Problemas de Automatización Industrial: Ejercicios PLC

Problemas de Automatización industrial.
2º Curso. Grado de Ingenierı́a electrónica industrial.
Departamento de Ing. Electrónica
Valencia, Curso 2022-2023
1
Diagramas de contactos
Implementa las siguientes funciones lógicas en diagrama de contactos.
ˆ F =a·b
ˆ F = a · (b + c) + a · b · c
ˆ F =c+b·a+b·c+a
ˆ F =c·a+a·b+b·c+a·b·c
2
Escalera mecánica
Se desea diseñar el automatismo de mando de una escalera mecánica de subida, la escalera
tiene un interruptor de marcha (M), un pulsador de parada de emergencia (P) y un sensor de
temperatura (T) que informa de un posible sobrecalentamiento del motor de simple giro (D) que
acciona el mecanismo de la escalera de subida. Si se activa el paro P o el sensor de temperatura
T la escalera debe detenerse (hasta que dejen de darse las condiciones de parada). Utiliza el
método directo de diseño de automatismos implementando todas sus etapas para obtener el
diagrama de contactos a implementar en el PLC.
3
Control de un limpiaparabrisas
Se necesita controlar el limpiaparabrisas de un coche de manera que se verifique que:
ˆ Si la llave está en posición de contacto (C) y el interruptor del limpiaparabrisas (I) está
activo, el motor del limpiaparabrisas (ML ) se pone en marcha, independientemente del
estado del sensor de posición de reposo del limpiaparabrisas (R).
ˆ Si se retira la llave del contacto C, el limpiaparabrisas se detiene de forma inmediata.
ˆ Si se desactiva el interruptor I, pero la llave permanece en el contacto C, el limpiaparabrisas
continua limpiando hasta que las escobillas llegan a la posición de reposo, activando el
sensor R.
Utiliza el método directo de diseño de automatismos implementando todas sus etapas para
obtener el diagrama de contactos a implementar en el PLC.
Automatización Industrial
1
Curso 2022-2023
4
Puerta de garaje
Se quiere diseñar el sistema de automatización de una puerta de un garaje comunitario. El
funcionamiento de sistema de automatización consiste en que cuando la puerta está cerrada y se
acciona el pulsador de apertura (P), la puerta comienza a abrirse (MA ) mediante un sistema de
cremallera y un motor de doble giro (MA → Apertura, MC → Cierre ) hasta que se activa un
final de carrera de apertura (FCA), momento en el cual la puerta deja de abrirse. Si la puerta
está abierta y se pulsa de nuevo el pulsador P, la puerta comienza a cerrarse (MC ) hasta que
se activa el final de carrera de cierre (FCC). Un sistema de protección impide que la puerta no
pueda abrirse sin que este totalmente cerrada y viceversa.
Utiliza el método directo de diseño de automatismos implementando todas sus etapas para
obtener el diagrama de contactos a implementar en el PLC.
5
Señal periódica con temporizadores
Genera una señal cuadrada de periodo 6 segundos en la salida S1 (%Q0.0) de un PLC de Siemens
empleando dos temporizadores de retardo a la conexión. Implementa el diagrama de contactos
para programar el PLC y realiza un cronograma con el estado del bit de cada temporizador y
la salida S1 del PLC.
6
Secado de pintura
Se quiere automatizar un proceso de secado de pintura de modo que al pulsar un pulsador (M)
se pone en marcha un primer ventilador (V1) durante 10 segundos. Transcurrido ese tiempo se
desconecta ese ventilador y se pone en marcha un segundo ventilador (V2) durante 20 segundos.
Finalmente, se para el segundo ventilador hasta que el sistema es reiniciado al pulsar el M.
Dibuja el diagrama de contactos para programar un PLC de la marca Siemens. (Nota: Puedes
utilizar ordenes de SET y RESET).
7
Control de piezas defectuosas
Se quiere diseñar un elemento de control de piezas defectuosas en un proceso productivo. Cuando
una pieza defectuosa llega un sensor de proximidad (SP) se activa. Cuando el sensor ha detectado
10 piezas una alarma (L) debe activarse y una salida digital del PLC (SC) debe activarse para que
la cinta transportadora se pare y no lleguen más piezas. Además existe un botón de rearme (R)
Automatización Industrial
2
Curso 2022-2023
que cuando se activa resetea el contador. Propón un diagrama de contactos para implementar
en el PLC de control.
8
Control de acceso a garaje
Se quiere diseñar el sistema de automatización que controle el acceso a un garaje. El garaje
dispone de una barrera de entrada (BE), un semáforo (R/V), un detector de llegada de coche
(CE) en la entrada y de una salida sin barrera en la que únicamente hay un sensor (CS) que
detecta la salida de coches. Suponer que inicialmente en el garaje no hay coches y un contador
es el responsable de llevar la cuenta de coches. Si llega un coche y no quedan plazas libres,
el semáforo de entrada se pone en rojo indicando que el parking está lleno y la barrera no se
abre. Si quedan plazas libres se abre la barrera y el semáforo se pone en verde. Implementa el
diagrama de contactos del PLC.
9
Máquina de café
Se desea diseñar el sistema de automatización de una máquina de café, el funcionamiento de la
misma se describe a continuación. El sensor de precio correcto (PC) se activa indicando que el
usuario ha pagado su café. En ese momento el motor de molienda de café (M1) se activa durante
10 segundos, a continuación se desactiva el molido y la electroválvula de agua caliente (M2) se
activa durante 10 segundos. Transcurrido ese tiempo una señal sonora (SS) se activa 3 segundos
para indicar que el café ya está hecho. Propón un diagrama de contactos para implementar en
el PLC de control.
10
Control de calidad de galletas
Se quiere diseñar el sistema de automatización de un control de calidad de galletas. Las galletas
llegan por una cinta transportadora, y existe un sensor que detecta una galleta (SG) y, en el
mismo puesto, otro sensor detecta también si la galleta que llega es o no defectuosa (GOK).
El sistema funciona de la siguiente manera, mientras el sensor ha detectado un número de
galletas defectuosas menor que 20 un indicador luminoso verde (LV) está encendido. Cuando
se detectan 20 galletas defectuosas, la luz verde se debe de apagar y se debe de encender un
indicador luminosos rojo (LR) durante 10 segundos, después el contador se debe resetear y el
sistema debe volver al funcionamiento normal (luz verde encendida y contando galletas).
Automatización Industrial
3
Curso 2022-2023
11
Taladro automático de columna
Se quiere diseñar el sistema de automatización de un taladro automático. El funcionamiento
de un ciclo de trabajo se describe a continuación. Inicialmente, el taladro se encuentra en la
posición superior y su posición es detectada por un sensor (PA). Al pulsar el pulsador de acción
(P) un motor de doble giro hace bajar el taladro (M1B) y la broca del taladro empieza a girar
por acción de otro motor de simple giro (M2). Cuando el taladro ha perforado la pieza, un final
de carrera (PB) es activado y el motor M2 se detiene, del mismo modo el taladro sube por acción
del motor de doble giro (M1S), hasta que se activa el sensor PA de posición alta, momento en
el cual se termina el ciclo de trabajo.
Utiliza el método directo de diseño de automatismos implementando todas sus etapas para
obtener el diagrama de contactos a implementar en el PLC.
12
Control de un puente grúa
Se pretende implementar el sistema de control de un puente grúa, para ello se dispone de una
grúa, de dos motores con doble sentido de giro (uno para el movimiento vertical y otro para el
horizontal), un interruptor de marcha y de cuatro finales de carrera que delimitan la posición
de la grúa en cada una de las posiciones del movimiento. El proceso a automatizar consiste en
controlar la grúa para que realice los ciclos representados en la figura 1. Partiendo de la posición
de reposo (1) llegar hasta la posición de reposo (2), en ese momento la grúa permanecerá en
reposo 10 segundos (ciclo 1). A continuación, la grúa realizará el camino inverso desde la posición
de reposo 2 hasta la posición de reposo (1), en ese momento la grúa se parará hasta que vuelva
a ser accionado el interruptor de marcha, momento en el cual se repetirá la operación (ciclo 1
y ciclo 2). Diseñar el sistema de control utilizando GRAFCET, la tabla de entradas, salidas y
registros internos del PLC y el diagrama de relés.
13
Planta de apilado de cajas
El sistema que se describe a continuación es una apiladora que consta de tres cilindros neumáticos
(A, B y C), 9 finales de carrera: A0, A1, A2, A3 y A4 para el cilindro A (simple efecto), B0
y B1 para el cilindro B (doble efecto), C0 y C1 para el cilindro C (doble efecto) y un sensor
todo/nada M para detectar la presencia de paquete al principio del sistema de apilado. Los
detalles del sistema se muestran en la figura 2. Inicialmente, los cilindros A, B y C están en
la posición de reposo y por tanto los finales de carrera A0, B0 y C1 están activados. Cuando
llega un paquete y es detectado por M, se activa el cilindro A y se detiene hasta que el final de
Automatización Industrial
4
Curso 2022-2023
Figure 1: Esquema del ciclo de funcionamiento del puente grúa.
carrera A4 es activado, en ese momento el cilindro A retrocede hasta A0. El proceso se repite 3
veces más conforme llegan los paquetes y son detectados por M (cambiando el final de carrera
de A que se tiene que activar, ver figura 2). Cuando llega el último paquete y A1 es activado el
cilindro A retrocede, no vuelve a salir y cuando se activa A0 el cilindro C retrocede hasta C0.
En ese momento el cilindro B avanza hasta B1. Después el cilindro B retrocederá hasta B0 y el
cilindro C avanzará hasta C1 y los cuatro paquetes viajarán hasta el contenedor terminándose
ası́ el ciclo. El proceso se repetirá cuando un nuevo paquete sea detectado en la cinta por M.
Suponer que mientras se produce el proceso de envı́o de los cuatro paquetes al contenedor no
llegan paquetes por la cinta transportadora.
ˆ Diseñar el sistema de control con GRAFCET.
ˆ Obtener la tabla de variables y registros internos del PLC para implementar el proceso.
ˆ Dibujar el diagrama de contactos para implementar el diseño realizado.
14
Planta de recubrimiento electrolı́tico
Se quiere automatizar un proceso de recubrimiento de material por electrolisis. Para ello se
dispone de dos motores de doble sentido de rotación (uno para el movimiento horizontal (M1) y
otro para el movimiento vertical (M2), ver figura 3), seis finales de carrera (F2, F3, F4, F5, F6
y F7), un contactor K1 que inicia la descarga en el proceso de electrolisis y un interruptor de
inicio de ciclo I1. El proceso de consiste en sumergir la pieza en tres baños, uno desengrasante,
Automatización Industrial
5
Curso 2022-2023
Figure 2: Sistema de apilado de cuatro cajas y posterior envı́o a contenedor.
otro de aclarado y por último el material electrolı́tico. El ciclo se iniciará, desde la posición de
reposo (ver figura 3), al pulsar el interruptor de marcha I1. A continuación la jaula donde están
alojadas las piezas a recubrir tiene que ser sumergida en cada uno de los tres depósitos. La
posición de cada depósito está delimitada por un final de carrera (F4, F5 y F6), la profundidad
hasta la que debe ser sumergido (F2) y la altura de desplazamiento horizontal también (F3).
Cuando la jaula sea sumergida en el tercer depósito, esta debe permanecer sumergida y sometida
a descarga (contactor de descarga K1) durante 40 segundos desde que el final de carrera F2 es
activado. Tras el tiempo de espera, simultáneamente, sube la grúa y se desconecta el contactor
K1. Concluido el proceso la jaula vuelve a la posición de reposo inicial.
ˆ Diseñar el sistema de control con GRAFCET.
ˆ Obtener la tabla de variables y registros internos del PLC para implementar el proceso.
ˆ Dibujar el diagrama de contactos para implementar el diseño realizado.
15
Sistema de inyección de plástico
El sistema que se presenta a continuación es una prensa para fundición inyectada. Para realizar
este montaje se van a emplear seis finales de carrera (F1, F2, F3, F4, F5 y F6), tres cilindros
neumáticos de doble efecto (A, B y NOYO) y una bomba hidráulica. El proceso que se quiere
automatizar es el siguiente:
En primer lugar se inicia el proceso con el interruptor de marcha M y se pone en marcha la
bomba hidráulica B1 (permaneciendo encendida hasta el final del proceso). A los 10 segundos
Automatización Industrial
6
Curso 2022-2023
Figure 3: Sistema de recubrimiento electrolı́tico.
F6
Figure 4: Sistema de maniobra de una prensa para la inyección de plástico fundido.
Automatización Industrial
7
Curso 2022-2023
del encendido de la bomba se produce el avance del cilindro A para cerrar el molde hasta que el
final de carrera F2 es activado. En ese momento se prepara la dosificación del material inyectado
mediante la subida del cilindro B desde su posición de reposo (F6) hasta F3. A continuación, se
produce el proceso de inyección del plástico en el molde mediante el proceso inverso al anterior,
bajada de B desde F3 hasta posición de reposo (F6). Para evitar la formación de burbujas en
el plástico, cuando este ha sido inyectado en el molde se produce una pausa de 15 segundos en
el proceso. En este punto del proceso, se produce la bajada del noyo para configurar la pieza,
para ello se produce la bajada del cilindro NOYO, hasta que se activa el final de carrera F5.
Cuando el noyo está introducido se produce una pausa de 30 segundos para que se solidifique el
plástico. Después se retira el noyo (subir cilindro NOYO) y se expulsa la pieza (retirar cilindro
A) simultáneamente. El proceso a implementar esta esquematizado en la figura 4.
ˆ Diseñar el sistema de control con GRAFCET.
ˆ Obtener la tabla de variables y registros internos del PLC para implementar el proceso.
ˆ Dibujar el diagrama de contactos para implementar el diseño realizado.
16
Control de tolva de llenado automático
Se quiere controlar un sistema de pesado preciso. Para que el operador interaccione con el
sistema se van a emplear tres pulsadores, uno de puesta en marcha (M), otro de parada de
emergencia (P) y otro de rearme (R). Además el sistema consta de dos compuertas C1 y C2
activadas por sendos cilindros neumáticos de simple efecto que permiten el control preciso de
salida de sustancia de la tolva. El sistema emplea un sistema de célula de carga (báscula) que
detecta de tres niveles de pesado (L0, L1 y L2), y un basculante B conectado a una salida del
PLC que se activa para vaciar el contenido de la célula de carga. El sistema completo se muestra
en la figura 5.
El modo de funcionamiento del sistema es el siguiente: Una pulsación del pulsador M provoca
la apertura de las compuertas C1 y C2, cuando la célula de carga detecta el nivel L1 debe
desactivarse la compuerta C1, y del mismo modo cuando se detecte L2 debe cerrarse la compuerta
C2. Cuando se active L2 se encenderá el basculante B hasta que la célula de carga llegue a L0,
momento en el cual se desactivará el basculante y se repetirá el proceso de pesado. Al accionar
el pulsador de emergencia P se deberá cerrar las dos compuertas C1 y C2 en cualquier momento
del ciclo. Si se pulsa el botón de rearme R el ciclo deberá continuar en el momento que se
interrumpió.
ˆ Diseñar el sistema de control con GRAFCET.
Automatización Industrial
8
Curso 2022-2023
Figure 5: Sistema de pesado.
ˆ Obtener la tabla de variables y registros internos del PLC para implementar el proceso.
ˆ Dibujar el diagrama de contactos para implementar el diseño realizado.
17
Soldadura por inducción
El sistema de la figura 6 es una máquina de soldadura por inducción. La misma está constituida
por un contactor K1 que activa el sistema de inducción en el cabezal, un motor de doble sentido
de giro (Ci y Cd), un tornillo sin fin y dos railes por los que se desplaza el cabezal entre dos
finales de carrera F0 y F1. Además el sistema consta de 4 pulsadores, puesta en marcha (M),
parada (P), emergencia (E) y rearme (R).
El funcionamiento del proceso que se quiere automatizar consiste en que en el momento que
se pulse el pulsador de marcha M se debe activar el cabezal de inducción por medio de K1.
Posteriormente, después de 10 ms se activa el motor girando a derechas con lo que se producirá
el avance del cabezal hacia F1. Cuando el cabezal llegue a F1 se producirá la inversión de giro del
motor produciéndose el retroceso del cabezal hacia F0. Al pulsarse el botón de paro P se debe
detener el sistema (parada de motor y parada del contactor K1), pero no en ese preciso instante
sino al concluir el movimiento de vaivén ya iniciado. Una pulsación del botón de emergencia
E debe de producir la parada de K1 y el retroceso inmediato hacia la posición de reposo (F0).
Tras una parada de emergencia el sistema no podrá ponerse de nuevo en marcha con M hasta
que haya sido rearmado con R.
ˆ Diseñar el sistema de control con GRAFCET.
ˆ Obtener la tabla de variables y registros internos del PLC para implementar el proceso.
Automatización Industrial
9
Curso 2022-2023
Figure 6: Sistema de soldadura por inducción.
ˆ Dibujar el diagrama de contactos para implementar el diseño realizado.
18
Control de levas autónomo
Se quiere diseñar el sistema de control de tres motores (A, B y C). Los motores llevan incorporados en su eje una leva que es capaz de activar tres sensores (i, j y k), uno para cada motor.
El sistema dispone de un interruptor de puesta en marcha M. El accionamiento del botón M
debe activar el motor A. Cuando el sensor i detecte la presencia de la leva del motor A simultáneamente se debe detener el motor A y activar los motores B y C. Cuando el sensor j
detecte la leva del motor B simultáneamente se debe activar el motor A y detener el motor B.
Cuando el sensor k detecte la leva del motor C simultáneamente se debe detener el motor A y
detener el motor C hasta nueva orden de M. La pulsación de M no debe tener ningún efecto
durante el ciclo de operación de los motores.
ˆ Diseñar el sistema de control con GRAFCET.
ˆ Obtener la tabla de variables y registros internos del PLC para implementar el proceso.
ˆ Dibujar el diagrama de contactos para implementar el diseño realizado.
Automatización Industrial
10
Curso 2022-2023
5
6
S2
2
7
3
9
8
4
Figure 7: Sistema de doble taladro.
19
Taladro múltiple de piezas
Se quiere diseñar el sistema de automatización de un taladro automático. La máquina que se
encargará del proceso (ver figura 7) consta de cuatro cilindros neumáticos, dos de doble efecto
(A y C) y dos de simple efecto (B y D), ocho finales de carrera (F2, F3, F4, F5, F6, F7, F8 y
F9) y un detector de presencia (S2) que detecta la presencia de pieza el motor de la broca (M1).
La máquina dispone de un conducto alimentador. Cuando una pieza entra en el ciclo el
detector de presencia S2 se activa. A continuación el cilindro A avanza hasta F3 colocando la
pieza en el sistema de taladrado. Una vez colocada la pieza el cilindro A se retira hasta activar
F2. Posteriormente se fija la pieza mediante la activación del cilindro B hasta que el final de
carrera F4 es activado. Posteriormente comienza el proceso de taladrado, activándose el motor
M1 y bajando el cilindro C hasta alcanzar F6 para hacer el primer taladro. A continuación,
simultáneamente se libera la pieza volviendo B a su posición de reposo (activando F9) y se sube
el taladro hasta activar F5. A continuación la pieza es desplazada (avance del cilindro D hasta
F7) lateralmente y fijada de nuevo por el cilindro B (avance hasta F4) para que el taladro realice
otra perforación en la pieza. El avance de B y D se realiza de manera simultanea. Una vez la
pieza ha sido mecanizada, simultáneamente el motor M1 es detenido, el cilindro C sube la broca
y la pieza es liberada volviendo los cilindros B y D a su posición de reposo. Ası́ termina el ciclo
Automatización Industrial
11
Curso 2022-2023
S1
S2
K1
S4
S3
Figure 8: Planta embotelladora.
y el sistema queda a la espera de una nueva pieza.
ˆ Diseñar el sistema de control con GRAFCET.
ˆ Obtener la tabla de variables y registros internos del PLC para implementar el proceso.
ˆ Dibujar el diagrama de contactos para implementar el diseño realizado.
20
Planta embotelladora
Se quiere diseñar el sistema de automatización del proceso de detección y expulsión de botellas
sin tapón en una planta de embotellado de cerveza. Para ello se dispone de dos motores (M1 y
M2) para mover dos cintas transportadoras, un sensor inductivo para detectar el tapón metálico
de la botella S1, una célula fotoeléctrica S2 para detectar botellas en la zona de expulsión, dos
células fotoeléctrica S3 y S4 que indican que una botella ha salido taponada por la cinta 1 o no
taponada por la cinta 2. También se dispone de un mecanismo de expulsión de botellas activado
por un contactor K1, una luz de alarma y una bancada de interruptores con un interruptor de
puesta en marcha (M), otro de rearme (R) y uno de puesta a cero de botellas defectuosas (Pc).
Un esquema de la planta se puede ver en la figura 8.
Automatización Industrial
12
Curso 2022-2023
Figure 9: Clasificador de paquetes en pequeños y grandes.
El proceso a automatizar consiste en que cuando se activa el interruptor de marcha (M)
la cinta 1, por la que las botellas entran al sistema, se pone en marcha. Si la botella está
correctamente taponada sale por la zona de salida de la cinta 1, activando S3 e incrementando
un contador de botellas correctamente taponadas. Si por el contrario la botella entra al sistema
sin tapón, cuando entre en la zona de expulsión y la botella sea detectada (S2) se parará la cinta
1 y dos segundos después se activarán simultáneamente la cinta 2 y el mecanismo de expulsión
K1 hasta que la botella no taponada salga de la cinta 2, activándose S4. Cuando esto suceda se
parará la cinta 2 y seguirá el proceso de manera cı́clica.
Además el sistema tiene un mecanismo de alarma por el cual si tres botellas consecutivas
no tienen tapón se activa una luz de alarma y se para la cinta 1. El sistema solo se activará
de nuevo cuando las botellas sean retiradas (sea pulsado el interruptor Pc) y se pulse el botón
de rearme (R). En ese momento se volverá a activar la cinta 1 y se parará la luz de alarma,
reiniciándose el proceso.
ˆ Diseñar el sistema de control con GRAFCET.
ˆ Obtener la tabla de variables y registros internos del PLC para implementar el proceso.
ˆ Dibujar el diagrama de contactos para implementar el diseño realizado.
21
Clasificación de paquetes
Se quiere automatizar un sistema clasificador de paquetes como el que se muestra en la figura 9.
Automatización Industrial
13
Curso 2022-2023
Para ello se emplearán seis finales de carrera (A0, A1, B0, B1, C0 y C1), tres cilindros
neumáticos de doble efecto (A, B y C), una báscula encargada de clasificar los paquetes, cuatro
cintas transportadoras (Cinta 0, Cinta 1, Cinta 2 y Cinta 3), un pulsador de marcha (S1), un
pulsador para hacer la medida en la báscula (S2), cuatro detectores de presencia (P0, P1, P2
y P3) en cada cinta que detectan la presencia del paquete en la cinta para su activación, y dos
luces indicadoras (L1 pequeño y L2 grande) que nos indican acerca del tipo de paquete que
estamos empleando.
El proceso se inicia al pulsar el botón de marcha (S1), en ese momento se activa la cinta
0. Cuando el paquete llega a la báscula, un operario pulsa el botón S2 y el paquete es pesado
y clasificado en una categorı́a u otra (CatL1 y CatL2), activando la correspondiente luz. A
continuación el paquete abandona la báscula y se activa la cinta 1, depositando el paquete en
la plataforma manejada por el cilindro C. En ese momento el cilindro C sube y el paquete se
encaminará hacia la cinta 2 o la cinta 3 dependiendo del tipo de paquete que sea. Para ello,
se activan los cilindros A (paquete pequeño) o B (paquete grande). Cuando los cilindros A o
B llegan a su final de carrera se activa la correspondiente cinta y retrocede el cilindro que ha
sido activado (el A o el B). El cilindro C empezará a volver a la posición de reposo cuando los
cilindros A o B lleguen a su posición de reposo. El proceso de clasificado terminará cuando el
paquete grande o pequeño abandone las cintas de expulsión, estando la cinta 0 en disposición
de aceptar otro paquete. Utilizando los detectores de presencia de las cintas, realiza una gestión
eficiente de la energı́a desactivando las cintas cuando sea posible.
ˆ Diseñar el sistema de control con GRAFCET.
ˆ Obtener la tabla de variables y registros internos del PLC para implementar el proceso.
ˆ Dibujar el diagrama de contactos para implementar el diseño realizado.
22
Sistema de caldeo de un lı́quido
El proceso a automatizar consta de dos depósitos de lı́quido, dos electroválvulas, una de vaciado
(EV1) y otra de llenado (EV2), un sensor de temperatura (T1), un sensor de nivel en cada
depósito (N1 y N2) para indicar que están llenos y otros dos sensores para indicar que están
vacı́os (Vacı́o1 y Vacı́o2), un grupo calefactor formado por una resistencia (R1), una motobomba
de lı́quido (B1) y una motobomba de aire (B2). La figura 10 muestra un esquema del sistema a
automatizar.
El proceso comienza cuando se activa el interruptor de marcha (Marcha) y se llenan ambos
depósitos al abrirse la electroválvula EV2. Una vez se han llenado los depósitos (N2 activado)
Automatización Industrial
14
Curso 2022-2023
comienza el funcionamiento normal del sistema. El proceso consiste en mantener la temperatura
de un lı́quido en el depósito 1 entre unos márgenes preestablecidos (60º y 65º) y el nivel de lı́quido
en el depósito 2 en un nivel por debajo de N2 para que no se desborde. Si la temperatura
está entre los márgenes fijados, la válvula 1 permanecerá abierta y la válvula 2 también hasta
que alcance el nivel fijado N2. Cuando esto ocurra la válvula 2 se cerrará hasta que el nivel
del depósito 2 vuelva a descender. En cuanto a la regulación de la temperatura, cuando la
temperatura se salga de los márgenes establecidos, el circuito se cerrará (EV1 y EV2 cerradas)
independientemente de que el depósito 2 tenga su nivel o no y permanecerán cerradas hasta que
se alcance una temperatura dentro del rango de trabajo. Para alcanzar la temperatura deseada,
si la temperatura es menor de 65º se activará el grupo calefactor y la motobomba B1 para que
recircule el lı́quido de un depósito a otro. En caso de que la temperatura superase los 65º se
activarı́a la motobomba de aire B2 para enfriar el lı́quido y la motobomba B1 para recircular.
Nota: Siempre prevalece la variable a regular temperatura sobre la variable nivel.
ˆ Diseñar el sistema de control con GRAFCET.
ˆ Añade un paro de emergencia de forma que pare el sistema (calefactor, recirculación y
llenado) y se vacı́en de forma controlada ambos depósitos. Cuando los depósitos estén
vacı́os (sensores Vacı́o1 y Vacı́o2 activos) y se desactive el paro, el sistema debe de poder
volver a funcionar con normalidad, es decir, el GRAFCET principal debe encontrarse en
el estado inicial E0.
ˆ Obtener la tabla de variables y registros internos del PLC para implementar el proceso.
ˆ Dibujar el diagrama de contactos para implementar el diseño realizado.
23
Sistema de llenado de botellas
El proceso a automatizar consta de un dosificador volumétrico movido por un cilindro neumático
(A) con dos finales de carrera (F1) y (F2), un sistema de carga de tapones gobernado por un
cilindro neumático (C) y dos finales de carrera (F5) y (F6), un sistema de taponado gobernado
por un cilindro neumático (B) y finales de carrera (F3 y F4), un motor enroscador (M1) que
realiza un giro de 280º al tapón cuando está sobre la botella y que al terminar activa un sensor
(S1), un motor para mover la cinta (M2), un detector de posición (P1) y una fotocélula (FC1).
La figura 11 muestra un esquema del sistema a automatizar.
Se pretende regular el sistema de llenado y taponado de botellas. Al conectar el sistema el
motor de la cinta (M2) inicia la marcha. Cuando el detector P1 detecta botella o la fotocélula
Automatización Industrial
15
Curso 2022-2023
Figure 10: Sistema de control de temperatura y nivel de lı́quidos.
FC1 detecta botella llena, la cinta se detiene y se produce el proceso de llenado de botella vacı́a,
al mismo tiempo que el de enroscado (si hay botella para enroscar).
El proceso de llenado comienza cuando el detector P1 detecta botella, momento en el que se
debe avanzar el cilindro A hasta F2 para luego llevarlo de nuevo hasta F1.
El proceso de taponado consiste en que una vez la botella llena sea detectada por la fotocélula
FC1, se produce el avance de C hasta F5 para colocar un tapón en el enroscador, a continuación
se produce el retroceso del cilindro C hasta F6. En ese momento se produce la bajada del
cilindro B hasta F4 y se activa el motor de enroscado M1, a continuación se produce el retroceso
del cilindro B hasta F3.
Además, se desea conocer el número de botellas que se han procesado en el sistema de llenado
de botellas. Añade un registro con el número de botellas totales (NBT) procesadas por dı́a.
ˆ Diseñar el sistema de control con GRAFCET.
ˆ Obtener la tabla de variables y registros internos del PLC para implementar el proceso.
ˆ Dibujar el diagrama de contactos para implementar el diseño realizado.
24
Planta envasadora (Examen Enero 2015)
Se pide automatizar una planta envasadora de gajos de mandarina en conserva con tres puestos,
llenado de gajos, taponado del bote y etiquetado de la misma. Los botes circulan por una cinta
transportadora. Las tareas a realizar en cada puesto son:
Automatización Industrial
16
Curso 2022-2023
Figure 11: Sistema de llenado de botellas.
ˆ Llenado. Cuando los botes pasan por el puesto de llenado activan el sensor SLL . El
proceso de llenado consiste en, bajar el pistón de llenado gobernado por un cilindro de
doble efecto. A continuación, se llena el bote abriendo una tolva durante 1 segundo, y
finalmente vuelve a subir el pistón. A continuación, un sistema de evacuación se activa
para expulsar el bote de la zona de llenado. El sistema de evacuación permanece activo
hasta que ha sido expulsado el bote, esto se comprueba con la activación del detector SF .
En este puesto se cuenta con dos finales de carrera, PLLA y PLLB , que indican cuando el
pistón está arriba o abajo, respectivamente, dos válvulas AP y BP para desplazar el pistón
hacia arriba y hacia abajo, respectivamente. La tolva se abre al activar TLL y el sistema
de evacuación se activa con ELL .
ˆ Taponado. El sensor ST es el que indica que una bote ha alcanzado este segundo puesto.
En él se debe activar un cilindro de simple efecto para que baje el tapón, cuando el cilindro
ha terminado su carrera, con el cilindro aún activado, se aplica un movimiento giratorio
que enrosca el tapón. Esto se hace activando otro cilindro de simple efecto hasta alcanzar
un final de carrera. Tras esto, se desactiva primero el segundo cilindro de enroscado, y 2
segundos después se desactiva el primero de bajada de tapón.
En este segundo puesto se cuenta con dos finales de carrera, CB , para saber cuando el
Automatización Industrial
17
Curso 2022-2023
cilindro de bajada llega abajo, y TG , que indica cuando el cilindro de enroscado ha girado.
El cilindro de bajada se activa mediante BT y el de enroscado mediante GT .
ˆ Etiquetado. El último puesto tiene asociado el detector de proximidad SE . Cuando éste
detecta bote, en primer lugar se activa un cilindro de simple efecto que tiene la etiqueta ya
preparada, y a continuación un motor hace girar el bote rápidamente. Para ello se activa
dicho motor durante 1 segundo. Luego se desactiva el cilindro y el motor.
En el puesto de etiquetado tenemos un final de carrera CA para saber cuando el cilindro
ha llegado a la posición de pegado de etiqueta, la activación del cilindro se lleva a cabo
con CE , y el motor de giro, MG .
Aunque los puestos van en orden, cada uno funciona de manera autónoma, por lo que
cada vez que se detecta un bote en uno de ellos este tiene que realizar la operación asignada
independientemente del resto.
El sistema dispone de una seta de emergencia (P) que puede ser activada en cualquier
momento por un operario en planta, en cuyo caso todos los puestos deben detenerse, quedando
todas sus salidas desactivadas. La seta de emergencia actúa a modo de interruptor, de modo
que una vez se desactive (rearme) los tres puestos empezarán a funcionar de nuevo donde se
habı́an quedado.
Del mismo modo, en muchas ocasiones el sistema automático de taponado falla y es necesario
que un operario enrosque los tapones manualmente. Ası́ pues el sistema dispone de una entrada
conectada a un selector de un panel de mando llamado AUT, que cuando se activa el sistema
habilita el modo automático de taponado, y en caso contrario habilita el modo manual. Evidentemente en modo manual, todo el proceso automático de taponado se desactiva (se desactivan
todas las salidas del proceso de taponado). Si el modo automático se desactiva durante un ciclo
de taponado, el modo manual no comenzará hasta que el anterior concluya.
Se pide:
ˆ Crea una tabla con las entradas y salidas del sistema y, diseña el sistema de automatización
obteniendo la representación GRAFCET de nivel 2 (tecnológico). (2.5 puntos)
ˆ Obtener la implementación para programar el PLC en diagrama de contactos. (3 puntos)
ˆ En la guı́a GEMMA adjunta, diseña y justifica brevemente la planificación de la que se
derivarı́a la especificación descrita en el problema. Esto es, como sabes, tachar los estados
de GEMMA que no se utilizan e indicar las señales que intervienen en la transición de un
estado GEMMA a otro. Justifica tu respuesta con una breve explicación y un dibujo con
el esquema final. (1.5 puntos)
Automatización Industrial
18
Curso 2022-2023
3. !$. $! . . - E " !-$ .
!! . $> %2- > . .! <.-! . $ . !(
.-2..3-> $ $ . $3 ! $! .! !.2 - .3.%
-. 2M.$!. -. $ .! . . -. ..!M -. .(MF.E
. <$. VEP 2$ . -. $MF. !-$
- 2
$! .2! E
4 * '' '
- .
. . $
4 '*
<
>
8
' & *'
& '
'&
'' #-'7
'' ' & '
'&
)7
<
.
)7
& '&*'
'' '
+ '
' & *'
'
*'
7
$"
=
)7
*' '
'
;
''7 '' &' '
*'' & )7
*' '
*''
9
'' '
'
' -'&
&
'' '
' '
*'
9
;
'' ''7
'' =
8
'' #-'7
7
9
;
'7 5
''*
& 7 ' ' & >
7 *'&
8
'' '' ' *'
4 #+ F;D= + A *+ #A<+ 6 *#
* BH +
;
Figure 12: Guı́a Gemma.
25
B
G=F *&'''
*B' Cronograma de simulación (Examen Junio 2015)
2 . . ! !.
> -. $MF. $ M.<
.- !B
Se ha diseñado
de automatización
un proceso
industrial
con$el!-!
GRAFCET
mostrado
Q
. el sistema
.$ 2.
!2 E - de!2!
. $!
$
.!M -
!$!
en la figura
13. HSe esta realizando la simulación de una determinada situación en planta representada con la activación/desctivación de las entradas C1, C2 y C3 mostrada en el cronograma.
Suponiendo que en t=0 s arranca la ejecución del programa del PLC que implementa dicho
NLL
GRAFCET, resuelve las siguientes cuestiones.
ˆ Respuesta de las salidas %Q1, %Q2, %Q3, %Q4 y %Q5 hasta t=20s.
ˆ ¿QuéR. Sanchis
valor/ J.contiene
a los 10s?¿Y a los 17
102 s?
A. Romero / C. V.%MW10
Ariño - ISBN: 978-84-693-0994-0
Automatización industrial - UJI
Ayuda: Según el estándar IEC848 la acción P: representa una acción que se lleva a cabo con
la activación de la etapa durante un ciclo de scan. La acción L: tiene una duración determinada
tras la activación de la etapa.
26
Tiempo de respuesta en PLC (Examen Enero 2015)
Se quiere elegir un PLC para controlar una máquina de clasificación de gajos de mandarina.
La cinta por la que viajan los gajos se desplaza a una velocidad de 0.5 m/s y su movimiento
continuo se produce por el giro de un motor de inducción que hace girar un tambor de nylon de
Automatización Industrial
19
Curso 2022-2023
XE10
E0
C 1 +C 2 +C 3
E1
C3
E2
T1 (2 s)
N:
%Q4
C 2 ·T1
D:
T2 (1 s)
P:
% M W 5=1 0
S:
%M 10
E7
C 2 +C 3
P:
% Q 5=% M 10
P:
% M W 10=% M W 10-5
E9
C3
T2
E3
D:
E8
D:
T3 (1 s)
N:
%Q1
P:
% M W 5=% M W 5 +1
L:
% Q 2 (2 s)
P:
% M W 1 0=% M W 5+4
N:
E5
%Q3
P:
% M W 0=20
P:
% M W 10=0
R:
%Q5
D:
T5 (2 s)
N:
%Q1
N:
%Q4
T4
D:
T4 (2 s)
N:
%Q2
N:
%Q4
Inicialm ente % M W 0=% M W 5
= % M W 10=% M W 20=0
C1
C3
E6
T3
E4
C1
E10
T5
XE0
Cronograma
C1
C2
C3
%Q1
%Q2
%Q3
%Q4
%Q5
5
0
20
15
10
25
t(s)
Figure 13: GRAFCET y cronograma de entradas y salidas.
10 cm de radio. Para controlar la posición de los gajos que viajan en la cinta se dispone de un
encoder incremental que proporciona 360 pulsos por vuelta.
PLC
TID
TOD
TC
PLC1
100µs
100µs
100µs
PLC2
75µs
75µs
300µs
PLC3
75µs
100µs
TRM ax
PLC OK?
Table 1: PLCs para elegir.
Automatización Industrial
20
Curso 2022-2023
ˆ Determina los tiempos de respuesta máximo del PLC1 y el PLC2. ¿Es alguno de ellos
adecuados para esta aplicación?
ˆ ¿Qué tiempo de ciclo máximo debe tener el PLC3 para que sea adecuado para la aplicación
propuesta?
Ayuda: La velocidad lineal de un objeto describiendo un movimiento circular en términos
de la velocidad angular es v = ωR se deben presentar los cálculos realizados en cada apartado.
Nota: Presentar todos los cálculos realizados.
Automatización Industrial
21
Curso 2022-2023