Controladores Programables: Aplicaciones Básicas - Principal

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
DEPARTAMENTO DE CIRCUITOS Y MEDIDAS
AREA DE INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL
LABORATORIO DE CONTROL
Controladores Programables:
Aplicaciones Básicas
Práctica No. 5
Uso de Temporizadores
Semestre B-01
Jesús A. Calderón-Vielma / William Gomez
1. OBJETIVOS
Los objetivos fundamentales del presente trabajo práctico comprenden:
a.
b.
c.
d.
Comprender el uso de las instrucciones de temporización
Describir el funcionamiento de los temporizadores en un PLC
Utilizar funciones de temporización
Diseñar programas en diagrama en escalera y STEP 5 para implementar
aplicaciones en el PLC Simatic S5 – 101 U.
2. INFORMACIÓN TEÓRICA
Los temporizadores de software proporcionan las mismas funciones que los contadores de
hardware en aplicaciones de control de procesos. Una aplicación típica para un temporizador
es el retardo en una operación por un intervalo determinado.
Se hará un análisis de los temporizadores del PLC y sus principales características como son:
impulso, impulso prolongado, retraso en la conexión, retraso en la desconexión y retraso en la
conexión memorizada. Para cada una de estas funciones se deberá analizar como realizar el
listado de instrucciones para introducirlo al PLC y lograr su posterior comprobación práctica.
Para un mejor entendimiento de cada función del temporizador, se hará uso de los
diagramas temporizamos, donde se observará claramente el estado de la salida para distintos
valores de la entrada.
Entre los principales objetivos que se desean lograr en este ú1timo punto tenemos: analizar
las diferentes funciones de los temporizadores del PLC, observar el funcionamiento de la
supervisión del desarrollo de los contadores, así como la implementación de tiempo de espera
y de construcción de impulsos.
Antes de comenzar con el estudio en si de las funciones del PLC, se hará una explicación
previa de la manera de como inicializar un temporizador.
El tiempo preestablecido 't' es cargado de la siguiente manera:
L
KT
k.?
Donde:
k representa la cantidad de tiempo que se desea simular.
? representa la base de tiempo, la cual queda especificada de la siguiente forma:
0 = 0,01 s
1 = 0,1 s
2=1s
3 = 10 s
En el programa que vamos a realizar utilizaremos 5 temporizadores diferentes con fin de
estudiar las 5 funciones del temporizador en un solo listado de instrucciones.
A continuación analizaremos cada función del temporizador, incluyendo su respectiva
listado de instrucciones dentro del listado general.
2
2.1 FUNCION DE TEMPORIZADOR "IMPULSO"
Esta función se explica de la siguiente forma:
- Cuando la entrada del temporizador es un "1", el temporizador comienza a funcionar, es
decir, la salida irá de "0" a "1" por un tiempo preestablecido t, siempre y cuando la entrada
permanezca en "1" por un tiempo mayor al tiempo preestablecido t.
- En el caso de que la entrada sea "O", en un tiempo menor que el tiempo preestablecido t, el
temporizador irá a "0" instantáneamente.
- En el caso de que se active el RESET durante el tiempo preestablecido t, la Salida del
temporizador se reseteará, aun cuando la entrada permanezca en "1".
El listado de instrucciones que se muestra a continuación consta de tres partes: arranque del
temporizador, puesta a cero y la consulta binaria. La función impulso puede ser realizada por
todos los temporizadores del PLC a través de la instrucción SI T n, que indica que esta
función será realizada por el temporizador n (n = 0,1, ...,15).
Listado de Instrucciones :
U
L
SI
0.1 
E

KT 10.2
1 
T
U E 0.0

R T 1
U
=
T
A
1

01
.
INICIALIZACION DEL TEMPORIZADOR.
PUESTA A CERO.
CONSULTA BINARIA.
Seguidamente se procede a observar el funcionamiento de este programa a través de la
función STATUS.
A continuación se muestra el diagrama de temporización de la función "IMPULSO" del
temporizador:
2.2 FUNCION DE TEMPORIZADOR "IMPULSO PROLONGADO":
Al igual que la función "IMPULSO", el temporizador comienza a funcionar cuando la
entrada pasa de "0" a "1", es decir la salida cambia de "0" a "1" y se mantendrá en "1" por un
tiempo preestablecido t. Pero aunque la entrada del temporizador cambie de "1" a "0" en un
tiempo menor que t, la salida permanecerá en "1" hasta que se cumpla el tiempo
preestablecido, esta característica es la que lo diferencia de la función "IMPULSO".
Cuando el RESET es activado durante el tiempo preestablecido, la salida será llevada a "0"
inmediatamente sin importar el estado de la entrada del temporizador.
El listado de instrucciones donde se visualizará el comportamiento de esta función consta
tres partes: inicialización del temporizador, puesta a cero y la consulta binaria.
3
El temporizador es colocado como función de "IMPULSO PROLONGADO" a través de
instrucción:
SV
T
n
donde n es el número del temporizador (n = 0,l,.....,15)
Listado de Instrucciones :
E
0.2 

KT 10.2
T
2 
U E 0.0

R T
2
U
L
SV
INICIALIZACION DEL TEMPORIZADOR.
PUESTA A CERO.
U T
2
CONSULTA BINARIA.

= A 0.2
Seguidamente se debe probar esta parte del programa general simulando los tres casos
posibles. A continuación se muestra el diagrama temporizado de la función "IMPULSO
PROLONGADO''.
U
ZV
E
Z
11
. 

1 
CUENTA HACIA ADELANTE.
U
ZR
E
Z
1.0 

1 
CUENTA HACIA ATRAS.
U
L
S
E
KZ
Z
0.0 

0 
1 
INICIALIZACION DEL CONTADOR 1.
U
L
S
E
KZ
Z
01
. 

10 
2 
INICIALIZACION DEL CONTADOR 2.
>
=
<
=
L Z 1

L Z 2
=
F?
?
A
0.0
F
A
0.1
CARGAR VALORES DE LOS CONTADORES.
CIERTO “1”
NO CIERTO “0”
NO HAY PUESTO
HAY PUESTO
Al correr el programa anterior se debe observar que al entrar el décimo automóvil se
enciende la luz de "NO HAY PUESTO" y simultáneamente se apaga la luz de "HAY
PUESTO". Al salir un automóvil del estacionamiento debe cambiar automáticamente el
4
estado de los indicadores, ya que ahora se encuentran 9 automóviles dentro del mismo y 1
puesto desocupado.
El número de automóviles que se encuentra en un determinado momento dentro del
estacionamiento se podrá observar mediante la función STATUS.
Al finalizar el presente ejemplo, se debe entender de una manera mejor, la aplicación de
diferentes funciones como: carga de acumuladores, comparación, inicialización, puesta a cero,
cuenta hacia adelante y cuenta hacia atrás. Además se deberá entender la importancia de los
contadores en la solución de problemas prácticos que se presentan a diario y que pueden ser
resueltos con la simple aplicación del PLC y sus diversas funciones. El esquema de conexión
de este programa se observa en la figura 1.
FIGURA 1: Esquema de conexión en mímico del laboratorio
Un problema que presenta este programa es el uso innecesario de dos contadores, esto
puede ser solventado por uno de dos métodos:
a) Comparando con una constante numérica en lugar de hacerlo con el contador 2.
b) Usando una consulta binaria en lugar de la comparación numérica.
SOLUCION a):
U
E
ZV
Z
11
. 

1 
CUENTA HACIA ADELANTE.
5
U
ZR
E
Z
1.0 

1 
CUENTA HACIA ATRAS.
U
L
S
E
KZ
Z
0.0 

0 
1 
INICIALIZACION DEL CONTADOR 1.
L
Z
1
L
>
KF 10
CARGAR VALOR DE LA CONSTANTE NUMERICA.
=
F ? ? CIERTO “1”
?
NO CIERTO “0”
A 0.0
NO HAY PUESTO
F
A 0.1
HAY PUESTO
=
<
=
CARGAR VALOR DEL CONTADOR.
SOLUCION b):
U
ZV
E
Z
10
. 

1 
U
E
ZR
Z
U
L
S
E
KZ
Z
11
. 

1 
0.0 

10 
1 
CUENTA HACIA ADELANTE.
CUENTA HACIA ATRAS.
INICIALIZACION DEL CONTADOR 1.
1
CONSULTA BINARIA.

= M 0.0
U M 0.0
=
A 0.1
HAY PUESTO.
UN M 0.0
= A
0.0
NO HAY PUESTO.
Nota: Compare las soluciones propuestas e indique: ¿Cuál a su criterio es mejor? y ¿Porqué?
U
Z
6
2. PRE-LABORATORIO
EJERCICIO
Diseñe el diagrama en escalera y escriba el programa en lenguaje STEP-5 que permita
simular una lavadora automática que presenta tres ciclos diferentes de lavado como se
muestra en la figura 2.
FIGURA 2: Esquema controles de una lavadora
Los tiempos de remojo permitidos en cada ciclo de lavado son los siguientes:
Ciclo Regular: 12 y 16 s
Ciclo Perm Press: 5, 12 y 20 s
Ciclo Delicate: Sin remojo
El programa debe permitir la secuencia de pasos de lavado:
1
Seleccionar la temperatura de lavado. Tres posibles temperaturas: Caliente, Fría
y Tibia. Se sabe que se poseen dos entradas de agua, una para el agua fría y la
otra para el agua caliente (ambas entradas con un caudal de 4 L.s -1 ). Para el agua
tibia se agregan simultáneamente agua fría y agua caliente.
2
Seleccionar el nivel de agua: La capacidad total de agua de la lavadora es de 180
L de los cuales se llenaran:
Low : 1/3 del total de la capacidad de agua
Med : 1/2 del total de la capacidad de agua
High : 2/3 del total de la capacidad de agua
7
3 Seleccionar el Tipo del ciclo de lavado :
Delicate, Regular y Perm Press. Con su correspondiente tiempo de remojo (Perm
Press y Regular).
4 Poner en funcionamiento la lavadora: Comienza el ciclo de lavado.
Cada ciclo de lavado tiene la siguiente secuencia:
a) LLENAR: llenar el deposito de la lavadora, el tiempo de llenado depende del nivel y
temperatura seleccionados
b) REMOJO: el tiempo de remojo depende del ciclo seleccionado y al tiempo de remojo
seleccionado.
c) LAVAR: lavadora girando, tarda 10 s para todos los ciclos.
d) ENJUAGUE: vacía la lavadora mientras está girando (exprimir), el tiempo depende del
nivel de agua seleccionado, a razón de L.s-1
e) LLENAR: Llena nuevamente la lavadora. El tiempo depende del nivel y temperatura
seleccionados.
f) LAVAR: lavadora girando nuevamente durante 10 s. (todos los ciclos)
g) REPOSO: lavadora en reposo durante 5 s (todos los ciclos)
h) ENJUAGUE: vacía la lavadora mientras está girando (exprimir), el tiempo depende del
nivel de agua, a razón de 4 L.s-1
i) OFF: termina el ciclo de lavado.
2.2 Realice la simulación de los programas a ser introducidos en el PLC, usando El programa
S5 y el de SoftLOGIC.
2.3. Realice el programa en : diagrama en escalera (LAD) y listado de instrucciones (STL).
Todos de acuerdo a la norma IEC 61131-3.
2.4 Dibuje el diagrama de instrumentación del proceso de acuerdo a las normas ISA 5.1, tal
como lo haría una empresa de automatización.
2.5 Dibuje el diagrama de cableado de las entradas y salidas al PLC SIMATIC S5-101U en
cada proceso, de acuerdo a normas para planos de instrumentación.
3. LABORATORIO
1. Al llegar al laboratorio debe entregar en un disco flexible la simulación con extensión
.s5d (formato siemens S5D) y todo lo solicitado en el pre-laboratorio.
2. Debe programar el PLC simatic S5 para implementar la solución al ejercicio propuesto
de acuerdo a los programas en STL diseñados, para comprobar su funcionamiento.
3. Mostrar los resultados al profesor.
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4. POST-LABORATORIO
1. Realizar el informe correspondiente.
2. Agregar las modificaciones hechas a cada problema de acuerdo a su propia iniciativa.
5. BIBIBLIOGRAFÍA
1. Rojas Ruben. Introducción al uso de los Controladores Lógicos Programables (PLC).
Práctica # 5. Laboratorio de Sistemas de Control. Guía de Prácticas. ULA. 1998.
2. Berger Hans. La automatización con S5-115U. SIEMENS, S.A. Berlin. Munich.
República Federal de Alemania. 1987.
3. SIEMENS. SIMATIC S5. Programmable Controllers. S5-101U Self-Study Systems. 1989.
4. Hughes Thomas A. Programmable Controllers. Third Edition. ISA. USA. 2001.
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