP, existe la linea de control, que nos hace que el cilindro B regrese a su estado original, y reseteamos la marca M1, para indicar que se debe reanudar el proceso desde el inicio.

Se observa el contacto abierto de la marca MEM, que se cerrará cuando se produzca una emergencia y también hará que el cilindro B regrese a su origen.

ESTAMPAR PIEZA
ESTAMPAR PIEZA

LIBERAR PIEZA

En este proceso el cilindro B ha comenzado su carrera de retorno a origen, por que esperamos que el contacto N/C del sensor B+ se cierre, como M1 fue seteada en el proceso de estampado su contacto N/A se cierra, y si existe pieza (señal SP contacto cerrado), entonces se desactiva el rele KA, que apagara la valvula VA, haciendo que el cilindro A, regrese a su posición inicial

Existe el contacto abierto de la marca MEM, que en caso de emergencia se cerrará y hará que cilidro A regrese a su origen.

LIBERAR PIEZA
LIBERAR PIEZA


EXPULSAR PIEZA

Una vez que los cilindros A y B, han regresado a su posición original la pieza esta libre, y procedemos a expulsarla de la máquina hacia el depósito.

Los contactos abiertos de B- y A- se cierran ya que los cilindros estan en su origen, como aun tenemos seteada la marca M1, sus contactos abiertos se cierran, y nos aseguramos que exista pieza con el sensor SP, que cierra su contacto cuando hay pieza; dadas todas estas condiciones el rele KC se prende, conectando la valvula VC y haciendo que el cilindro C salga, para expulsar la pieza desde la máquina hacia el depósito.

LIBERAR PIEZA
LIBERAR PIEZA

RETORNO A ESPERA DE ARRANQUE

Cuando el cilindro C, ya llegado al máximo de su carrera, su contacto abierto C+ se cierra, el contacto cerrado de C- permite el paso de señal y como aun existe pieza (contacto SP cerrado), hacemos que el rele KC se desconecte, haciendo que el cilindro C regrese a su posición original. También reseteamos las marca M0 y M1, para que la máquina vuelva a las condiciones de inicio donde esperará que el pulsador P1 sea pulsado.

Tenemos en el diagrama tambien la marca MEM que en caso de ser activada en Emergencia, hará que el cilindro C regrese a su origen, y que se reseteen M0 y M1. Del mismo modo en el caso de que no exista pieza, el sensor SP, hara que el cilindro regrese.


VOLVER A CONDICIONES DE ARRANQUE
VOLVER A CONDICIONES DE ARRANQUE

PARO EMERGENCIA Y REARMADO DEL SISTEMA

El botón de PARO de EMERGENCIA PEM, hará que la marca MEM se setee y como hemos descrito en los parrafos anteriores ésta hará que todos los cilindros vuelvan a su posición original y no permitirá el arranque de un nuevo ciclo mientras la memoria MEM este seteada.

La llave de switch de REARMADO REAR, nos permitirá resetear la memoria MEM, con lo cual todo el sistema volverá a sus condiciones originales de trabajo.

PARO EMERGENCIA Y REARMADO
PARO EMERGENCIA Y REARMADO




CONCLUSIONES

  • Con el ejercicio planteado y resuelto en este artículo, personalmente he aprendido mucho sobre el control de un proceso secuencial, y hemos podido optimizar el uso de marcas para no usar tantas que consumiran memoria dentro del PLC.
  • Vemos que el potencial de AS para simular un proceso es bastante alto, ya que nos permite simular condiciones casi reales dentro de un proceso industrial.
  • También es mi primera experiencia con publicaciones en WIKI ya la verdad se ve que es una herramienta bastante práctica y útil para compartir información y desarrollos.


ARCHIVOS DE PROYECTO

Descarga del proyecto en Automation Studio : Media:DEBER1_FABIAN_ORTIZ.rar

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