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IMPLEMENTACIÓN DE UNA INTERFAZ HMI PARA LA OPERACIÓN DEL MODULO CONTROL DE PROCESOS DEL LABORATORIO DE ROBÓTICA
JHON JAIRO GRUESO DELGADO
UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERIA DE DISEÑO Y ATOMATIZACION ELECTRONICA
BOGOTA D.C. 2008
IMPLEMENTACIÓN DE UNA INTERFAZ HMI PARA LA OPERACIÓN DEL MODULO CONTROL DE PROCESOS DEL LABORATORIO DE ROBÓTICA
JHON JAIRO GRUESO DELGADO
Trabajo de grado presentado como requisito para obtener el titulo de Ingeniero de Diseño y Automatización Electrónico
Doctor JOSÉ ANTONIO TUMIALAN
Profesor jefe de área Universidad de la Salle Director del Proyecto
UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERIA DE DISEÑO Y ATOMATIZACION ELECTRONICA
BOGOTA D.C. 2008
Nota de aceptación _______________________________________________ _______________________________________________ _______________________________________________ _______________________________________________ _______________________________________________ _______________________________________________ _______________________________________________ _______________________________________________ _______________________________________________
___________________________________ Director del Trabajo
___________________________________
Firma del jurado
___________________________________ Firma del jurado Bogotá, 18 de Enero de 2008
DEDICATORIA
Dedico este trabajo a mis padres que fueron de gran apoyo en aquellos momentos difíciles y que hicieron grandes sacrificios para hacer de mí un gran profesional, de igual manera quiero dedicar este trabajo a mis abuelos que con sabios consejos y voces de aliento me han animado para seguir adelante y lograr culminar este escalón de mi vida.
JHON JAIRO GRUESO
AGRADECIMIENTOS
El autor expresa su agradecimiento a las siguientes personas: A mis compañeros y amigos Carlos Andrés Masso y Miguel Ángel Rincón. Al cuerpo administrativo y docente de la facultad de Ingeniería de Diseño y Automatización Electrónica de la Universidad de la Salle. Al Doctor José Antonio Tumialán director del proyecto y gran colaborador. Y a todos aquellos que hicieron realidad la ejecución de este proyecto
GRACIAS…
CONTENIDO
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INTRODUCCIÓN 13
0.1 ANTECEDENTES
0.2 OBJETIVOS 14
0.2.1 Objetivo general 0.2.2 Objetivo específicos 1 MODULO CONTROL DE PROCESOS 16
1.1 MARCO CONTEXTUAL 1.1.1 Brazo cartesiano 1.2 MARCO TEÓRICO 19 1.2.1 Interfaz de usuario HMI (Human Machine Interface)
1.2.2 Controlador Lógico Programable (PLC) 20 1.2.3 Métodos de programación 22 2 FUNCIONAMIENTO DEL MODULO 24 2.1 ESTADO DE LOS COMPONENTES 2.2 PRUEBAS A COMPONENTES
2.3 RECUPERACIÓN DEL MODULO 25
2.3.1 Reparaciones realizadas
2.4 CONFIGURACIÓN INICIAL DEL PLC 26
2.4.1 Configuración posterior hardware y comunicaciones 29
2.4.2 Configuración módulos de entradas y salidas digitales 31
2.4.3 Configuración de entradas y salidas análogas 32
2.4.4 Configuración modulo de comunicaciones 33
2.4.5 Configuración de subredes 34
2.4.6 Tabla de símbolos 35
3 IMPLEMENTACIÓN 37 3.1 PLANOS 3.2 ENTRADAS Y SALIDAS DEL PLC 3.2.1 Entradas digitales
3.2.2 Salidas digitales 38
3.2.3 Entradas y salidas análogas 39
3.3 CONSTRUCCIÓN DEL PROGRAMA
3.3.1 Diagrama de flujo
3.3.2 Selección de lenguaje de programación 44
3.3.3 Fase de programación 45
3.3.4 Programa realizado 54
3.4 ENLACE PLC – PC 62
3.5 PLANOS DE INSTRUMENTACIÓN 78
3.5.1 Planos de instrumentación sección térmico
3.5.2 Planos instrumentación sección nivel 79
3.6 INTERFAZ HUMANO MAQUINA 80 3.6.1 Criterios de selección
3.6.2 Presentación de la interfaz 82
4 CONCLUSIONES 89
5 SUGERENCIAS Y RECOMENDACIONES 91
BIBLIOGRAFÍA 92
LISTA DE TABLAS
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Tabla 1.1 Características PLC 21
Tabla 2.1 Módulos PLC. 31
Tabla 3.1 Lista de entradas digitales 37
Tabla 3.2 Listado de salidas digitales 38
Tabla 3.3 Listado de salidas análogas 39
Tabla 3.4 Listado de entradas análogas
Tabla 3.5 Secuencia de tanques. 59
Tabla 3.6 Equivalencias 80
Tabla 3.7 Código binario de los pallet 83
LISTA DE FIGURAS
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Figura 1.1 Vista general robot cartesiano 16
Figura 1.2 Motores 17
Figura 1.3 Sensores brazo
Figura 1.4 Guía eje X 18
Figura 1.5 PLC
Figura 1.6 Armario
Figura 1.7 Control Manual 19
Figura 1.8 PLC 21 Figura 1.9 Programación en lista de instrucciones 22 Figura 1.10 Programación diagrama escalera 23 Figura 1.11 Programación SFC. Figura 2.1 Ruta acceso software de programación. 26
Figura 2.2 Ventana asistente “nuevo proyecto” 27 Figura 2.3 Configuración CPU.
Figura 2.4 Configurar lenguaje de programación. 28
Figura 2.5 Nombre de programa.
Figura 2.6 Objetos seleccionados. 29
Figura 2.7 Ajuste de interface
Figura 2.8 Configurar MPI 30
Figura 2.9 Hardware
Figura 2.10 Configuración hardware. 31
Figura 2.11 Direcciones 32
Figura 2.12 Configuracion modulo entradas análogas
Figura 2.13 Configuracion modulo salidas análogas 33
Figura 2.14 Configuracion modulo de comunicaciones
Figura 2.15 Propiedades modulo de comunicaciones 34
Figura 2.16 Configuración de redes
Figura 2.17 Subredes siemens 35
Figura 2.18 Acceso tabla de símbolos
Figura 2.19 Tabla de símbolos. 36
Figura 3.1 Diagrama de flujo secuencia automática. 40
Figura 3.2 Diagrama de flujo secuencia home 41
Figura 3.3 Diagrama de flujo secuencia B1 42
Figura 3.4 Diagrama de flujo movimiento entre tanques 43
Figura 3.5 Ventana de programación 45
Figura 3.6 OB1 46
Figura 3.7 Creación bloque de función
Figura 3.8 Propiedades bloque 47
Figura 3.9 Pantalla programación grafcet
Figura 3.10 FB’s creados. 50
Figura 3.11 DB’s de instancia
Figura 3.12. DB creado 51
Figura 3.13 Contador incremento/decremento 52
Figura 3.14 Comparadores. 53
Figura 3.15 Activación modo automático. 54
Figura 3.16 Activación del FB de la secuencia automática.
Figura 3.17 Activación de la secuencia home 55
Figura 3.18 Activación FB secuencia home
Figura 3.19 Inicio de la secuencia home. 56
Figura 3.20 Ejecución de movimientos.
Figura 3.21 Secuencia home terminada 57
Figura 3.22 Inicio de la secuencia de movimientos hacia B1
Figura 3.23 Fin de la secuencia B1 58
Figura 3.24 Reset del contador y las marcas.
Figura 3.25 Selección de tanques (saltos). 60
Figura 3.26 Secuencia repetitiva.
Figura 3.27 DB secuencia de secado 61
Figura 3.28 Inicio de la secuencia de secado.
Figura 3.29 Encendido del ventilador. 62
Figura 3.30 Secuencia de secado terminada.
Figura 3.31 Top Server OPC 63
Figura 3.32 Barra de herramientas 64
Figura 3.33 Nuevo canal
Figura 3.34 Selección del PLC
Figura 3.35 Interfaz de comunicación 65
Figura 3.36 Dirección IP del PC
Figura 3.37 Método de optimización 66
Figura 3.38 Canal creado
Figura 3.39 Nuevo dispositivo 67
Figura 3.40 Referencia del PLC
Figura 3.41 Dirección IP del PLC 68
Figura 3.42 Tiempos de conexión
Figura 3.43 Selección del tipo de link. 69
Figura 3.44 Resumen de la configuración
Figura 3.45 Creación de Tags. 70
Figura 3.46 Propiedades de los Tags
Figura 3.47 Configuración del Tag 71
Figura 3.48 Tag creado
Figura 3.49 Guardar archivo 72
Figura 3.50. LabVIEW 7.0
Figura 3.51. Bienvenido a LabVIEW 73
Figura 3.52 Nuevo blank vi
Figura 3.53 Ventanas de programación 74
Figura 3.54 Insertar LED cuadrado
Figura 3.55 Integración OPC - LabVIEW 75
Figura 3.56 Conectar con el Tag
Figura 3.57 Búsqueda del Tag 76
Figura 3.58 Selección del tag a implementar
Figura 3.59 Tipo de conexión 76
Figura 3.60 Tag implementado como salida
Figura 3.61 Plano de instrumentación sección térmica 78
Figura 3.62 Plano instrumentación sección de nivel 79
Figura 3.63 Pestañas 82
Figura 3.64 Representación gráfica de un pallet.
Figura 3.65 Ventana principal de la interfaz HMI 84
Figura 3.66 Diagrama de bloques del programa 85
Figura 3.67 Panel Frontal Sección Térmica 86
Figura 3.68 Panel Frontal Sección de Nivel 87
Figura 3.69 Ventana robot cartesiano y Diagrama de bloques 88
LISTA DE ANEXOS
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ANEXO A Sensores del brazo 93
ANEXO B. Motores 95
ANEXO C Resumen Norma ISA 5.1 96
ANEXO D Planos eléctricos 101
RESUMEN
Para poder implementar una interfaz humano-máquina en el modulo control de procesos, se deben conocer los distintos tipos de software diseñados para el diseño de esta aplicación así como el estándar utilizado para la comunicación entre PLC y computador.
Antes de entrar a implementar la interfaz se realizó una descripción del modulo para conocer sus componentes y realizar pruebas a los mismos.
Se hizo una revisión a los planos existentes, realizando algunos cambios en las conexiones eléctricas para poner en funcionamiento el equipo, después de estar funcionando se procedió a realizar la configuración del PLC que es uno de los elementos fundamentales en el proceso.
Al estar completamente configurado el PLC se procedió a realizar algunos diagramas de funcionamiento del modulo, en especial del robot cartesiano, para después escoger el lenguaje de programación más adecuado y así hacer la correspondiente programación de las secuencias.
Después de haber realizado toda la secuencia de programación en el PLC, se siguió con la selección del estándar de comunicación con el PC, y de igual forma se escogió un software para poder realizar la interfaz de usuario que permitiera el control del modulo.
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INTRODUCCIÓN
El uso de de distintas tecnologías de manejo y visualización o interfaz hombre-máquina, ha generado grandes resultados en la industria de la automatización, puesto que se tiene un control total sobre el proceso sin la necesidad de interactuar en forma física con él, por lo que no se ve expuesta la integridad del operario y de igual forma existirá una mayor disponibilidad de este para el mejoramiento de la producción.
El manejo de procesos de control en algunos casos puede ser complejo, por lo que aumenta las exigencias impuestas sobre la funcionalidad de la maquina a controlar. En medio de todo esto se encuentra el operador, que debe de tener muchas cosas a la vista, en su cabeza y en sus manos, para que esto no ocurra y ofrecerle a este una mayor libertad y transparencia en el proceso se implementan las interfaces HMI (hombre-maquina), con las cuales se pretende simplificar procesos que son complejos para volverlos agradables y así brindarle una mayor confianza al operario.
Con el fin de desarrollar una aplicación de supervisión que ayude al estudiante a comprender la importancia de las interfaces HMI, en cualquier proceso automatizado, se desarrollo un proyecto sobre el modulo control de procesos de la Universidad de la Salle, el cual consta de unos objetivos, antecedentes y desarrollo como tal de una interfaz humano-máquina.
El desarrollo de este proyecto pretende dar una mayor funcionalidad al modulo control de procesos, como también facilitar su forma de operación, de manera que cualquier persona con conocimientos básicos en automatización y procesos de control sea capaz operar el modulo.
0.1 ANTECEDENTES
En la revisión de proyectos realizados en la Universidad de la Salle sobre el modulo control de procesos se encontraron los siguientes trabajos:
• GONZALES y QUEBRADA, el proyecto se desarrolla e implementa en dos fases; la primera es el diseño y desarrollo de las pantallas de supervisión vía Internet. La segunda fase consiste en la configuración del servidor Windows 2000 server donde son publicadas las pantallas, para ser monitoreadas vía Internet. En la primera fase se diseñan las pantallas de supervisión y control en el software para el desarrollo de sistemas SCADA: INTOUCH de WONDERWARE, estas pantallas permiten tres modos de operación de cada una de las estaciones (manual, automático y semiautomático), mostrando el estado de los diferentes elementos (actuadores y sensores). Además consta de una pantalla donde se muestran los diferentes estados de alarmas que se puedan presentar durante el proceso.
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En la primera fase se diseñan las pantallas de supervisión y control en el software para el desarrollo de sistemas SCADA: INTOUCH de WONDERWARE, estas pantallas permiten tres modos de operación de cada una de las estaciones (manual, automático y semiautomático), mostrando el estado de los diferentes elementos (actuadotes y sensores). Además consta de una pantalla donde se muestran los diferentes estados de alarmas que se puedan presentar durante el proceso.
Para la segunda fase se ha diseñado un nuevo entorno grafico de las pantallas de supervisión en INTOUCH las cuales han sido transformadas al lenguaje XML por medio de la herramienta XML EXPORTER DE WONDERWARE, para ser publicadas en el portal SuiteVoyager, el cual se encuentra instalado en el servidor de Windows 2000 Server, que permite el monitoreo a cada una de las estaciones, la presentación de los datos históricos y además la visualización de las imágenes tomadas por una cámara de video ubicada sobre una de las estaciones de laboratorio, utilizando un navegador Web.
• BERNAL y CRISTANCHO, trabajaron sobre la estación de control de procesos electroquímicos que consta de: un sistema de baños, robot y el sistema de control. Esta estación no funciona de una manera automática, y el primer paso para que si funcione es la caracterización del robot cartesiano, complementando sus manuales, programándolo y realizando sus planos mecánicos, ya que este tiene una función vital en esta estación.
0.2 OBJETIVOS 0.2.1 Objetivo general
• Implementar una interfaz HMI con la cual se pueda operar el modulo control de
procesos del laboratorio de robótica
0.2.2 Objetivo específicos
• Hacer un diagnostico completo del funcionamiento del modulo.
• Reevaluación de los planos eléctricos existentes.
• Implementar la instalación eléctrica del modulo acorde con lo planos eléctricos.
• Configurar el dispositivo de control (PLC) y enlazarlo con el computador.
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• Implementar las secuencias del robot cartesiano para unirlas con las secuencias de control térmico y de nivel.
• Implementar una interface HMI con base a los planos de instrumentación realizados sobre el modulo.
1 MODULO CONTROL DE PROCESOS.
1.1 MARCO CONTEXTUAL En la Universidad de la Salle se encuentra el laboratorio de robótica, que cuenta con un centro de manufactura integrado por computador (CIM), este esta equipado con una diversidad de módulos que realizan distintas tareas, dentro de estos se encuentra el modulo de control de procesos el cual brinda un tratamiento a las piezas que salen del torno y la fresa, mejorando las propiedades del material. El modulo consta de un robot cartesiano que lleva las piezas por una serie de siete tanques en donde se realizan procesos de lavado a distintas temperaturas, recubrimiento de ácidos y secado, al terminar este proceso el brazo lleva la pieza a la banda para continuar en el proceso de manufactura. Para lograr los procesos de lavado de la pieza el modulo cuenta con una sección térmica y de nivel las cuales son descritas en la tesis implementación de controladores para la sección de nivel y temperatura. 1.1.1 Brazo cartesiano. Como se había dicho anteriormente el brazo ubica la pieza en los diferentes tanques del sistema para realizar el respectivo proceso, a continuación se muestra una vista general del brazo cartesiano
Figura 1.1 Vista general robot cartesiano.
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Para el funcionamiento de este dispositivo se requieren de una serie de elementos que se nombran a continuación: Motores: el brazo cuenta con unos motores sinfín corona de 24VDC y gran amperaje los cuales proporcionan movimiento sobre los ejes X, Y, Z del robot. Figura 1.2 Motores
Sensores: se tienen una serie de sensores inductivos que manejan dos tipos de alcance y están ubicados estratégicamente sobre los eslabones del robot, de igual manera se cuenta con tres sensores de tipo magnético ubicados sobre el eje Z y los cuales sirven para ubicar el robot en el eje Z. Figura 1.3 Sensores brazo
Correa guía: esta ubicada a lo largo del eje X, y cuenta con una serie de puntos que conjuntamente con los sensores inductivos de corto alcance sirve para detectar la posición en la que se encuentra el brazo.
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Figura 1.4 Guía eje X.
PLC: es una de las partes fundamentales del modulo puesto que con este se pueden programar los movimientos del robot cartesiano, a parte que sirve para controlar los elementos que hacen parte de la sección térmica y de nivel, este PLC consta de distintos módulos de entradas y salidas, así como con un modulo de comunicaciones el cual sirve para hacer una conexión con el computador. Figura 1.5 PLC
Armario: es la principal fuente de alimentación del modulo y en donde se encuentran todos los contactares que permiten acoplar la señal que sale del PLC a los actuadores como motores, bombas, electro-válvulas, etc. Figura 1.6 Armario
Control Manual: se cuenta con un control para que el operario realice los movimientos manuales con el robot.
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Figura 1.7 Control Manual
1.2 MARCO TEÓRICO 1.2.1 Interfaz de usuario HMI (Human Machine Interface)
Por medio de esta se presentan los datos a un operador (humano), y este controla todo el proceso el cual se hace por medio de un ordenador.
La interfaz de usuario dispone de dos medios que son:
Entrada: que permite al usuario manipular un sistema.
Producto: el cual reproduce las órdenes que el operario haya asignado al proceso.
• Criterio de usabilidad
19
20
El diseño de una interfaz de usuario afecta a la cantidad de esfuerzo que el usuario debe gastar para proporcionar insumos al sistema y para interpretar los resultados que el sistema arroja.
Usabilidad es el grado en que el diseño de la interfaz de usuario en particular tiene en cuenta la psicología humana y de la fisiología de los usuarios, y hace que el proceso de la utilización del sistema se de forma eficaz, eficiente y satisfactoria.
• Tipos de interfaz:
Actualmente los siguientes tipos de interfaz son conocidos:
Interfaz grafica de usuario (GUI Graphics User Interfaces): que permiten comunicarse con el ordenador de una forma muy rápida e intuitiva.
Touch interfaces son interfaces gráficas de usuario mediante una pantalla táctil con una combinación de dispositivos de entrada y salida. Se utiliza en muchos tipos de procesos industriales, máquinas de autoservicio, etc
Hay que tener en cuenta que Un sistema SCADA realiza un control supervisorio y de adquisición de datos, de ahí su nombre mientras que un HMI es una interface Hombre-Máquina que usualmente es para visualización del proceso y arranque y para de las máquinas.
1.2.2 Controlador Lógico Programable (PLC)
Circuito electrónico basado en microprocesador, usado en una gran variedad de industrias, que permite controlar sistemas, procesos o máquinas. Contiene dos conjuntos, principales, de puntos de conexión conocidos como entradas y salidas. Los estados de las salidas, dependen de los estados de las entradas y la lógica del programa. La sigla PLC define sus características principales: Controla una planta por medio de la Lógica definida en el programa de usuario, y es Programable tantas veces como sea necesario1.
“El Autómata Programable o PLC, puede ser considerado como una caja negra que contiene un conjunto de entradas y salidas, en las cuales se conectarán directamente los
1 BRAVO, Venancio. Curso Autómatas Programables (PLC) volumen 1
21
elementos primarios y finales de control...Es capaz de controlar un proceso, por medio de dicho dispositivos y la programación de la lógica adecuada”2.
• Características del PLC
Tabla 1.1 Características PLC
Controlador Permite controlar un sistema, haciendo uso de los puntos de conexión de entradas y salidas. A través de dichos puntos se interconecta con los elementos, primarios y finales, de control.
Programable Es capaz de almacenar el programa de usuario en memoria no volátil, Así mismo es re-programable tantas veces como sea necesario.
Lógico
Los programas se constituyen de un conjunto de instrucciones lógicas, Aunque actualmente los PLC son muy poderosos y manejan un conjunto de instrucciones muy amplio, de manera que no están limitados a realizar funciones lógicas, exclusivamente.
Fuente: Curso Autómatas Programables
• Concepto básico DEL PLC. Como se aprecia en la figura 2, el PLC contiene un conjunto de entradas y salidas, en diferente número. Además cada uno de estos puntos de conexión, ya sea entrada ó salida, está claramente identificado. El objetivo es diferenciar, primeramente, los puntos de conexión que son entradas, de aquellos otros que son salidas; luego se enumeran ambos tipos de puntos de conexión. La identificación de estos dispositivos, se conoce como direccionamiento, significa que a cada uno de estos puntos de conexión se les asigna una dirección específica. Una vez que determinamos la dirección a la cuál va a estar conectado cada uno de dichos dispositivos externos, podemos programar el PLC para que, en base a las condiciones que guarden las entradas, manipule el estado de las salidas. Figura 1.8 PLC
Fuente: Curso Autómatas Programables
2 Mandaco Pérez Enrique. Controladores Lógicos y Autómatas Programables, segunda edición julio 1999
El programa de usuario se compone de un conjunto de instrucciones que el PLC ejecutará de manera secuencial y cíclica, en el cual se indican las direcciones de las salidas que se deberá manipular en base al estado de las entradas y las operaciones que debe realizar durante la ejecución del programa3. 1.2.3 Métodos de programación El PLC puede ser programado, usando diferentes lenguajes. Estos, difieren de acuerdo a las características particulares de cada modelo de PLC con que se trabaja. No obstante, todo tipo de PLC puede programarse usando uno ó más de los lenguajes que se nombrarán a continuación.
• Programación en lista de instrucciones4. Es una representación mnemotécnica de las instrucciones, enlistadas en secuencia y que permiten, sin necesidad de una interfaz gráfica, el acceso a la programación del dispositivo. Es lo más parecido al “lenguaje natural ó nativo” del procesador, que se maneja. Hoy en día, es una alternativa de programación y de depuración del programa, y permite el máximo nivel de explotación de las ventajas del PLC. Aunque representa un nivel mayor de complejidad. La siguiente figura muestra un ejemplo. Figura 1.9 Programación en lista de instrucciones
Fuente: Controladores Lógicos y Autómatas Programables
• Programación en diagrama de escalera.
Este es el método más usual, diseñado para permitir una programación de manera sencilla basada en símbolos y esquemas con el que los alumnos están muy familiarizados, pues se basa en símbolos de diagramas de control electromecánico.
3 Mandaco Pérez Enrique. Controladores Lógicos y Autómatas Programables, segunda edición julio 1999
4 SENA Virtual Controladores lógicos programables, 2005
22
Figura 1.10 Programación diagrama escalera
Fuente: Controladores Lógicos y Autómatas Programables
• Estructuración en SFC (Sequential Flow Chart) 5
Cuando los programas son grandes, el proceso de estructuración del programa se vuelve complejo. Pero hoy en día existen algunos otros “métodos de representación en diagrama de flujo secuencial”. Estos son métodos más elaborados. Aunque tienen bastante tiempo en el mercado y han probado su eficiencia, hay quien los considera en proceso de evolución. Sin embargo, los SFC prometen en un futuro no lejano, una estandarización de la programación, entre muchas otras ventajas. Se basan en el estándar IEC 6311. Parece ser, que los SFC más populares en Europa son el llamado Grafcet, y el FUP, mientras que algunos fabricantes japoneses le llaman STL, a una versión muy acorde al SFC. El SFC, más que un lenguaje de programación, es un método de estructuración en diagrama de flujo, después de desarrollarlo, se puede escribir el programa en cualquier lenguaje previamente mencionado. Los programas de interfaz más avanzados, también son capaces de compilar el programa del diagrama de flujo SFC. Figura 1.11 Programación SFC.
Fuente: Automatoc With Simatic S7300/400 5 R. Blisener, Programable Logic Controllers agosto 2002
23
2 FUNCIONAMIENTO DEL MODULO 2.1 ESTADO DE LOS COMPONENTES
• El modulo no se encontraba en funcionamiento, por el mal uso u desuso al cual se tenia sometido.
• Estudiantes no capacitados realizaron una desconexión total de todo el cableado
del modulo.
• La bomba de diafragma presentaba problemas si duraba mucho tiempo prendida ya que se pegaba su diafragma.
• No se encontraban calibradas la mayoría de las electro-válvulas.
• Algunas secciones de la tubería no eran las apropiadas para el caudal requerido
por los tanques.
2.2 PRUEBAS A COMPONENTES
Se realizaron pruebas individuales a los siguientes componentes obteniendo como resultados:
o Bombas (24V/DC – 220V/AC) : funcionando
o Válvula Proporcional : Funcionando
o Ventilador del radiador : Funcionando
o Secador : Funcionando
o Resistencia térmica 220V/AC : Funcionando
o PLC Siemens S7 – 300 : Funcionando
o Válvulas manuales : Funcionando
o Sensor RTD (PT – 100) : Funcionando
o Detectores inductivos (Sensores) : Funcionando
24
25
o Motores (Robot cartesiano) : Funcionando
o Sensores ON/OFF : Funcionando
Las pruebas realizadas se basaron en alimentar eléctricamente cada uno de los componentes para comprobar su correcto funcionamiento. Obteniendo que el funcionamiento fue el optimo para la mayoría de componentes. 2.3 RECUPERACIÓN DEL MODULO 2.3.1 Reparaciones realizadas
Las reparaciones que se aplicaron a modulo se basaron principalmente en que algunas de las partes del modulo que no cumplían con un óptimo funcionamiento del sistema, es decir, si funcionaban, pero no de la mejor manera, por ejemplo:
• La bomba de diafragma que trabajaba con 24V/DC la cual llenaba el tanque 1, después de un largo tiempo de funcionamiento se calentaba y por esta razón se pegaba el diafragma impidiendo así el continuo funcionamiento del sistema, para solucionar este percance era necesario esperar dos días como mínimo mientras se despegaba el diafragma para poder usar de nuevo la bomba. Por esta razón se tomo la decisión de cambiar esta bomba de diafragma por una bomba de paletas a 110V/AC que soporta una mayor capacidad de trabajo y posee mayor potencia de manera que el tiempo de llenado del tanque 1 es menor.
• Los tanques 2, 4 y 6 se demoraban demasiado tiempo en llenarse por motivo de la tubería que pasaba por la válvula proporcional, ya que esta tenia un diámetro de 3/8’’, mientras la demás sección de tubería era de ½’’, esto provocaba que se presentaran distintas restricciones que producían perdidas de presión a la entrada de los tanques y por esto la demora en el llenado, por tal razón se implemento un cambio en la tubería reemplazándola por tubería de ½’’ para generar una continuidad del caudal durante toda la tubería permitiendo un mayor caudal y menor tiempo de llenado de los tanques.
• Las electro – válvulas funcionaban pero algunas presentaban escape por lo
cual se dedujo que se encontraban sin calibrar, por tal razón fueron desmotadas del modulo, se les aplico un mantenimiento general y posteriormente se ajustaron hasta lograr que no presentarán escape y por ultimo fueron de nuevo montadas en el modulo.
26
• El modulo fue descableado en su totalidad, por esto fue necesario volver a
implementar el cableado basándose en los planos existentes y realizando algunas correcciones de los planos eléctricos generando así nuevos planos incluidos en este documento.
• Para el desarrollo de la tesis “REVISIÓN TECNOLÓGICA, DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE METODOLOGÍAS DE CONTROL PARA LA SECCIÓN DE NIVEL Y TEMPERATURA DEL MODULO CONTROL DE PROCESOS DEL LABORATORIO DE ROBÓTICA DE LA UNIVERSIDAD DE LA SALLE” fue necesario implementar sensores de nivel para la aplicación de los controles, estos sensores fueron ubicados en los tanques 2, 4 y 6 del modulo. También se incluyo un circuito variador para la resistencia térmica con lo cual es posible realizar el control de temperatura para el tanque 1.
• El sensor RTD (PT - 100) se encontraba conectado a un acondicionador de señal, el cual se conectaba al PLC, pero el modulo de entradas análogas del PLC esta configurado para recibir las señales directas del sensor RTD (PT – 100) lo cual hace inútil el acondicionador de señal, por tal razón el sensor RTD (PT – 100) se encuentra conectado directamente al PLC.
2.4 CONFIGURACIÓN INICIAL DEL PLC Abrir el software de programación que de encuentra en la ruta: inicio/todos los programas/SIMATIC/Administrador SIMATIC.
Figura 2.1 Ruta acceso software de programación.
Al abrir el Administrador SIMATIC. Se abre la ventana de asistente para crear un nuevo proyecto y se hace click en siguiente abriéndose una nueva ventana.
Figura 2.2 Ventana asistente “nuevo proyecto”
El paso siguiente es configurar la CPU en la cual se va a trabajar, para este caso se busca la referencia: CPU315-2DP, de igual manera se puede configurar la dirección MPI, pero en este caso se deja la que el programa crea por defecto, al terminar de configurar estas opciones se da click en siguiente para continuar con el proceso.
Figura 2.3 Configuración CPU.
27
Después de haber configurado la CPU el siguiente paso es seleccionar los objetos necesarios para programar, para este caso solo se escoge el OB1 que es el objeto principal de organización y en donde va el programa, de igual manera se puede escoger el lenguaje de programación que se desee, teniendo como opciones AWL, KOP o FUP. Al terminar se da click en siguiente.
Figura 2.4 Configurar lenguaje de programación.
El siguiente paso consiste en poner el nombre al proyecto a crear; para tener en cuenta el nombre del proyecto no debe de llevar espacios y tampoco debe de empezar con números, al terminar se da click en finalizar, para crear el proyecto.
Figura 2.5 Nombre de programa.
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Al finalizar el asistente se abre una nueva ventana con los bloques escogidos para programar, en este caso solo aparecerá el bloque OB1.
Figura 2.6 Objetos seleccionados.
2.4.1 Configuración posterior hardware y comunicaciones.
Antes de entrar a programar es importante configurar el modo de comunicación que de tendrá con el PLC (la forma en que se cargaran los programas), de igual manera hay que configurar las caracteristicas del PLC que se quiere programar.
• Comunicación
Para configurar el modo en el que se va a comunicar el PC con el PLC se accede desde el menu herramientas, opción ajustar interface PG/PC, abriendo así una ventana en donde se encuentran las distintas formas que se tienen para comunicar, para este caso solo son importantes dos, comunicación Ethernet y la otra que es por medio de MPI.
Figura 2.7 Ajuste de interface
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Hay que tener en cuenta que si es la primera vez que se va a utilizar el PLC se debe hacer una comunicación por MPI en donde se debe de configurar la dirección MPI que por lo general es 2 o se escoge algún numero mayor que 2.
En la pestaña de conexión local, se configura el puerto serial del computador, esto depende de la configuración del computador y de igual forma se configura la velocidad de transferencia que por lo general es de 19200.
Figura 2.8 Configurar MPI
• Hardware
La opción para configura el hardware se encuentra en la pestaña Equipo SIMATIC 300 y se accede a la parte de Hardware que se encuentra en el lado derecho de la pantalla.
Figura 2.9 Hardware
Al entrar en la opción de hardware se configura los módulos del PLC, hay que tener en cuenta que el PLC esta montado sobre un bastidor que en este caso será el bastidor 0, y cada modulo será un slot.
Ahora bien se empiezan a buscar todos los módulos que conforman el PLC, desde el modulo de entradas y salidas, hasta el modulo de comunicaciones, estos serán arrastrados hasta la parte inferior izquierda.
Los módulos deben ser colocados en el orden en que se encuentren montados físicamente. Después de haber configurado estas opciones se da click en la opción
30
guardar y compilar (3) que se encuentra en la barra de tareas, al comprobar que no existen errores en la configuración se procede a cargarla en el PLC.
Tabla 3.1 Módulos PLC.
SLOT NOMBRE MODULO REFERENCIA
4 Modulo de 32 entradas digitales DI32XDC24V 6ES7-321-1BL00-0AA0
5 Modulo de 16 entradas digitales DI16XDC24V 6ES7-321-1BH02-0AA0
6 Modulo de 32 salidas digitales DO32XDC24V/0.5A 6ES7-321-1BL00-0AA0
7 Modulo de 8 entradas analogas AI8X13Bit 6ES7-321-1KF00-0AB0
8 Modulo de 2 salidas analogas A02X12Bit 6ES7-321-5HB01-0AB0 9 Modulo de comunicaciones CP343-1 IT 6GK7-343-1GK11-0XE0
Figura 2.10 Configuración hardware.
2.4.2 Configuración módulos de entradas y salidas digitales.
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Hay que tener en cuenta que el software configura direcciones por defecto, pero estas se pueden cambiar, para así poder llevar un orden de entradas y salidas. Para poder cambiar estos parámetros se camban entrando a las propiedades del modulo.
Figura 2.11 Direcciones
2.4.3 Configuración de entradas y salidas análogas.
En el caso de las entradas análogas se debe de configurar el dato que se desea adquirir, se puede escoger entre Tensión (V), Intensidad o Corriente (I), Resistencia (R) y termorresistencia (RTD), en donde se puede configurar el tipo de RTD.
Figura 2.12 Configuracion modulo entradas análogas
Para configurar las salidas análogas el software da la opción de establecer que tipo de salida se quiere, Tensión (U) o Intensidad (I), al igual que ofrece varios rangos de salida de voltaje que son 1 a 5 V, 0 a 10, +/-10V.
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Figura 2.13 Configuracion modulo salidas análogas
2.4.4 Configuración modulo de comunicaciones
Al entrar a las propiedades del modulo de comunicaciones se procede a configurar la dirección IP que tendrá el modulo, para acceder a esta parte se da click en propiedades y se generará una nueva ventana.
Figura 2.14 Configuracion modulo de comunicaciones
Al abrir las propiedades del modulo se ajusta la dirección MAC que tiene el modulo, así como la IP y la mascara de subred.
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Figura 2.15 Propiedades modulo de comunicaciones
2.4.5 Configuración de subredes.
Es necesario configurar las redes a las que tendrá acceso el PLC, para poder garantizar que el modulo tendrá los accesos que se deseen, para poder configurar esta opción se entra a la opción de configurar red que se encuentra en la barra de tareas.
Figura 2.16 Configuración de redes
Existe la opción de añadir cuatro tipos de enlaces pero los que importan en este caso son el MPI y el Ethernet Industrial.
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Figura 2.17 Subredes siemens
2.4.6 Tabla de símbolos
Con la opción de tabla de símbolos se pueden poner nombres a las salidas, entradas y marcas de memoria que se utilizarán a la hora de programar. Para acceder esta opción se sigue la siguiente ruta: Equipo SIMATIC 300/CPU 315-2DP/Programa, y se da click en el icono símbolo.
Figura 2.18 Acceso tabla de símbolos
Al entrar en esta opción se genera una tabla en donde se digita el símbolo que se desea colocar y la dirección a la que pertenece, de igual forma aparase un recuadro para poder dar comentario a los símbolos que se van escribiendo.
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Para tener en cuenta la nomenclatura de las entradas es AX.X, de las salidas es EX.X y las marcas de memoria es MX.X.
Figura 2.19 Tabla de símbolos.
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3 IMPLEMENTACIÓN
3.1 PLANOS Al realizar la reevaluación de los planos electrónicos del modulo se volvieron a realizar los planos los cuales se encuentran en el anexo 3. Con base a los planos realizados se procedió a realizar la conexión eléctrica de los componentes del modulo para ponerlo en funcionamiento. 3.2 ENTRADAS Y SALIDAS DEL PLC En cuanto a los módulos de entradas y salidas quedaron distribuidos de la siguiente manera. 3.2.1 Entradas digitales
Tabla 3.1 Lista de entradas digitales
ENTRADAS DIGITALES ENTRADA
PLC SENSOR MARQUILLA 0.0 Banda 0.1 Banda 0.2 Banda 0.3 Banda 0.4 Banda 0.5 Banda 1.0 Tanque reserva B1 LS 541 1.1 Nivel alto tanque B1 LS 543 1.2 Nivel bajo tanque B1 LS 542 1.3 Collect tank LS 544 1.4 Baja presión 2.0 Paro emergencia 2.1 Pulsador inicio 2.2 Pulsador parada 2.3 Operación automatico
4.0 Eje X izquierda fin de
carrera LS1 XL 4.1 Eje X izquierda LS2 XML
4.2 Eje X derecha fin de
carrera LS4 XR 4.3 Eje X derecha LS3 XMR
4.4 Eje Y frente fin de
carrera LS4 YF
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Continuación tabla 3.1 4.5 Eje Y frente LS3 YMF
4.6 Eje Y atrás fin de
carrera LS1 YB 4.7 Eje Y atrás LS2 YMB 5.0 Eje Z arriba LS1 ZU 5.1 Eje Z medio LS2 ZMU 5.2 Eje Z abajo LS4 ZD
3.2.2 Salidas digitales.
Tabla 3.2 Listado de salidas digitales
SALIDAS DIGITALES SALIDA
PLC ELEMENTO QUE SE ACTIVA MARQUILLA0.0 Relevo CXR CXR 0.1 Relevo CXL CXL 0.2 Relevo CYF CYF 0.3 Relevo CYB CYB 0.4 Relevo CZU CZU 0.5 Relevo CZD CZD 0.6 Pinza 0.7 1.0 Electro-válvula tanque B1 SOV 500 1.1 Electro-válvula dar paso al radiador
1.2 Electro-válvula permitir paso sin
radiador 1.3 Electro-válvula tanque B2 SOV 510 1.4 Electro-válvula tanque B4 SOV 511 1.5 Electro-válvula tanque B6 SOV 512 1.6 1.7 2.0 Tope de la banda 2.1 Piloto baja presión 2.2 Piloto funcionando 3.0 Ventilador secar pieza C10 3.1 Ventilador radiador C12 3.2 Bomba que llena los 3 tanques C13 3.3 Bomba que llena el tanque B1 C14
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3.2.3 Entradas y salidas análogas.
Tabla 3.3 Listado de salidas análogas
Salidas análogas
Canal Pin PLC Elemento
3 +VccChanel 0 5 GND válvula proporcional
7 +VccChanel 1 9 GND resistencia
Tabla 3.4 Listado de entradas análogas
Entradas análogas canal pin PLC elemento
1 Chanel 0 2
Potenciómetro
3 Chanel 1 4
Potenciómetro
5 Chanel 2 6
Potenciómetro
7 Chanel 3 8
PT 100
3.3 CONSTRUCCIÓN DEL PROGRAMA
Antes de empezar la etapa de programación es necesario realizar varios pasos fundamentales los cuales son: algoritmo del programa, el cual puede incluir un diagrama de flujo especificando las acciones que se van a realizar en el modulo.
El otro paso es hacer una adecuada selección del lenguaje de programación, dependiendo de las herramientas que proporcione el software y la desestera que tenga el programador entre lenguajes de programación.
3.3.1 Diagrama de flujo
A la hora de analizar las secuencias que debería de realizar el robot cartesiano, se decidió hacer diagramas de flujo los cuales hacen tener una mejor comprensión del proceso y de igual manera ayudan para la construcción del programa.
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• Secuencia automática
Figura 3.1 Diagrama de flujo secuencia automática.
• Secuencia home
Figura 3.2 Diagrama de flujo secuencia home
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• Secuencia movimiento tanque b1.
Figura 3.3 Diagrama de flujo secuencia B1
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• Secuencia movimiento entre tanques.
Figura 3.4 Diagrama de flujo movimiento entre tanques
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3.3.2 Selección de lenguaje de programación
Para hacer una adecuada selección del lenguaje de programación es necesario conocer las herramientas que ofrece tanto el software como el PLC.
El PLC dispone de una serie de módulos que dividen la memoria de programa y la de datos en secciones, permitiendo una programación estructurada y un acceso ordenado a los datos. El número de módulos va a depender del tipo de CPU empleada, disponiendo en general de los siguientes:
Módulos de organización (OB)6 Constituyen la forma de comunicación entre el sistema operativo de la CPU y el programa de usuario. Existen 3 tipos de OB, los cuales están accesibles o no según el tipo de CPU:
OB 1 (ciclo libre): es el módulo principal, el que se ejecuta cíclicamente y del que parten todos los saltos a otros módulos, este modulo siempre será usado.
OB de error y alarma: son los que contienen la secuencia de acciones a realizar en caso que se produzca una alarma o error programado.
OB de arranque: en este módulo podemos introducir valores por defecto que permiten el arranque definido a la instalación, bien en un arranque inicial o tras un fallo en la alimentación.
Funciones (FC) Son módulos en los que se puede incluir parte del programa de usuario con lo que se obtendrá un programa mucho más estructurado. A estos módulos se pueden acceder desde otro módulo7.
Módulos de funciones (FB) Aquí se introducen las partes de programa que aparecen con frecuencia o poseen gran complejidad. Posee una zona de memoria asignada para guardar variables (módulo de datos de instancia). Lo que se hace es enviar parámetros al FB y guardar algunos de los datos locales en el módulo de datos de instancia8.
Al conocer los bloques que maneja el PLC, se trabajará con los módulos OB1 y FB, sobre el primer modulo se manejará el lenguaje de programación KOP y en el segundo se programará con un GRAFCET.
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6 AYUDA. Bloque de organización y estructura del programa Simatic step7
7 AYUDA. Funciones (FC) Simatic step7
8 AYUDA. Bloque de función (FB) Simatic step7
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3.3.3 Fase de programación
Como ya se había dicho anteriormente, el área para programar se encuentra en segmento de los bloques, en este caso se encuentra el OB1, para acceder a él se da doble click sobre el símbolo.
Al aparecer la ventana de programación se deben de identificar varias partes importantes entre las que se encuentran.
1. En el menú ver se encuentran los distintos tipos de lenguajes que se encuentran; el usuario lo escoge a su gusto, para este caso se eligió el lenguaje KOP.
2. En la parte izquierda de la pantalla se encuentran las operaciones que se pueden realizar tales como: comparaciones, conversiones y operaciones lógicas entre otras.
3. La parte derecha de la pantalla esta diseñada para programar y hacer todas las operaciones que se requieran.
Figura 3.5 Ventana de programación
• Creación de los módulos.
El modulo OB1 es el primero que se crea, ya que al configurar el inicio del programa este es creado por defecto.
Figura 3.6 OB1
Para la creación del bloque FB se seguirán los siguientes pasos: Para crear el bloque se debe hacer click derecho sobre la parte derecha de la pantalla, que esta destinada para los bloques de programación.
La ruta es la siguiente Insertar nuevo objeto/Bloque de función.
Figura 3.7 Creación bloque de función
Al crear el bloque se genera un cuadro de propiedades en donde se puede poner un nombre simbólico para identificar el modulo desde el OB1, de igual forma se puede escoger el tipo de lenguaje para este caso se selecciona GRAPH, que es el lenguaje GRAFCET.
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Figura 3.8 Propiedades bloque
Al dar click en aceptar se genera una nueva venta en la cual se pueden realizar todas las operaciones que se requieran.
Figura 3.9 Pantalla programación grafcet
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De la anterior pantalla se pueden destacar varias partes importantes.
1. En esta área se pueden programar todas las operaciones que se deseen, teniendo en cuenta las acciones y las transiciones.
2. Aquí se puede ver si existen errores a la hora de compilar el programa.
3. En la barra de herramientas se pueden realizar distintas operaciones, tales como añadir saltos, poner una nueva transición o establecer el fin del programa.
Insertar etapa + transición.
Abrir rama alternativa.
Insertar etapa + transición.
Cerrar rama alternativa.
Insertar salto.
4. De igual forma que en la ventana del modulo OB1 existe la herramienta ver, en la cual se puede escoger el lenguaje de programación
• Programar Transiciones9
Para programar condiciones de transición se emplean las operaciones lógicas con bits "Contacto normalmente abierto", "Contacto normalmente cerrado" y "Comparador". Las transiciones se programan de la manera siguiente:
1. Cambie a la vista "KOP" y elija los símbolos correspondientes en la barra de herramientas "KOP/FUP".
Insertar contacto normalmente abierto.
Insertar contacto normalmente cerrado.
Insertar comparador. 9 AYUDA. Programación de controles secuenciales Getting Started S7‐GRAPH para S7‐300/400
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2. Posicione los símbolos en la posición que corresponda haciendo un clic en las líneas de transición.
Puede salir en cualquier momento del modo Insertar pulsando la tecla ESC.
3. Introduzca los operandos. Para hacerlo, seleccione el cuadro de texto correspondiente con un clic en el comodín "???" Después introduzca un operando absoluto o simbólico (p. ej.: E0.7).
4. Si lo desea, también puede introducir un comentario sobre la cadena secuencial.
En la vista "Cadena" el campo de comentario se encuentra en la parte superior izquierda y se abre haciendo clic con el ratón.
• Módulos creados. En este caso se crearán seis (6) bloques de función FB los cuales contendrán las siguientes secuencias:
• FB1 Secuencia automática: que será como una secuencia principal, desde aquí se dará la orden para dar inicio a otras cadenas que ejecutaran ciertas tareas.
• FB2 Secuencia home: en esta función se tendrán los movimientos necesarios para
que el brazo se posicione en “home” o posición inicial.
• FB3 Secuencia B1: aquí se realizarán los movimientos que sean necesarios para mover el brazo al tanque B1.
• FB4 Secuencia repetitiva1: que contiene los movimientos que el brazo ejecutará
para poder realizar dejar la pieza en los tanques de lavado y después de un tiempo recogerla.
• FB5 Secuencia secado: entra en acción cuando el brazo se encuentra en el último
tanque, en el cual se le realiza un secado a la pieza.
• FB6 Secuencia repetitiva2: con este modulo se realizará el movimiento para dejar la pieza en los tanques que contienen los químicos, y después de determinado tiempo recogerla.
Hay que tener en cuenta que para cada bloque de función FB, se creará un DB de instancia, el cual servirá para llamar la función desde el modulo de organización OB1 o bloque de organización.
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El DB de instancia es generado automáticamente al compilar el FB, para poder utilizar los DB’s es necesario abrir el OB1 y en la pestaña bloques FB se pueden visualizar los FB’s creados. Figura 3.10 FB’s creados.
Figura 3.11 DB’s de instancia
• Utilización De Los Db’s De Instancia
La forma de utilizar los DB’s es muy sencilla, ya que solo hay que configurar unos parámetros que se exigen para su utilización desde el OB1.
Para poner el DB de instancia sobre la pantalla de programación se arrastra el FB creado a la parte derecha de la pantalla y de esta forma se crea un nuevo cuadro sobre el segmento.
Figura 3.12. DB creado
Como se puede ver el DB que fue creado tiene varios parámetros pero los de importancia los siguientes:
EN: el cual activa la cadena secuencial creada.
OFF_SQ: con este comando se puede apagar la secuencia, es utilizado cuando se desea volver a iniciar el proceso.
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INIT_SQ: es necesario para inicializar la cadena secuencial, después de que esta haya sido apagada, por la generación de algún error. Por ejemplo después de haber quitado un
paro de emergencia se debe de inicializar la cadena para que esta vuelva a realizar de nuevo el proceso.
EN0: es activado cuando la secuencia esta en uso de caso contrario estará en cero.
• Uso de los contadores:
Los contadores son usados a la hora de ubicar el robot sobre el eje X, dependiendo del valor que tenga el contador se puede decir en que tanque se encuentra el brazo.
Funcionamiento del contador:
La opción de los contadores se encuentra contaje, en donde se muestran distintos tipos de contadores, tales como: contadores hacia adelante, hacia atrás y contador con las dos opciones.
Figura 3.13 Contador incremento/decremento
Los parámetros que se usaran en este contador serán:
ZV: el cual hace incrementar el contador 1 cada vez que se genere un flanco ascendente.
R: pone en cero el valor del contador.
DEZ: se guarda el valor del contador en una marca de tipo palabra MW2.
• Operaciones de comparación.
Para saber en que posición se encuentra el brazo simplemente se realizan operaciones de comparación con números enteros.
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Sobre la opción de comparación se encuentran las distintas formas en que se pueden comparar los resultados, para este caso lo que se quiere es comparar el valor que se guardó en la marca de memoria con un número entero para que así poder saber en que posición se encuentra el brazo.
Figura 3.14 Comparadores.
Se realizo la siguiente equivalencia para el valor de los contadores:
Contador 1 = 2; el brazo se encuentra en el tanque B2
Contador 1 = 4; el brazo se encuentra en el tanque B3
Contador 1= 6; el brazo se encuentra en el tanque B4
Contador 1= 8; el brazo se encuentra en el tanque B5
Ya que los datos que se guardan son BIT’s la mayor cantidad de números enteros que se pueden contar son 8, por lo que se usaron dos contadores con dos memorias diferentes, cuando el contador 1 llega al valor 8 hace que se resetee el contador 2 y empiece de nuevo para deducir las dos ultimas posiciones.
Contador 2= 2; el brazo se encuentra en el tanque B6.
Contador 2= 4; el brazo se encuentra en el tanque B6.
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3.3.4 Programa realizado
Activación del modo automático, para realizar esta operación se utiliza un flipflop de activación/desactivación que cambiará de estado dependiendo de la posición del interruptor. Esta parte se encuentra en el OB1.
Cuando el interruptor esta en ON se activa la marca de memoria activar_auto, que pondrá en funcionamiento el bloque de función de la secuencia automática.
Figura 3.15 Activación modo automático.
Figura 3.16 Activación del FB de la secuencia automática.
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La activación del modo automático inicia todo el proceso de movimientos del brazo electro-neumático.
Para arrancar el proceso se debe de pulsar el botón de inicio, y la primera acción que se ejecutará será la de enviar el brazo a la posición home.
Figura 3.17 Activación de la secuencia home
Con la marca M50.0 se activa el bloque de función FB2 que esta en el OB1 y contiene la secuencia de movimientos necesarios para enviar el brazo a la posición inicial; con la marca “home” se inicia el proceso dentro de la secuencia.
Figura 3.18 Activación FB secuencia home
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Figura 3.19 Inicio de la secuencia home.
Ahora los pasos siguientes son posicionar el robot dependiendo de la información que se reciba de los sensores, al terminar de posicionar el robot se envía la señal de “home_ok” a la secuencia automática para poder proseguir con los demás movimientos.
Figura 3.20 Ejecución de movimientos.
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Figura 3.21 Secuencia home terminada
El paso siguiente será el de detectar el pallet, que se encuentra en la banda, esta marca será activada desde el programa Labview, dependiendo de las opciones que el usuario haya introducido.
Después de haber detectado el pallet o carro, el paso siguiente será el de ejecutar los movimientos para recoger la pieza de la banda y llevar el brazo hasta el tanque B1, por lo que se activa la secuencia “secuencia_B1”.
Figura 3.22 Inicio de la secuencia de movimientos hacia B1
En la secuencia B1 se lleva el brazo hasta el primer tanque que contiene agua caliente para realizar un primer lavado a la pieza, por lo que la pieza se debe de dejar por cierto
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tiempo, pasado el tiempo se recoge la pieza y termina la secuencia, por lo que se envía una marca a la secuencia automática para continuar al siguiente paso.
Figura 3.23 Fin de la secuencia B1
Ahora la acción siguiente será el de dar reset al contador y a las marcas que guardan los valores del contador. Esta acción es muy necesaria, ya que antes de llegar a este punto, posiblemente el brazo se haya movido en el eje X y en el contador se hayan guardado algunos valores.
Los contadores y las marcas que guardan los valores de los contadores se encuentran en el OB1.
Figura 3.24 Reset del contador y las marcas.
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Después de haber puesto las marcas y el contador en ceros, la siguiente acción a realizar será la de iniciar el movimiento sobre el eje X hacia la derecha, dependiendo de los tanques seleccionados el brazo realizará un movimiento específico, en este caso las marcas M70.0, M70.1 y M70.2, indican que se seleccionaron los tanques B2, B4 y B6, cuando no esta seleccionado ningún tanque entonces el brazo simplemente entra en el tanque B1 y en el B7; en la siguiente tabla se muestran los movimientos que el tanque realiza dependiendo de las opciones escogidas.
Tabla 3.5 Secuencia de tanques. Selector de tanques Tanques en los que ingresa el robot
Tanque b2
Tanque b4
Tanque b6 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7
0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
En la anterior tabla se puede apreciar como se realiza la secuencia del robot dependiendo de los tanques que se encuentren seleccionados, por ejemplo: si se selecciona el tanque b2 y el tanque b6 el robot ingresara en los tanques b1, b2, b5, b6 y b7, y luego retornara a posición home para dejar de nuevo la pieza en el pallet.
Para realizar los movimientos anteriormente mencionados se realizó lo siguiente.
Como ya se había dicho anteriormente cuando el brazo se mueve sobre el eje X, el contador se pone en acción, y los valores que cuenta se van guardando en una marca de tipo palabra.
Estos valores son comparados con los números enteros 2, 4, 6 y 8, al coincidir se ponen en 1 las marcas “paro_tanque_b#”, de lo contrario permanecen en cero.
Ahora en las transiciones de la secuencia automática lo que se hace es una operación lógica (& and) con las marcas “paro_tanque_b#” y “M70.#” al arrojar un valor positivo esta comparación la acción es dar un salto entre la secuencia, de este manera el brazo se moverá hasta determinado punto y ejecutará la tarea que corresponda.
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Figura 3.25 Selección de tanques (saltos).
Después de haber realizado el salto correspondiente sobre la secuencia, el brazo de detiene sobre el tanque y ejecuta una secuencia repetitiva, que consiste en dejar la pieza en el tanque y después de cierto tiempo recogerla.
Figura 3.26 Secuencia repetitiva.
Cabe aclarar que en el código se realizaron dos secuencias repetitivas, ya que el tiempo que debe durar en los tanques de lavado debe de ser mayor que el de los tanques que contienen los químicos.
Después de haber realizado las secuencias de los tanques sigue la secuencia de secado.
Figura 3.27 DB secuencia de secado
Figura 3.28 Inicio de la secuencia de secado.
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Después de haber dejado la pieza en el tanque se enciende el ventilador para realizar el secado.
Figura 3.29 Encendido del ventilador.
Por último se enciende una marca que indica que el proceso de esta secuencia ha terminado, y así poder continuar con la secuencia automática, en donde se procede a dejar la pieza en la banda para que continúe con el proceso.
Figura 3.30 Secuencia de secado terminada.
3.4 ENLACE PLC – PC
Para realizar el enlace con el computador se hace necesario utilizar un estándar de comunicación en el campo de control y supervisión de procesos.
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Es por eso que se decidió utilizar el estándar OPC, el cual permite enlazar en forma adecuada y confiable el hardware del PLC con cualquier programa de de supervisión y control.
De igual manera se debe de escoger un programa con el cual se pueda interactuar con el PLC, es por eso que se escogió LabVIEW, ya que su programación por bloques hace que sea muy útil a la hora de implementar metodologías de control; además cuenta con indicadores gráficos que facilitan la elaboración de interfaces graficas.
Ahora bien el software utilizado como OPC fue Top Server OPC (Macrovision Corporation, Software libre), a continuación se hará una explicación de cómo se implementan las entradas y salidas del PLC por medio de este software para ser utilizadas en plataformas como LabVIEW, etc.
El programa Top Server OPC es un software libre que puede ser descargado con gran facilidad desde la internet, después de estar instalado el programa en la computadora siga las siguientes instrucciones:
1. Haga click en INICIO + TODOS LOS PROGRAMAS + SOFTWARE TOOLBOX+ TOP SERVER, se abrirá la siguiente ventana:
Figura 3.31 Top Server OPC
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2. En la barra de herramientas seleccione “nuevo”
Figura 3.32 Barra de herramientas
3. Haga click en “click to add channel”, aparecerá la siguiente ventana. Figura 3.33 Nuevo canal
Digite un nombre para el canal que va ha utilizar y presione siguiente.
4. Figura 3.34 Selección del PLC
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Seleccione el PLC que se utilizara como dispositivo de adquisición de datos.
Figura 3.35 Interfaz de comunicación
Para esta aplicación se selecciona el dispositivo “Siemens TCP/IP Ethernet”, luego presione siguiente.
5. A continuación seleccione la interfaz de red.
Figura 3.36 Dirección IP del PC
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Seleccione como “Network Adapter” la opción “NIC Fast Ethernet…[DIRECCION IP]”, seguidamente presione siguiente.
6. En la siguiente ventana aparecerá la opción de seleccionar el método de optimización. Figura 3.37 Método de optimización
Seleccione la primera opción “Write all values for all tags”, esto para que es sistema escriba todos los valores adquiridos en todas las entradas y salidas configuradas. Luego haga click en siguiente.
7. Por ultimo haga click en “Finalizar”.
8. Aparecerá la ventana principal con la siguiente opción:
Figura 3.38 Canal creado
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9. Haga click en “Click to add a device”, aparecerá la siguiente ventana.
Figura 3.39 Nuevo dispositivo
Digite un nombre para el dispositivo que utilizara, presione siguiente.
10. Seleccione la referencia del PLC que esta utilizando. Figura 3.40 Referencia del PLC
Para esta aplicación se esta utilizando un PLC Siemens S7 – 300, haga click en siguiente.
11. En esta ventana especifique la dirección IP que el PLC debe tener configurada, luego presione o haga click en siguiente.
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Figura 3.41 Dirección IP del PLC
12. Aparece la siguiente ventana en donde aparecen opciones de los tiempos de conexión, etc., estos valores por defecto funcionan correctamente por tal razón no se debe realizar ningún cambio en la estructura de esta ventana.
Figura 3.42 Tiempos de conexión
13. Presione “Siguiente” tres veces mas, debe aparecer la pantalla con encabezado “New Device – S7 comm. Parameters” , donde se seleccionara como tipo de Link la opción “PG”.
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Figura 3.43 Selección del tipo de link.
14. En las dos ventanas siguientes aparecen valores por defecto para el dispositivo, es decir que es conveniente no alterar ninguno de estos campos ya que funcionan de una manera correcta. Entonces, se debe hacer click dos veces en “siguiente” y por último en “Finalizar”. Figura 3.44 Resumen de la configuración
15. Aparece la opción en donde se pueden crear los “Tags”. Los “Tags” son símbolos que representan cada una de las entradas y salidas que sean configuradas por el usuario, estas pueden ser análogas o digitales.
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Figura 3.45 Creación de Tags.
16. Para crea un nuevo Tag es necesario hacer click “Click to add a static tag….”, luego debe aparecer la ventana de las propiedades de los Tags.
Figura 3.46 Propiedades de los Tags
Como por ejemplo se tomara una salida digital, para este caso será el LED ubicado en panel frontal del modulo el cual se llama “Funcionando”, este LED esta conectado a la salida del PLC A2.2, entonces se crea el tag de la siguiente manera, se le da el nombre, la dirección en la que se encuentra conectado, la
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descripción de la función que tiene (opcional) y luego se deben seguir las siguientes indicaciones:
Figura 3.47 Configuración del Tag
Haga click en el icono del visto bueno color verde, por defecto reconocerá la dirección del PLC haciendo que esta cambie a letra mayúscula y también tomara el tipo de dato que maneja en este caso la salida (Boolean), en “Client access” se especifica si es entrada o salida, cuando se trata de un entrada se debe colocar “Read Only”, y cuando es un salida se debe colocar como “Read/Write” ; seguidamente se debe dar click en “Aplicar” y luego en “Aceptar”.
17. Aparecerá en la ventana principal el nuevo Tag que ha sido creado.
Figura 3.48 Tag creado
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18. Luego de haber creado todas y cada una de las entradas y salidas necesarias, haga click en File + Save as… Figura 3.49 Guardar archivo
Nombre el archivo y haga click en “Guardar”. De manera que ya puede trabajar con las entradas y salidas que maneja el PLC.
A continuación se explicara como utilizar los Tags para un programa implementado en LabVIEW, siga las siguientes indicaciones.
19. Haga click en INICIO + TODOS LOS PROGRAMAS + National Instruments LabVIEW 7.0 Figura 3.50. LabVIEW 7.0
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20. Aparecerá la ventana Figura 3.51. Bienvenido a LabVIEW
Haga click en “Continue”.
21. Aparece una nueva ventana, haga click en la flecha que se encuentra al lado de “New…” y luego click en “Blank VI”
Figura 3.52 Nuevo blank vi
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22. Aparecen dos nuevas ventanas, en el teclado oprima Ctrl + T Figura 3.53 Ventanas de programación
23. En la pantalla gris haga click derecho e inserte un LED cuadrado en el programa
Figura 3.54 Insertar LED cuadrado
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24. Cuando este colocado el LED cuadrado acerque el cursor al LED hasta que el cursor se vuelva una flecha, haga click derecho sobre el LED, luego seleccione la opción “Data Operations” y por ultimo la opción “DataSocket Connection…”.
Figura 3.55 Integración OPC - LabVIEW
25. Aparecerá la siguiente ventana. Figura 3.56 Conectar con el Tag
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Para el ejemplo de la salida “Led_Funcionando” creada en el programa Top Server OPC entonces se continua de la siguiente manera.
26. Haga click en “Browse…”, seleccione “Browse Measurement Data…”
Figura 3.57 Búsqueda del Tag
27. En la siguiente ventana haga doble click en “SWToolbox.TOPServer “, luego haga doble click en la carpeta que tiene el nombre del channel creado en el Top Server OPC, para este caso se llama “Proyecto”, seguidamente haga doble click en la carpeta que tiene el nombre del dispositivo creado con anterioridad, en esta oportunidad se llama “Modulo”, por ultimo seleccione el Tag (la salida creada anteriormente) que va ha utilizar para el LED cuadrado llamado “Led_funcionando” y finalmente haga click en “OK”. Figura 3.58 Selección del tag a implementar
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28. Aparece la ventana DataSocket Connection, pero ahora con la dirección donde se encuentra ubicada la salida que se creo en el Top Server OPC, como se muestra a continuación. Figura 3.59 Tipo de conexión
Como se trata de una salida, en la casilla de “Connection Type” seleccione la opción “Publish”; cuando se trata de una entrada se coloca “Subscribe”, para finalizar haga click en “Attach” para así de este modo asignar el Tag al LED cuadrado.
Cada vez que se active ese LED cuadrado el computador enviara una señal al PLC para que este active la salida que ha sido configurada.
Figura 3.60 Tag implementado como salida
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3.5 PLANOS DE INSTRUMENTACIÓN
En el trabajo realizado se hicieron los planos de instrumentación de la sección de nivel y temperatura, los cuales describen los lazos de control y la conexión de los elementos utilizados.
Para realiza este trabajo se tubo en cuenta la norma ISA 5.1, la cual se encuentra en el anexo C.
3.5.1 Planos de instrumentación sección térmico
En el siguiente plano se muestra el proceso que se sigue en la sección térmica, que básicamente consiste en señales de control enviadas desde el PLC las cuales mantienen la temperatura en un punto determinado, esto se activando la resistencia o la unidad de refrigeración a través de electro-válvulas, en esta sección también se controla el nivel del tanque, manteniéndolo siempre en un punto.
Figura 3.61 Plano de instrumentación sección térmica
78
3.5.2 Planos instrumentación sección nivel
En la siguiente grafica se presentará el funcionamiento del control de nivel que se ejecutará en los tanques B2, B4 y B6 en donde el elemento que envía las señales de control es el PLC, el cual activa los actuadores que en este caso serán las electro-válvulas y la bomba.
Figura 3.62 Plano instrumentación sección de nivel
LRC140
LT
UC
600
79
LT
LRC110
LT
LRC120
LT
LRC130
PT PT
PRI106
PRI105
HV111
HV121
HV131
EV103
EV103
EV103
EHV103
HV103
HV104
HV142
EZ103
HV141
3.6 INTERFAZ HUMANO MAQUINA 3.6.1 Criterios de selección Antes de empezar a realizar la implementación de la interface humano-maquina (HMI), hay que tener en cuenta varios criterios entre los que se destacan el criterio de usabilidad y los planos de instrumentación realizados. En cuanto al criterio de usabilidad se tuvo en cuenta que la interface no debería estar saturada de información, ya que esto hace que el operario demore en el proceso de dar insumos en el sistema y en el caso de la industria esto seria grave pues implicaría costos en la producción. También es importante tener en cuenta la parte de instrumentación, pues aquí se encuentra la mayoría de instrumentos normalizados.
• Reemplazo de símbolos En este caso se hizo una homologación de los símbolos utilizados en el plano de instrumentación, pues la idea es que cualquier estudiante pueda hacer uso de la interfaz y comprenda el funcionamiento del modulo. Se hicieron las siguientes homologaciones: Tabla 3.6 Equivalencias
Símbolo normalizado Símbolo homologado
Bomba
Electro-válvula
80
Radiador
Resistencia
Tanque
Válvula proporcional
Tubería
81
3.6.2 Presentación de la interfaz Al tener en cuenta los criterios anteriormente nombrados se procedió a crear una serie de menús a los cuales se accede por pestañas ubicadas en la parte superior de la interfaz, lo que proporciona una gran comodidad y no se tiene una saturación de elementos sobre la pantalla.
Figura 3.63 Pestañas
• Menús A continuación se presentan los menús realizados, teniendo en cuenta la homologación hecha de los instrumentos. Interfaz diseñada para la selección de pallets
Los pallets son dispositivos que se desplazan por la banda transportadora, son quienes transportan el material y las piezas producidas por el SIM, en total existen 16 pallets, cada uno de ellos esta marcado con un código binario de 16 bits, donde cada pallet esta representado por un número en código binario, como se muestra en la tabla 4.4
Los pallets en su parte inferior poseen platinas circulares metálicas dispuestas de manera tal que conforman el código binario de acuerdo al número que le corresponda, como se muestra en la siguiente figura 4.65.
Figura 3.64 Representación gráfica de un pallet.
82
Tabla 3.7 Código binario de los pallet
código binario No. Pallet
1 1 0 0 0 0 2 0 1 0 0 0 3 1 1 0 0 0 4 0 0 1 0 0 5 1 0 1 0 0 6 0 1 1 0 0 7 1 1 1 0 0 8 0 0 0 1 0 9 1 0 0 1 0
10 0 1 0 1 0 11 1 1 0 1 0 12 0 0 1 1 0 13 1 0 1 1 0 14 0 1 1 1 0 15 1 1 1 1 0 16 0 0 0 0 1
Si se comparan los valores de la tabla con las platinas resaltadas en el grafico del pallet es posible decir que se trata del pallet numero 14.
De acuerdo a este tipo de codificación se baso la clasificación de los pallets para este trabajo de tesis, inicialmente se realizo la clasificación de los pallets pares e impares; gracias a los sensores inductivos ubicados en la banda transportadora es posible identificar el numero de pallet que se encuentra leyendo, de manera que en el software implementado en LabVIEW se logro realizar la comparación de la lectura de los sensores con los valores de pallet par e impar, generando así la clasificación de los mismos.
Realizando un análisis más profundo se puede decir que cada sensor inductivo cuando esta activo envía una señal “1”, este valor se multiplico por los valores 2, 4, 8 y 16, y posteriormente se realizo la suma de las multiplicaciones de forma que se obtuvo el valor del pallet que se encuentra actualmente en la banda, luego este valor es comparado con todos y cada uno de los valores posibles de pallet con lo cual se puede decir si es un pallet par o impar.
En el caso de seleccionar un pallet en especifico se utilizo un control en el cual se puede ingresar el valor del pallet que se desea seleccionar, después de que se multiplican los
83
valores 2, 4, 8 y 16 por cada uno de los sensores que se encuentran activos y se realiza la suma de estos valores, el resultado obtenido se compara con el valor ingresado en el control, si en cualquier tipo de selección escogido el pallet identificado es el correcto se encenderá un indicador con el mensaje “PALLET CORRECTO”.
Figura 3.65 Ventana principal de la interfaz HMI
1. Pallet actual 2. Indicadores de la banda 3. Indicador del tope de la banda 4. Tipo de selector de pallet 5. Tiempos de espera 6. Pallet correcto
84
85
Figura 3.66 Diagrama de bloques del programa
86
Interfaz sección control de temperatura. El panel consta de una imagen que permite ver el estado actual de los instrumentos tales como: la bomba, electro-válvula, resistencia y ventilador, también se genera una pantalla que muestra las graficas de control y una sección donde se puede seleccionar el tiempo de muestreo, todas las características y de mas formas de operación se pueden revisar en el manual que se entrega con este documento.
Figura 3.67 Panel Frontal Sección Térmica
Interfaz sección control de nivel Este panel contiene información sobre el nivel de los tanques, al igual que la anterior interfaz se puede observar el estado de los componentes que conforman esta sección, de igual forma de le da la opción al usuario de escoger los tanques en los cuales se va a ejercer control y a los cuales el robot cartesiano se desplazará para dejar la pieza. En el panel también se muestra una grafica en la que se visualiza la acción del control.
Figura 3.68 Panel Frontal Sección de Nivel
Interfaz robot cartesiano La interfaz que se implementó para el robot cartesiano es muy sencilla, ya que solo se visualizan las posiciones en las cuales se encuentra ubicado el robot, también contiene botones para dar inicio al movimiento del brazo o para parar algún movimiento. El panel esta compuesto por:
1. Panel principal de operación 2. Robot en posición home
3. Robot en movimiento
A continuación se presenta el panel del robot.
87
Figura 3.69 Ventana robot cartesiano y Diagrama de bloques
88
4 CONCLUSIONES
Después de haber realizado el anterior trabajo se puede concluir lo siguiente:
• Debido al mal mantenimiento que se brindaba al modulo y sus componentes, este se encontraba en estado de abandono y deterioro por lo que se procedió a realizar un mantenimiento correctivo sobre el mismo.
• Las conexiones eléctricas que existían en el modulo estaban mal hechas y no coincidían con los planos electrónicos, por lo que se procedió a realizar una revisión de los planos existentes y efectuar algunos cambios para poner en funcionamiento el modulo.
• El realizar un cableado por colores, facilita realizar mantenimiento o reparaciones en un futuro.
• Los sensores existentes que sirven para ubicar la posición del robot, así como el tipo de accionamientos para los motores del robot no permiten realizar aplicaciones de control de velocidad en el movimiento del robot.
• La selección del lenguaje GRAFCET y la realización de diagramas del flujo de las secuencias del robot, hace que la programación sea muy fácil y se haga de forma estructural, como se muestra en sección de programación del modulo.
• El uso del estándar OPC facilita el manejo de los módulos de salidas y entradas del PLC en cualquier programa de supervisión y control tal y como se muestra en la sección 4.5.
• Al realizar el plano de instrumentación se logró visualizar los lazos de control existentes en el modulo y su correspondiente funcionamiento.
• Con la tabla de asignación hecha en la sección 4.7.1 se logra escoger una simbología que pueda ser comprendida por cualquier estudiante con conceptos básicos en automatización, por lo que el manejo y comprensión del funcionamiento de la interfaz será fácil y muy agradable de para usar.
• El desarrollo de una interfaz grafica permite tener un orden sobre las variables que se quieren controlar y supervisar en el modulo.
• El implementar una serie de menús en la interfaz, hace que la pantalla no sea saturada de información y que la persona que esta controlando el proceso centre su atención sobre el proceso escogido, evitando así que se produzcan posibles accidentes por distracción.
89
90
• El software de programación LabVIEW ofrece una gran variedad de herramientas tanto para realizar aplicaciones de programación como para el diseño de interfaces graficas.
• Con el protocolo de comunicación Ethernet y los programas adecuados instalados en cualquier PC, se puede realizar una supervisión del modulo en forma remota, conectando un computador a los puntos de red que se encuentran en los laboratorios de Ingeniería de Diseño y Automatización Electrónica.
91
5 SUGERENCIAS Y RECOMENDACIONES
Para futuros proyectos que se quieran realizar se recomienda lo siguiente:
• Cuando se requieran hacer conexiones eléctricas sobre el PLC se deben de mirar los planos electrónicos que se encuentran en el anexo D al igual que revisar el listado de entradas y salidas.
• Antes de realizar una nueva programación seguir los pasos de configuración descritos en este documento, o consultar los manuales existentes en el laboratorio de robótica.
• No mover los sensores magnéticos que se encuentran ubicados en el eslabón del eje Z, pues se puede perder la referencia de donde se debe dejar pieza y se pueden producir choques con los tanques del modulo o sobre la banda.
• Para poder realizar aplicaciones que tengan que ver con el control de velocidad del modulo, se recomienda hacer un cambio en los accionamientos de los motores y poner accionamientos de tipo análogo, tales como variadores de igual forma poner sensores de tipo infrarrojo para la detección de la posición del robot.
• Se sugiere hacer una actualización del software Step 7, puesto que en algunos casos se presentan problemas con las marcas de memoria y hace que las secuencias no se realicen en forma correcta.
• Se recomienda hacer un cambio al motor del eje Z puesto que el funcionamiento no es el óptimo.
• Se sugiere para futuros proyectos la utilización de la cámara de supervisión con la que cuenta el modulo, puesto que se podrían realizar diferentes tipos de aplicación para el posicionamiento del robot.
• Si se desea realizar un sistema SCADA se recomienda utilizar programas como LabVIEW e integrar con bases de datos tales como MYSQL
92
BIBLIOGRAFÍA
CREUS, Antonio Sole. Instrumentación Industrial. Alfaomega. Séptima Edición, México 2005. MANDACO PÉREZ Enrique, ACEVEDO MARCOS Jorge, LÓPEZ PÉREZ Alfonso Serafín; Controladores Lógicos Programables y Automatas Programables,. Alfaomega Marcombo Segunda edición julio 1999.
SENA VIRTUAL DISTRITO CAPITAL. Controladores Lógicos Programables
BERGER Hans. Automating With Simatic S7-300/400 Wiley-VCH Verlag, 2000
INSTITUTION OF ELECTRICAL ENGINEERS. Programming Industrial Control Systems Using. 1998
Compendio Tesis y Otros Trabajos de Grado. ICONTEC.ed actualizada 2008 2009 GONZALES Edwin, QUEBRADA Juan Carlos. Sistemas De Supervisión y Control, con Monitoreo vía Internet de las Estaciones Central, FMS y Control de Procesos para el Laboratorio de CAD CAM de la Universidad de la Salle, 2006. BERNAL Myriam, CRISTANCHO Juan Carlos. Revisión Tecnológica y Planeamiento de Trayectorias en el Robot Cartesiano de la Estación de Procesos Electroquímicos,2005.
ALDÁN GALVÁN Francisco Javier, Concepto De SCADA y HMI, Diciembre 2008 [C:\Documents and Settings\Administrador\Escritorio\opc\Recursos de Ingeniería ‐ Concepto de SCADA y HMI.mht]
93
ANEXOS
ANEXO A Sensores del brazo
94
ANEXO B. Motores
95
ANEXO C Resumen Norma ISA 5.1
VISIÓN GENERAL DEL SISTEMA DE IDENTIFICACIÓN
Generalidades Cada instrumento o función a ser identificado es designado por un código alfanumérico o un número de etiqueta, como se indica en la figura 1. En un lazo las partes se identifican con una etiqueta generalmente común a todos los instrumentos o funciones pertenecientes al lazo. Se puede agregar un sub fijo o un prefijo para complementar la identificación. La identificación típica se muestra en la figura 1
Los números de los instrumentos en los lazos pueden tener código de información relacionada, con la planta y el área designada para ellos. Es también posible establecer una serie de números específicos para designar funciones especiales por ejemplo la serie 900 al 999 se podría usar para lazos cuya función primaria esta relacionada con seguridad. Cada instrumento se pueden representar en los diagramas mediante un símbolo y este puede estar acompañado por un numero identificador (tag). IDENTIFICACIÓN FUNCIONAL
• La identificación funcional de un instrumento o su equivalente funcional consiste de letras tomadas de la tabla 1, que incluye una primera letra
96
(designando la medición o variable inicial) y una o más letras sucesivas (designan las funciones ejecutadas).
• La identificación funcional de un instrumento esta de acuerdo a la función y de no acuerdo a su construcción. Así un registrador diferencial de presión usado en la medición de flujo se identifica como FR. Un indicador de presión y un interruptor actuado por presión conectado a la salida de un transmisor neumático de nivel se identifica como LI y LS respectivamente.
• En un instrumento que este en lazos, la primera letra de la identificación
funcional se selecciona acorde con la medición o variable inicial y no de acuerdo a la variable manipulada. Así una válvula de control que varia el flujo de acuerdo a los niveles a controlar es LV y no FV.
• Las letras sucesivas de la identificación funcional, designan una o más
lecturas o funciones pasivas y/o funciones, de salidas.
• Se pueden modificar las letras si es necesario, agregando más letras en forma sucesiva. La modificación de letras parte de la primera y así sucesivamente según sea aplicable. Así TDAL tiene dos modificadores. La primera letra D cambia la variable medida. T entra una nueva variable “diferencial de temperatura”. La letra L fija la función. A representa una alarma.
• La secuencia de identificación de letras comienza con una primera letra de
acuerdo con tabla 1 La lectura o letras de funciones pasivas siguen un orden y las salidas lo mismo, en una secuencia excepto la letra C ( control) precedida de la letra V (válvula) por ejemplo PCV es válvula control automática Sin embargo las letras de modificación se usan colocadas inmediatamente a la letra que ellas modifican.
• Un dispositivo de funciones múltiples se puede simbolizar en un diagrama
por tantos círculos como variables medidas tenga, salidas y/o funciones. Así un controlador de temperatura con interruptor se identifica por dos círculos tangentes uno como TIC-3 y otro como TSH-3.El instrumento se podría indicar como TIC/TSH-3 para todos los casos de escritura y referencias Si se desea, se puede abreviar como TIC-3 puede ser identificación general o para la adquisición, mientras TSH-3 puede ser empleado para los diagramas eléctrico.
97
98
• Las letras funcionales agrupadas para un instrumento pueden minimizarse de acuerdo al sentido común del usuario. El número total de letras dentro de un grupo no debe exceder de 4. El numero mínimo dentro de un grupo se puede determinar por:
o Arreglo De letras funcionales dentro de sub grupos. o Se omite la I (indica) si un instrumento grafica e indica la misma
variable medida
• Todas las letras de identificación funcional van sobre el componente IDENTIFICACIONES DE LAZOS.
• La identificación en los lazos consiste de: una primera letra y luego un número. Cada instrumento dentro del lazo tiene asignado el número correspondiente al lazo, este es único, y en el caso de numeración paralela es la misma letra Un instrumento común a varios lazos llevaría la identificación del lazo predominante.
• La numeración de los lazos puede ser paralela o en serie. La numeración
paralela se inicia con una secuencia numérica, por cada nueva letra por ejemplo: TIC – 100, FRC –100, AI – 100 , etc; la numeración en serie se inicia con una secuencia simple de números para un proyecto o para grandes sectores de un proyecto manteniendo las primeras letras del lazo. Por ejemplo TIC –100, FRC – 101, LIC – 102, AI – 103 etc. La numeración de la secuencia de un lazo puede comenzar con 1 o cualquier otro número tal como 001, 301 o 1201. El número puede incorporar un código de información, se recomienda ser en esto, lo más simple posible 4.3.3 Si un lazo tiene varios instrumentos con la misma identificación de funcional, se puede agregar un sufijo al número del lazo por ejemplo: FV – 2, FV – 2B , FV – 2C o TE – 25 –1 , TE – 25 – 2 etc.
Sin embargo es más conveniente o lógico en determinadas situaciones designar a un par transmisor de flujo, por ejemplo como FT – 2 y FT – 3 en vez de FT-2 y FT-2B. El subfijo se aplica de acuerdo a la siguiente pauta:
• En componentes se empleara una letra por ejemplo A , B , C etc • Para un instrumento como un registrador multipunto de
temperatura que imprime números por punto de identificación, el elemento primario se numerará como TE-25-1, TE-25-2, TE-25-3 correspondiendo al numero de identificación del punto
99
• Un instrumento que realiza dos o más funciones puede designarse por todas sus funciones. Por ejemplo un registrador de flujo FR-2 con una plumilla de presión PR – 4 se puede designar como FR-2 / PR- 4 y un registrador con dos plumillas puede ser PR-7/8 y tener una ventana de alarma común para alta y baja temperatura y sería TAHL-21. Nótese que el / no es necesario cuando dispositivos separados y distintos no están presentes
100
101
ANEXO D Planos eléctricos
OM SW3020
3017CZD 12
CB6
3012
3013 3018
CZD 13
3019 CZD 11
3034 OM 14
CB7
3015
3016
(10)
(10)
(9)
(9)
(9)
(9)
(7)
(8)
(12)
(11)
24 VAC
(10)
(12)
(11)
30
01
12
8 4
11
7 3
10
6 25
9
1
13 14
30
09
30
03
(0) (1) (2)
(2)
(2)(1)
(3) (4)
(0)
(5) (6)
(6)
(5)
3006 3007 3008CB2 CB3 CB4
(5) (5) (5)
(6) (6)
C1
0-1
1
C1
0-1
2
C1
2-1
1
C1
2-1
2
C1
3-1
1
C1
3-1
2
CB5
C1
4-1
2
30
10
30
11
C1
4-1
1
(51) (61)
24
PL
C
CO
MU
N
PL
C
C11
I 2.0
PE
Pa
g.9
-D2
C14-8
(51) (61)
110 VAC
220 VAC H
G
F
E
D
C
B
A
8 7 6 5 4 3 2 1
H
G
F
E
D
C
B
A
8 7 6 5 4 3 2 1
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REPARACIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS UNIVERSIDAD DE LA SALLE
DESCRIPCIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS ARMARIO - ACOMETIDA
S1
FUENTE
PS 307
5ACPU 315-2DP
MODULO DE
16 ENTRADAS
DIGITALES
MODULO DE
32 ENTRADAS
DIGITALES
MODULO DE
32 SALIDAS
DIGITALES
MODULO DE
8 ENTRADAS
ANÁLOGAS
MODULO DE
2 SALIDAS
ANÁLOGAS
MODULO
ETHERNET
CP 343-1 IT
M M M
L+ L+L+ L+
L1
N
4020 20 10 20 30 40
1 11 21 311144
1146
(13)(13)
(14)
1
20
(14)
(16)
(17) (17) (17) (17) (17) (17) (17)
(16)
(16)
(16) (16)
(16)
(16)
1003
24 VCC
COMUN
H
G
F
E
D
C
B
A
8 7 6 5 4 3 2 1
H
G
F
E
D
C
B
A
8 7 6 5 4 3 2 1
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REPARACIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS UNIVERSIDAD DE LA SALLE
DESCRIPCIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS SUPERIOR - PLC
12
8 4
11
7 3
10
6 25
9
1
13 14
12
8 4
11
7 3
10
6 25
9
1
13 14
CXRCXL
M
(30)
(29)
1070
1071
3027
OM
3
3028
OM
3
(31
0)
(33
0)
(30)(29)(30) (29)
(31
0)
(31
0)
(9) (9)
(330)
(10)(10)(9) (9)
CXN 1
(10)CZU 12
CZU 11 (9)
(10)
(9)
CYF 11
CYF 12
(31
0)
(33
0)
Pág11.-F7Pág.11-F6 H
G
F
E
D
C
B
A
8 7 6 5 4 3 2 1
H
G
F
E
D
C
B
A
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DESCRIPCIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS ARMARIO – RELEVOS MOTOR X
12
8 4
11
7 3
10
6 25
9
1
13 14
12
8 4
11
7 3
10
6 25
9
1
13 14
CYBCYF
M
(40)
(39)
1068
1069
3029
OM
4
3030
OM
5
(41
0)
(42
0)
(40)(39)(40) (39)
(41
0)
(41
0)
(9) (9)
(420)
(10)(10)(9) (9)
CXR 13
(10)CXR 12
CXR 11 (9)
(10)
(9) CZU 13
(41
0)
(42
0)
Pág.11-F5Pág.11-F4 H
G
F
E
D
C
B
A
8 7 6 5 4 3 2 1
H
G
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E
D
C
B
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REPARACIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS UNIVERSIDAD DE LA SALLE
DESCRIPCIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS ARMARIO – RELEVOS MOTOR Y
12
8 4
11
7 3
10
6 25
9
1
13 14
12
8 4
11
7 3
10
6 25
9
1
13 14
CZUCZD
M
(50)
(49)
1066
1049
3031
OM
6
3032
OM
7
(48
0)
(520)
(50)(49)(50) (49)
(48
0)
(48
0)
(9) (9)
(520)
(10)(10)(9) (9)
3018
(COMUN)
(10)3017
3019 (9)
(10)
(9)
CXL 11
CXL 12
(48
0)
(52
0)
Pág.11-F3Pág.11-F2
H
G
F
E
D
C
B
A
8 7 6 5 4 3 2 1
H
G
F
E
D
C
B
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REPARACIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS UNIVERSIDAD DE LA SALLE
DESCRIPCIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS ARMARIO – RELEVOS MOTOR Z
12
8 4
11
7 3
10
6 25
9
1
13 14
C12-13
C 10Pág.1 F5
CB2
(5)
(61)
3022
O 3
.0
(59)
(17)
(17)
COMUN
PLC
3021
(61)(5)
H
G
F
E
D
C
B
A
8 7 6 5 4 3 2 1
H
G
F
E
D
C
B
A
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REPARACIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS UNIVERSIDAD DE LA SALLE
DESCRIPCIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS ARMARIO – RELEVO VENTILADOR 2
12
8 4
11
7 3
10
6 25
9
1
13 14
C12-13
C 12
Pág.1 F4
CB3
(5)
(61)
3023O
3.1
(67)
(17)
(17)
MASA
PLC
(61)(5)
H
G
F
E
D
C
B
A
8 7 6 5 4 3 2 1
H
G
F
E
D
C
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REPARACIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS UNIVERSIDAD DE LA SALLE
DESCRIPCIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS ARMARIO – VENTILADOR 1
12
8 4
11
7 3
10
6 25
9
1
13 14
C14-13
C 13Pág.1 F3
CB4
(5)
(61)
3024
O 3
.2
(71)
(17)
(61)(5)
C12-13
B2
H
G
F
E
D
C
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8 7 6 5 4 3 2 1
H
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C
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FECHA
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REPARACIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS UNIVERSIDAD DE LA SALLE
DESCRIPCIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS SUPERIOR – RELEVO BOMBA 2
12
8 4
11
7 3
10
6 25
9
1
13 14
C13-13
C1
1-7
C1
1-1
1
C 14
Pág.1 F1
CB5
(51)
(61)
3025
O 3
.3
(75)
(17)
B1
H
G
F
E
D
C
B
A
8 7 6 5 4 3 2 1
H
G
F
E
D
C
B
A
8 7 6 5 4 3 2 1
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REPARACIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS UNIVERSIDAD DE LA SALLE
DESCRIPCIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS ARMARIO – RELEVO BOMBA 1
4
3
5 1
CXN
2
H
G
F
E
D
C
B
A
8 7 6 5 4 3 2 1
H
G
F
E
D
C
B
A
8 7 6 5 4 3 2 1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
CXL - 13
(9)(92)
(10
1)
(92)
I 2
.3
Pág.1-E2
(10)
(33
0)
(31
0)
(41
0)
(42
0)
(48
0)
(52
0)
(77
)
(9)
Pá
g.1
-C2
CZ
U1
CZ
D1
CY
B2
CY
F2
CX
L2
CX
R2
(16)
24 VCC
Pá
g.1
2-D
6
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REPARACIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS UNIVERSIDAD DE LA SALLE
DESCRIPCIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS ARMARIO – MODO MANUAL
S2
21
24
A2 A1
C15
21
24
A2 A1
C16
21
24
A2 A1
C17
21
24
A2 A1
C18
21
24
A2 A1
C19
21
24
A2 A1
C20
1072 1073 1074 1075 1076 1077
O 0
.0
O 0
.1
Pág.3-H6 Pág.3-H3
(310) (330) (420) (410) (480) (520)
Pág.4-H6Pág.4-H3
O 0
.3
O 0
.2
Pág.5-H6
O 0
.4
Pág.5-H3
O 0
.5
3020
(10) (10) (10) (10) (10) (10)
C21-A2(17) (17) (17) (17) (17) (17)
C21-21
H
G
F
E
D
C
B
A
8 7 6 5 4 3 2 1
H
G
F
E
D
C
B
A
8 7 6 5 4 3 2 1
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REPARACIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS UNIVERSIDAD DE LA SALLE
DESCRIPCIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS SUPERIOR – RELEVOS 1
21
24
A2 A1
C23
4
3
5 1
CYN
2
21
24
A2 A1
C21
21
24
A2 A1
C22
O 0
.6
O 2
.1
3033
(77)
O 2
.2
C20-21
(10)
CXN 1
CYB 12
CY
B 1
1
OM
8
110 VAC
110 VAC
H
G
F
E
D
C
B
A
8 7 6 5 4 3 2 1
H
G
F
E
D
C
B
A
8 7 6 5 4 3 2 1
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REPARACIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS UNIVERSIDAD DE LA SALLE
DESCRIPCIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS SUPERIOR – RELEVOS 1 CONTINUA
L1
1111
1110
L2 L3
H
G
F
E
D
C
B
A
8 7 6 5 4 3 2 1
H
G
F
E
D
C
B
A
8 7 6 5 4 3 2 1
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REPARACIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS UNIVERSIDAD DE LA SALLE
DESCRIPCIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS SUPERIOR – MOD. ENTRADAS 0
MODULO ENTRADAS 0
2
I 0.0
3
I 0.1
4
I 0.2
5
I 0.3
6
I 0.4
7
I 0.5
8
I 0.6
9
I0.7
30
24
30
25
30
26
30
29
30
27
30
28
(98
)
(99
)
(10
0)
(10
1)
(10
2)
(10
3)
A1 A2 A3 A4 A5 A6
24 VCC (16)
30
24
H
G
F
E
D
C
B
A
8 7 6 5 4 3 2 1
H
G
F
E
D
C
B
A
8 7 6 5 4 3 2 1
MODULO ENTRADAS 1
12
I 1.0
13
I 1.1
14
I 1.2
15
I 1.3
16
I 1.4
17
I 1.5
18
I 1.6
19
I 1.7
30
31
30
33
30
35
30
37
30
39
(94
)
(95
)
(96)
(97)
(93
)
(16)24 VCC
30
30
30
32
30
34
30
36
30
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REPARACIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS UNIVERSIDAD DE LA SALLE
DESCRIPCIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS SUPERIOR – MOD. ENTRADAS 1
A7 A8 A9 A10 A11
A12
H
G
F
E
D
C
B
A
8 7 6 5 4 3 2 1
H
G
F
E
D
C
B
A
8 7 6 5 4 3 2 1
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REPARACIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS UNIVERSIDAD DE LA SALLE
DESCRIPCIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS SUPERIOR – MOD. ENTRADAS 4 Y 5
A13 A14 A15 A16 A17 A18 A19 A20 A21 A22
MODULO ENTRADAS 4 - 5
40
I 4.0
41
I 4.1
42
I 4.2
43
I 4.3
44
I 4.4
45
I 4.5
46
I 4.6
47
I 4.7
48
I 5.0
49
I 5.1
50
I 5.2
24 VCC
30
02
30
04
30
06
30
08
30
10
30
12
30
14
30
16
30
18
30
20
30
22
30
03
30
05
30
07
30
13
30
09
30
11
30
15
30
17
30
19
30
21
30
22
(81
)
(79
)
(78)
(80)
(85
)
(84
)
(82
)
(83
)
(86)
(87)
(88)
(16)
H
G
F
E
D
C
B
A
8 7 6 5 4 3 2 1
H
G
F
E
D
C
B
A
8 7 6 5 4 3 2 1
MODULO SALIDAS 0
O 0.0
2
O 0.1
3
O 0.2
4
O 0.3
5
O 0.4
6
O 0.5
7
O 0.6
8
O 0.7
9
10
72
10
73
10
74
10
75
10
76
(31
0)
(33
0)
(42
0)
(41
0)
(48
0)
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DESCRIPCIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS SUPERIOR – MOD. SALIDAS 0
10
77
10
78
C1
5-A
1
C1
6-A
1
C1
7-A
1
C1
8-A
1
C2
0-A
1
Pá
g.1
2 B
5
C1
9-A
1
(52
0)
(77
)
H
G
F
E
D
C
B
A
8 7 6 5 4 3 2 1
H
G
F
E
D
C
B
A
8 7 6 5 4 3 2 1
MODULO SALIDAS 1
O 1.0
12
O 1.1
13
O 1.2
14
O 1.3
15
O 1.4
16
O 1.5
17
O 1.6
18
O 1.7
19
10
98
11
00
11
02
11
04
11
06
(31
0)
(33
0)
(42
0)
(41
0)
(48
0)
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DESCRIPCIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS SUPERIOR – MOD. SALIDAS 1
11
08
(52
0)
COMUN
10
99
11
01
11
03
11
05
11
07
11
09
E2 E3 E4 E5 E6 E7
H
G
F
E
D
C
B
A
8 7 6 5 4 3 2 1
H
G
F
E
D
C
B
A
8 7 6 5 4 3 2 1
MODULO SALIDAS 2
O 2.0
22
O 2.1
23
O 2.2
24
O 2.3
25
O 2.4
26
O 2.5
27
O 2.6
28
O 2.7
29
11
10
(11
1)
(11
2)
(11
3)
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DESCRIPCIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS SUPERIOR – MOD. SALIDAS 2
C2
2 A
1
C2
3 A
1
COMUN
E7
H
G
F
E
D
C
B
A
8 7 6 5 4 3 2 1
H
G
F
E
D
C
B
A
8 7 6 5 4 3 2 1
MODULO SALIDAS 3
O 3.0
32
O 3.1
33
O 3.2
34
O 3.3
35
O 3.4
36
O 3.5
37
O 3.6
38
O 3.7
39
(31
0)
(33
0)
(42
0)
(41
0)
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REPARACIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS UNIVERSIDAD DE LA SALLE
DESCRIPCIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS SUPERIOR – MOD. SALIDAS 3
Pá
g.6
B4
Pá
g.7
B4
Pá
g.8
B4
Pá
g.9
B4
H
G
F
E
D
C
B
A
8 7 6 5 4 3 2 1
H
G
F
E
D
C
B
A
8 7 6 5 4 3 2 1
FECHA
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DESCRIPCIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS SUPERIOR – MOD. ENT. ANÁLOGAS
MODULO DE ENTRADAS ANÁLOGAS
2 3 4 5 6 7 8 9
Ch0 Ch1 Ch2 Ch3
+tº
H
G
F
E
D
C
B
A
8 7 6 5 4 3 2 1
H
G
F
E
D
C
B
A
8 7 6 5 4 3 2 1
MODULO DE SALIDAS ANALOGAS
3 5 7 9
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REPARACIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS UNIVERSIDAD DE LA SALLE
DESCRIPCIÓN MODULO CONTROL DE PROCESOS SUPERIOR – MOD. SAL. ANÁLOGAS
Ch 0 Ch 1
B3
Pag.1 B3 Pag.1 B3
24
VAC
TARJETA
ACOPLE DE
SEÑAL
(710)(720)
