Control automático de señales analógicas mediante PLC S7- 200 SIEMENSControl automático de señales analógicas mediante PLC S7-200 SIEMENS. Coordinación de Laboratorios Ing. Iskender Palma Lima Control automático de señales analógicas mediante PLC S7- 200 SIEMENS Índice. 1. Objetivo General 2. Sistemas de Control 3. Autómatas analógicos y digitales 4. Sensores y Transductores Transductor de Temperatura Transductor de Presión 5. Calibrador de Procesos Fluke 744 Modo Fuente Modo Trasmisor 6. Datos técnicos de los módulos de ampliación analógicos Configuración del módulo EM231 Calibración de entradas 7. Prácticas de laboratorio Control de temperatura en bodega de materia prima Control de temperatura en una habitación domestica utilizando un amplificador de instrumentación para termopar tipo “K” Control de nivel en tanque de almacenamiento. Control de nivel en tanque de almacenamiento usando una salida analógica para visualización Control de presión en una tubería de suministro de aire comprimido 8. Anexos. Escalado de un número real a entero. 9. Bibliografía Coordinación de Laboratorios Ing. Iskender Palma Lima Control automático de señales analógicas mediante PLC S7- 200 SIEMENS 1.-Objetivo General. El propósito del presente trabajo es complementar la formación del TSU en el tema del control de señales analógicas que comúnmente existen en nuestra vida diaria y que frecuentemente se hallan en la industria manufacturera, va dirigido específicamente a las carreras de: Electrónica y automatización Mantenimiento industrial Metálica y autopartes Procesos de producción Mismas que son impartidas en la Universidad Tecnológica de Tlaxcala, el contenido del trabajo guía al alumno en el tema del control de señales analógicas partiendo de la definición de un sistema de control, tipos de autómatas programables, definiendo y comparando los sensores y transductores para detecciones y mediciones de señales analógicas, como temperatura, presión, nivel, velocidad, etc., haciendo énfasis en el uso, configuración y datos técnicos de los equipos industriales con los que se cuentan en los laboratorios de la Universidad Tecnológica de Tlaxcala, los cuales para el tema que nos ocupa son: Calibrador de Procesos Fluke 744. Controlador Lógico Programable Siemens S7-200 y módulos de ampliación Analógicos Siemens EM231, EM232. Asimismo se plantean 5 prácticas de laboratorio, en donde el objetivo especifico de estas es que, el alumno simule u obtenga señales de tipo analógico para diseñar el programa de control del PLC Siemens S7-200 cumpliendo con los requerimientos de control que el problema defina. Coordinación de Laboratorios Ing. Iskender Palma Lima Control automático de señales analógicas mediante PLC S7- 200 SIEMENS 2.- Sistemas de control. El concepto de control es extraordinariamente amplio, abarca desde un simple interruptor que controla el encendido de un foco o la llave que regula el paso de agua en una tubería, hasta la más compleja computadora de proceso o el piloto automático de un avión. Podríamos definir al control como la manipulación indirecta de las magnitudes de un sistema denominado planta a través de otro sistema llamado sistema de control. El objetivo de un sistema de control es el de gobernar la respuesta de una planta, sin que el operador intervenga directamente sobre sus elementos de salida. Dicho operador manipula únicamente las magnitudes denominadas de consigna y el sistema de control se encarga de gobernar dicha salida a través de los accionamientos. El concepto lleva de alguna forma implícito que el sistema de control opera, en general, con magnitudes de baja potencia llamadas generalmente señales y gobierna unos accionamientos que son los que realmente modulan la potencia entregada a la planta. Basándonos en la definición anterior, el conjunto de sistema de control y accionamientos se limita a ser un convertidor amplificador de potencia que ejecuta las órdenes dadas a través de las magnitudes de consigna. Este tipo de sistemas de control se denomina en lazo abierto, por el hecho que no recibe ningún tipo de información del comportamiento de la planta. En la figura 1.1 se muestra un diagrama a bloques de un sistema de control en lazo abierto. Lo ideal, seria que el sistema de control se encargue de la toma de ciertas decisiones ante determinados comportamientos de la planta, hablándose entonces de sistemas automáticos de control. Para ello se requiere la existencia de dispositivos denominados sensores que detectan el comportamiento de la planta y de unas interfaces para adaptar las señales de los sensores a las entradas del Coordinación de Laboratorios Ing. Iskender Palma Lima Control automático de señales analógicas mediante PLC S7- 200 SIEMENS sistema de control. Este tipo de sistema se denomina en lazo cerrado, pues tiene un retorno o realimentación formando un lazo de control. En la figura 1.2 se muestra el diagrama a bloques de un sistema de control de lazo cerrado. Así pues, en el caso más general, podremos dividir el sistema de control en los siguientes bloques: o Unidad de control o Accionamientos o Sensores o Interfaces El papel del PLC dentro del sistema de control es el de unidad de control, aunque suele incluir también totalmente o en parte las interfaces con las señales del proceso. Al conjunto de señales de consigna y de realimentación que entran a la unidad de control se les denomina entradas y al conjunto de señales de control obtenidas se les denomina salidas. ENERGÍA SISTEMA DE CONTROL SEÑALES DE CONTROL ACCIONAMIENTOS PLANTA SEÑALES DE CONSIGNA RESPUESTA Elementos de señal Elementos de potencia Figura 2.1 Diagrama a bloques de un sistema de control en lazo abierto. Coordinación de Laboratorios Ing. Iskender Palma Lima Control automático de señales analógicas mediante PLC S7- 200 SIEMENS ENERGÍA SEÑALES DE CONSIGNA RESPUESTA SISTEMA DE CONTROL ACCIONAMIENTOS PLANTA ENTRADAS SEÑALES DE CONTROL INTERFASES SENSORES SEÑALES DE RETROALIMENTACIÓN Elementos de señal Elementos de potencia Figura 2.2 Diagrama a bloques de un sistema de control en lazo cerrado. 3.- Automatismos analógicos y digitales. Según la naturaleza de las señales que intervienen en el proceso, los sistemas de control pueden dividirse en los siguientes grupos: Sistemas analógicos Sistemas digitales Sistemas híbridos analógico-digitales Los sistemas analógicos trabajan con señales de tipo continuo, con un margen de variación determinado. Dichas señales suelen representar magnitudes físicas del proceso, tales como presión, temperatura, velocidad, nivel, etc., mediante una tensión o corriente proporcionales a su valor (0-10V, 4-20mA etc.,). Los sistemas digitales, en cambio, trabajan con señales, todo o nada, llamadas también binarias, que solo pueden presentar dos estados o niveles: abierto o cerrado, conduce o no conduce etc. Estos niveles o estados se suelen representar Coordinación de Laboratorios Ing. Iskender Palma Lima Control automático de señales analógicas mediante PLC S7- 200 SIEMENS por variables lógicas o bits, cuyo valor puede ser solo 1 ó 0, empleando la notación binaria del álgebra de Boole. Dentro de los sistemas digitales cabe distinguir dos grupos: los que trabajan con variables de un solo bit, denominados habitualmente automatismos lógicos y aquellos que procesan señales de varios bits, para representar, por ejemplo valores numéricos variables o contenido de temporizadores, contadores, etc. A estos últimos se les denomina genéricamente automatismos digitales. Los sistemas de control actuales con un cierto grado de complejidad, y en particular los PLC´s, son casi siempre híbridos es decir, sistemas que procesan a la vez señales analógicas y digitales. No obstante, se tiende que la unidad de control sea totalmente digital y basada en un microprocesador, que aporta la capacidad de cálculo necesaria para tratar las señales todo o nada en forma de bits y las señales analógicas numéricamente. Dado que muchos de los sensores habitualmente empleados suministran señales de tipo analógico, las interfaces de estas señales deben de realizar una conversión analógico-numérica, llamada habitualmente conversión analógicodigital, para que puedan ser tratadas por la unidad de control. Puede ser necesario también disponer de señales analógicas de salida, para ciertos indicadores o para control de ciertos servos sistemas externos. En tal caso el sistema de control debe disponer también de interfaces para la conversión digital-analógica, capaces de suministrar dichas señales a partir de los valores numéricos obtenidos por la unidad de control. 4.- Sensores y Transductores. La cadena de realimentación resulta imprescindible en muchos automatismos industriales para poder realizar un control en lazo cerrado, con las conocidas ventajas en cuanto a cancelación de errores y posibilidades de regulación precisa y rápida. A su vez, dicha cadena de realimentación requiere unos elementos de captación de las magnitudes de planta, a los que llamamos genéricamente sensores o transductores y unos circuitos adaptadores llamados circuitos de interfaz. Coordinación de Laboratorios Ing. Iskender Palma Lima Control automático de señales analógicas mediante PLC S7- 200 SIEMENS Es habitual que los sensores requieran una adaptación de la señal eléctrica que suministran para que sean compatibles a un determinado sistema de control. Esta función la realizan los bloques de interfaz, que pueden ser totalmente independientes del sensor o estar parcialmente incluidos en el. En el presente trabajo solo nos enfocaremos al estudio de los sensores utilizados para la para la realización de las modificaciones realizadas en la estancia de nuestras prácticas, no obstante damos una breve reseña de la clasificación y características de los sensores en general. Los términos «sensor» y «transductor» se suelen aceptar como sinónimos, aunque, si hubiera que hacer alguna distinción, el termino transductor es quizás más amplio, incluyendo una parte sensible o «captador» propiamente dicho y algún tipo de circuito de acondicionamiento de la señal detectada. Si nos centramos en el estudio de los transductores cuya salida es una señal eléctrica, podemos dar la siguiente definición: Un transductor es un dispositivo capaz de convertir el valor de una magnitud física en una señal eléctrica codificada, ya sea en forma analógica o digital. Los transductores basados en fenómenos eléctricos o magnéticos, suelen tener una estructura general, la cual se muestra en la figura 4.1 e la cual podemos distinguir las siguientes partes: Elemento sensor o captador. Convierte las variaciones de una magnitud física en variaciones de una magnitud eléctrica o magnética, que denominaremos habitualmente señal Bloque de tratamiento de señal. Si existe, suele filtrar, amplificar, linealizar y, en general, modificar la señal obtenida en el captador, por regla general utilizando circuitos electrónicos Etapa de salida. Esta etapa comprende los amplificadores, interruptores, convertidores de código, transmisores y, en general, todas aquellas partes que adaptan la señal a las necesidades de la carga exterior Clasificación según el tipo de señal de salida. Atendiendo a la forma de codificar la magnitud medida podemos establecer una clasificación en: Coordinación de Laboratorios Ing. Iskender Palma Lima Control automático de señales analógicas mediante PLC S7- 200 SIEMENS - Analógicos. Aquellos que dan como salida un valor de tensión o corriente variable en forma continua dentro del campo de medida. Es frecuente para este tipo de transductores que incluyan una etapa de salida para suministrar señales normalizadas de 0-10 V, ±10V, o 4-20 mA. - Digitales. Son aquellos que dan como salida una señal codificada en forma de pulsos o en forma de una palabra digital codificada en binario, BCD u otro sistema cualquiera. - Todo-nada. Indican únicamente cuando la variable detectada rebasa un cierto umbral o limite. Pueden considerarse como un caso limite de los sensores digitales en el que se codifican solo dos estados. Otro criterio de clasificación, relacionado con la señal de salida, es el hecho de que el captador propiamente dicho requiera o no una alimentación externa para su funcionamiento. En el primer caso se denominan sensores pasivos y en el segundo caso activo o directo. Los sensores pasivos se basan, por lo general, en la modificación de la impedancia eléctrica o magnética de un material bajo determinadas condiciones físicas o químicas (resistencia, capacidad, inductancia, reluctancia, etc.). Este tipo de sensores, debidamente alimentados, provoca cambios de tensión o de corriente en un circuito, los cuales son recogidos por el circuito de interfaz. Los sensores activos son, en realidad, generadores eléctricos, generalmente de pequeña señal. Por ello no necesitan alimentación exterior para funcionar, aunque si suelen necesitarla para amplificar la débil señal del captador. En cuanto a la naturaleza de la magnitud física a detectar, existe una gran variedad de sensores en la industria. En la tabla 4.1 se da un resumen de los mas frecuentes utilizados en los automatismos industriales. Obsérvese que en la columna encabezada como TRANSDUCTOR aparece a veces el nombre del elemento captador de dicho transductor, sobre todo en casos de medición indirecta. Así, por ejemplo, para fuerza y par se utilizan captadores de deformación unidos a piezas mecánicas elásticas. En general, los principios físicos en los que suelen estar basados los elementos sensores son los siguientes: Coordinación de Laboratorios Ing. Iskender Palma Lima Control automático de señales analógicas mediante PLC S7- 200 SIEMENS Cambios de resistividad Electromagnetismo (inducción electromagnética) Piezoelectricidad Efecto fotovoltaico Termoelectricidad Captación Tratamiento de señal Alimentación Fenómeno físico. Sensor Filtro Amplificador Salida Figura 4.1 Estructura genérica de un transductor. Coordinación de Laboratorios Ing. Iskender Palma Lima Control automático de señales analógicas mediante PLC S7- 200 SIEMENS MAGNITUD DETECTADA Posición lineal o angular Pequeños desplazamientos o deformaciones Velocidad lineal o angular TRANSDUCTOR Potenciómetro Encoders Sincro o resolver Transformador diferencial Galga extensiométrica Dinamo taquimétrica Encoders Detector inductivo u óptico Acelerómetro CARACTERÍSTICA Analógico Digital Analógico Analógico Analógico Analógico Digital Digital Analógico Digital Aceleración Sensor de velocidad + calculador Fuerza y par Medición indirecta (galgas o trafos diferenciales) Membrana + detector de desplazamiento Piezoeléctricos Caudal De turbina Magnético Termopar Resistencias Pt100 Resistencias NTC Resistencias PTC Bimetálicos Inductivos Sensores de presencia o proximidad Capacitivos Ópticos Ultrasónicos Matriz de contactos Matriz capacitiva piezoeléctrica u óptica Piel artificial Cámaras de video y tratamiento de imagen Cámaras CCD Analógico Analógico Presión Analógico Analógico Analógico Analógico Analógico Analógico Todo-nada Todo-nada Analógico o Todo-nada Todo-nada Analógico o Todo-nada Analógico Todo-nada Todo-nada Analógico Procedimiento digital por puntos o pixeles Temperatura Temperatura Sensores táctiles Sistema de visión artificial Tabla 4.1 Transductores de diversas magnitudes físicas. Coordinación de Laboratorios Ing. Iskender Palma Lima Control automático de señales analógicas mediante PLC S7- 200 SIEMENS 4.1 Transductor de Temperatura. Sonda de temperatura 80BK-A Termopar tipo K con conector Standard banana Construido en una sola pieza Compatible con multímetros con funciones de medida de temperatura Rango de medida: -40 a 260 ºC 4.2 Transductor de Presión. Transductor de Presión GS 4002 Especificaciones. Entrada Rangos de presión Presión de referencia. 0-500mbar y 0-700bar Salida Salida 0-10Vdc Eléctricas Fuente de Voltaje Medida/Absoluta Tipo 4 hilos /3 Hilos Requerimientos de potencia 13-30V dc 30mA Coordinación de Laboratorios Ing. Iskender Palma Lima Control automático de señales analógicas mediante PLC S7- 200 SIEMENS 5.- Calibrador de Procesos Fluke 744. El calibrador de procesos Fluke 744 es un instrumento de mano alimentado por baterías que mide y determina valores de parámetros físicos y eléctricos. El calibrador le permite diagnosticar, calibrar, verificar y documentar su trabajo de instrumentos de proceso. Además de estas funciones, el calibrador presenta la característica de modo transmisor en el que puede configurarse para emular las funciones de un instrumento de proceso. 4.1 Modo fuente. El modo de operación (es decir, MEDICION o FUENTE) aparece en pantalla en una barra de video inverso. Si el calibrador no estuviese en el modo FUENTE, pulse hasta que aparezca FUENTE en la pantalla. Para poder cambiar cualquiera de los parámetros de FUENTE, tendrá que estar en dicho modo. Determinación de la fuente de los parámetros eléctricos. Para seleccionar una función del modo fuente, proceda de la siguiente manera: 1. Conecte los conductores de la prueba tal como se muestra en la Figura 4.1, dependiendo de la función de fuente. 2. Pulse frecuencia o para corriente, para resistencia. . Por para voltaje de CC, para 3. Introduzca el valor de salida deseado, luego pulse ejemplo, para abastecer 5,0 V de CC, pulse 4. Para cambiar el valor de salida, espere introduzca el valor nuevo y pulse . 5. Para apagar completamente la función como fuente, pulse . Coordinación de Laboratorios Ing. Iskender Palma Lima Control automático de señales analógicas mediante PLC S7- 200 SIEMENS Figura 4.1 Conexiones para fuentes eléctricas. 5.2 Modo transmisor. Podrá configurar el calibrador de manera que en una variable (MESURE) (Medición) controle la salida (SOURCE) (Origen), tal como sucede con un trasmisor. Esto se denomina “Modo transmisor”. En este modo, el calibrador se puede utilizar temporalmente para reemplazar un trasmisor defectuoso o uno cuyo estado sea dudoso. Para configurar el calibrador de manera de emular un trasmisor, proceda de este modo: 1. Desconecte los hilos del bus de control de la salida del transmisor (corriente del bucle o señal de control de VCC). 2. Conecte las derivaciones de prueba de los enchufes SOURCE (Origen) apropiados del calibrador a los hilos de control en lugar del transmisor. 3. Desconecte la entrada de proceso (por ejemplo termopar) del transmisor. Coordinación de Laboratorios Ing. Iskender Palma Lima Control automático de señales analógicas mediante PLC S7- 200 SIEMENS 4. Conecte la entrada de proceso a los enchufes MEASURE (Medición) apropiados al calibrador o al conector de entrada. 5. Si fuera necesario, presione para el modo MEASURE (medición). 6. Presione la tecla de función apropiada para la entrada de proceso. 7. Presione para el modo SOURCE (Origen). 8. Presione la tecla de la función apropiada para la salida de control, por ejemplo o . Si el transmisor está conectado a un bucle de corriente que tiene un suministro eléctrico, seleccione Simulate Transmiter (Simulador trasmisor) como poción de salida de corriente. 9. Seleccione un valor de origen, por ejemplo 4 mA. 10. Presione para el modo MEASURE/SOURCE (Medición/Origen). 11. Presione More Choices (Más opciones) hasta que aparezca la tecla programable Transmitter Mode (Modo Transmisor). 12. Presione la tecla programable Trasmiter Mode (Modo Transmisor). 13. Fije los valores de 0% y de 100% para MEASURE y SOURCE en la pantalla. Podrá seleccionar Linear (lineal) transferencia. 14. Presione Done (Terminado). 15. El calibrador ahora está en el modo transmisor. Esta midiendo la entrada de proceso y emitiendo una salida de control proporcional a dicha entrada. 16. Para cambiar cualquier de los parámetros del modo Trasmisor, presione Change Setup (Cambiar configuración) y repita el proceso descrito en el paso 13. 17. Para salir del modo transmisor, presione la tecla programable Abort (Anular). Coordinación de Laboratorios Ing. Iskender Palma Lima o como función de Control automático de señales analógicas mediante PLC S7- 200 SIEMENS 6.- Datos técnicos de los módulos de ampliación analógicos EM231, EM232 de SIEMENS. Tabla 6.1 Números de referencia de los módulos de ampliación analógicos. No. de referencia Modulo de ampliación Entradas del módulo 6ES7 231-0HC22-0XA0 6ES7 232-0HB22-0XA0 EM 231 4 entradas analógicas EM 232, 2 salidas analógicas 4 Salidas del módulo Bloque de terminales extraíbles No No 2 - Tabla 6.2 Datos técnicos generales de los módulos de ampliación analógicos. No. de referencia Nombre y descripción de la CPU 6ES7 231-0HC22-0XA0 Dimensiones en mm (I x a x p) Peso Disipación Tensión c.c disponible + 5 V c.c. +24 V c.c. EM 231 4 entradas analógicas 71,2 x 80 x 62 183 g 2W 20 mA 60 mA 6ES7 232-0HB22-0XA0 EM 232, 2 salidas analógicas 46 x 80 x 62 148 g 2W 20 mA 70 mA (ambas salidas a 20 mA) Coordinación de Laboratorios Ing. Iskender Palma Lima Control automático de señales analógicas mediante PLC S7- 200 SIEMENS Tabla 6.3 Datos de las entradas de los módulos de ampliación analógicos. Datos generales Formato palabra de datos Bipolar, rango máx. Unipolar, rango más. Impedancia de entrada DC Atenuación del filtro de entrada Tensión de entrada máxima Intensidad de entrada máxima Resolución Bipolar Unipolar Aislamiento (campo a circuito lógico) Tipo de entrada Rangos de entradas Tensión Intensidad Resolución de las entradas Tiempo de conversión analógica/digital Respuesta de salto de la entrada analógica Rechazo en modo común Tensión en modo común Rango de tensión de alimentación 24 V c.c. Seleccionable (rangos disponibles, ver tabaola 5.5) 0 a 20 mA Ver tabaola 5.5 ‹ 250 µs 1.5 ms a 95% 40 dB, c.c. a 60 Hz Tensión de señal en modo común ( debe ser ≤ ±12 V) 20,4 a 28,8 V c.c. (clase 2, potencia limitada o alimentación de sensores de la CPU) 11 bits más 1 bit de signo 12 bits Ninguno Diferencial -32000 a +32000 0 a 32000 ≥10 MΩ entrada de tensión, 250Ω entrada de intensidad -3 dB a 3.1 kHz 30 V c.c. 32 mA 6ES7 231-0HC22-0XA0 Coordinación de Laboratorios Ing. Iskender Palma Lima Control automático de señales analógicas mediante PLC S7- 200 SIEMENS Tabla 6.4 Datos de las salidas de los módulos de ampliación analógicos. Datos generales Aislamiento (campo a circuito lógico) Rango de señales Salida de tensión Salida de intensidad Resolución, rango máximo Tensión Intensidad Formato palabra de datos Tensión Intensidad Precisión Caso más desfavorable, 0º a 55º C Salida de tensión ± 2% de rango máximo Salida de intensidad Típico, 25º C Salida de tensión ± 0.5% de rango máximo Salida de intensidad Tiempo de ajuste Salida de tensión Salida de intensidad Accionamiento máximo Salida de tensión Salida de intensidad Rango de tensión de alimentación 24 V c.c. Mínimo 5000 Ω Máximo 500 Ω 20,4 a 28,8 V c.c. (clase 2, potencia limitada o alimentación de sensores de la CPU) 100 µs 2 ms ±0.5% de rango máximo ±2% de rango máximo -32000 a +32000 0 a +32000 12 bits mas bit de sigo 11 bits ± 10 V 0 a 20 mA Ninguno 6ES7 231-0HC22-0XA0 Coordinación de Laboratorios Ing. Iskender Palma Lima Control automático de señales analógicas mediante PLC S7- 200 SIEMENS Figura 6.1 Diagrama de cableado del módulo de ampliación analógico EM231. Coordinación de Laboratorios Ing. Iskender Palma Lima Control automático de señales analógicas mediante PLC S7- 200 SIEMENS Figura 6.1 Diagrama de cableado del módulo de ampliación analógico EM231. 6.1 Configuración del módulo EM231 La tabla 5.5 muestra como configurar el módulo EM321 utilizando los interruptores DIP. El rango de las entradas analógicas se seleccionan con los interruptores 1,2 y 3. Todas las entradas analógicas se activan en un mismo rango. En la tabla, ON esta cerrado y OFF está abierto. Los ajustes de los interruptores se leen sólo cuando está conectada la alimentación. Coordinación de Laboratorios Ing. Iskender Palma Lima Control automático de señales analógicas mediante PLC S7- 200 SIEMENS Tabla 6.5 Tabla de interruptores de configuración del EM231 para seleccionar el rango de entradas analógicas. Unipolar Int. 1 Int. 2 OFF ON ON Int. 3 ON OFF 0 a 10 V 0a5V 0 a 20 mA Bipolar Int. 1 Int. 2 OFF OFF ON Int. 3 ON OFF Rango máx. ±5V ± 2.5 V Resolución 2,5 mV 1.5 mV 2,5 mV 1.5 mV 5µA Rango máx. Resolución 6.2 Calibración de entradas. Para calibrar una entrada, proceda de la manera siguiente: 1. Desconecte la alimentación del módulo. Seleccione el rango de entrada deseado. 2. Conecte la alimentación de la CPU y del módulo. Espere unos 15 minutos para que el módulo pueda estabilizarse. 3. Mediante una fuente de tensión o de intensidad, aplique a una de las entradas una señal de valor cero. 4. Lea el valor que la CPU ha recibido del correspondiente canal de entrada. 5. Con el potenciómetro OFFSET, seleccione el valor cero u otro valor digital. 6. Aplique una señal de rango máximo a una entrada. Lea el valor que ha recibido la CPU. 7. Con el potenciómetro GAIN, seleccione el valor 32000 u otro valor digital. 8. En caso de ser necesario, vuelva a calibrar el desplazamiento (OFFSET) y la ganancia (GAIN). Coordinación de Laboratorios Ing. Iskender Palma Lima Control automático de señales analógicas mediante PLC S7- 200 SIEMENS Figura 6.2 Ubicación de los potenciómetros de calibración y de los interruptores DIP de configuración del módulo EM231. Coordinación de Laboratorios Ing. Iskender Palma Lima Control automático de señales analógicas mediante PLC S7- 200 SIEMENS 7. -Prácticas de laboratorio. 7.1 Control de temperatura en una bodega de materia prima. En una bodega con capacidad máxima de almacenamiento de 100 bultos de cierto material químico, se debe tener el control de temperatura óptimo para el buen procesamiento del material químico en etapas de proceso futuras. Las condiciones del sistema son las siguientes. Se cuenta con un transductor de temperatura el cual a un nivel de temperatura de 50 ºC, el valor del voltaje analógico es de 10 V c.c. y a 1 ºC el valor de voltaje analógico es de 0 V c.c.. A la mitad de la capacidad de almacenamiento de la bodega, se debe asegurar que no se rebase el límite máximo de 35.4 ºC y el límite mínimo de 15.5 ºC. Si la temperatura dentro de la bodega alcanza el límite máximo de temperatura se debe activar un bit de salida para accionar un ventilador dentro de la bodega, la temperatura del almacén no debe caer por debajo del límite mínimo de temperatura, si alcanza este límite el programa debe activar un bit de salida para accionar el calentador eléctrico de la bodega. Si se rebasa la mitad de la capacidad máxima de almacenamiento las consignas de temperatura a controlar cambian de la siguiente manera, se debe asegurar que no se rebase el nuevo límite máximo de temperatura de ahora 28.5 ºC y el límite mínimo de 15.5 ºC. Si la temperatura dentro de la bodega alcanza su nuevo límite Coordinación de Laboratorios Ing. Iskender Palma Lima Control automático de señales analógicas mediante PLC S7- 200 SIEMENS máximo de temperatura se debe activar el bit de salida que acciona el ventilador de la bodega, de igual forma, si la temperatura de la bodega alcanza su límite inferior de 15.5 ºC, el programa debe activar el bit de salida para accionar el calentador eléctrico. Usando el Calibrador de procesos Fluke 744 simule los valores analógicos para el sistema, a continuación, diseñe un programa en el software STEP 7 para el PLC SIEMENS S7-200 que mantenga la temperatura dentro de las condiciones de temperatura requeridas. Coordinación de Laboratorios Ing. Iskender Palma Lima Control automático de señales analógicas mediante PLC S7- 200 SIEMENS 7.2 Control de temperatura en una habitación domestica utilizando un amplificador de instrumentación para un termopar tipo “K”. Se requiere tener la temperatura de una habitación domestica en un ambiente agradable, las condiciones del sistema son las siguientes. Se debe asegurar que la temperatura de la habitación no rebase el límite máximo de temperatura de 27 ºC y que la temperatura de la habitación no caiga por debajo de un límite mínimo de 22 ºC. Si dentro de la habitación la temperatura del cuarto llega a su límite inferior se debe accionar el calentador eléctrico. Diseñe un circuito amplificador de instrumentación para un termopar tipo “K”, en donde podamos obtener una señal unipolar analógica de 0 a 10 V c.c. o una señal bipolar de ± 5 V c.c. para que sean compatibles con el PLC SIEMENS S7-200, configure el modulo de ampliación analógico EM231 según sea la señal obtenida. Diseñe un programa de control para el PLC S7-200 que cumpla con los requerimientos de temperatura del sistema. Coordinación de Laboratorios Ing. Iskender Palma Lima Control automático de señales analógicas mediante PLC S7- 200 SIEMENS 7.3 Control de Nivel en tanque de almacenamiento. Un tanque cerrado aloja en su interior un líquido. Se desea tener controlado el nivel del líquido que se almacena en dicho tanque. Las condiciones del sistema son las siguientes, se cuenta con un transductor de presión diferencial que entrega una corriente de 0 – 20 mA, proporcional al nivel del líquido a la entrada del módulo analógico. El módulo analógico debe calibrarse de modo que a un nivel máximo de 10m, el valor de la intensidad analógica sea de 20 mA, y a 0m se tenga un valor en corriente de 0 mA. Se debe asegurar que el tanque no rebase el límite de 7.8 m, cuando el líquido alcanza este nivel, se activa un bit de salida para cerrar la válvula de entrada. El líquido no debe caer por debajo de un nivel de Coordinación de Laboratorios Ing. Iskender Palma Lima Control automático de señales analógicas mediante PLC S7- 200 SIEMENS 3.5 m, si el líquido llega a ese nivel, se debe activar la salida para el cierre de la válvula de salida. Diseñe un programa en el software STEP 7 para PLC SIEMENS S7-200 que mantenga el nivel dentro de las condiciones del sistema. Coordinación de Laboratorios Ing. Iskender Palma Lima Control automático de señales analógicas mediante PLC S7- 200 SIEMENS 7.4 Control de Nivel en tanque de almacenamiento usando una salida analógica para visualización. La presente práctica es de condiciones y requerimientos idénticas a los de la practica anterior (7.3 Control de nivel en tanque de almacenamiento) a excepción de que se requiere una salida analógica para poder visualizar mediante un indicador analógico el nivel del tanque de almacenamiento. Para la indicación del nivel del líquido, debe generarse la intensidad de corriente a través del módulo de salidas analógicas. Esta intensidad de corriente se genera grabando el correspondiente valor digital en AQW o palabra de salida analógica. Coordinación de Laboratorios Ing. Iskender Palma Lima Control automático de señales analógicas mediante PLC S7- 200 SIEMENS El módulo de salidas analógicas alimenta el nivel de liquido (entre 0m y 10m) a un instrumento de medida entre 0 y 20 mA. La indicación analógica de un instrumento de medida responde a la intensidad de corriente con una inclinación de la aguja proporcional al nivel del líquido. Coordinación de Laboratorios Ing. Iskender Palma Lima Control automático de señales analógicas mediante PLC S7- 200 SIEMENS 7.5 Control de Presión en una tubería de suministro de aire comprimido. Se requiere tener el control de la presión de aire comprimido que circula por una tubería y que alimenta a maquinaria neumática en una línea de producción. Al inicio del turno la tubería debe abastecer no menos de 100 Bar y no sobrepasar un nivel de 300 Bar durante los primeros 30 minutos del turno. Una vez arrancado el turno y cumplidos los 30 minutos, el nivel de presión en la tubería no debe ser menos de 200 Bar y no sobrepasar un nivel máximo de 400 Bar. Se cuenta con un transductor de presión de entrada de 0-700 Bar y un rango de salida de 0-10 V c.c. Diseñe un programa para el PLC SIEMENS S7-200 que mediante una entrada active el compresor y mediante dos salidas Q0.0 y Q0.1 controlen dos válvulas una de entrada de aire y la otra de desfogue de presión para cumplir los requerimientos de presión en la tubería de suministro de aire comprimido, para la maquinaria neumática de la línea de producción. Coordinación de Laboratorios Ing. Iskender Palma Lima Control automático de señales analógicas mediante PLC S7- 200 SIEMENS 8.1 Escalado de un número real a entero. La fórmula es la siguiente: Ov = [(Osh - Osl) * (Iv - Isl) / (Ish - Isl)] + Osl Ov Iv = = valor de salida escalado valor de entrada analógico límite superior de la escala para el valor de salida escalado límite inferior de la escala para el valor de salida escalado límite superior de la escala para el valor de entrada analógico límite superior de la escala para el valor de entrada analógico Osh = Osl Ish Isl = = = Coordinación de Laboratorios Ing. Iskender Palma Lima Control automático de señales analógicas mediante PLC S7- 200 SIEMENS Bibliografía. Autómatas Programables. Joseph Balcells, José Luis Romeral. Alfaomega Marcombo. Documenting Process Calibrator 744 Fluke Manual de Uso FLUKE, Web Page. www.fluke.com Siemens Automation and Drives, Web Page. www.ad.siemens.com Coordinación de Laboratorios Ing. Iskender Palma Lima