controladores lógicos programables

7/16/2019 controladores lógicos programables

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INFORME TÉCNICO FINAL DE RESIDENCIAPROFESIONAL

INGENIERÍA MECATRÓNICA.

“ELABORACIÓN DE MANUAL PARA PRÁCTICAS CONTABLERO LAB-VOLT DE CONTROL DE NIVEL Y PLC

IMO i3A12!13C1"#SO$E.%

P R E S E N T A&

RODEA ARANGO 'ONAT$AN

NO. CONTROL()2*(2"*

ASESOR INTERNOING. MARGARITO CARBA'AL SUÁRE+

METEPEC, ESTADO DE MÉICO, AGOSTO 2(1"



SEP SNEST DGEST

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TOLUCA

RESUMEN

En el presente trabajo, se realiza un manual de prácticas para alumnos y maestros

del Instituto Tecnológico de Toluca que será la base para el conocimiento y manejo

del PLC IM y tablero Lab!"olt de control de ni#el$

El PLC IM presenta #entajas y des#entajas sobre otros PLC%s& las instrucciones

son más sencillas de encontrar, además que pueden realizarse acciones que con

otros están limitadas, como monitorear el proceso del programa desde la pantalla

que tiene en la parte 'rontal del mismo, #isualizar datos le(dos por las entradas del

PLC, colocar lámparas indicadoras en el display para corroborar que en realidad se

está cumpliendo nuestra lógica, entre otras caracter(sticas$

)demás, se conocerán los componentes del tablero Lab!"olt de control de ni#el, as(

como la calibración de los mismos, y los componentes que nos sir#en para

programar el PLC IM y sus di'erentes *erramientas con las que cuenta$

Por +ltimo, al 'inal de toda la in'ormación necesaria, se propone una serie de

prácticas para que el alumno o el pro'esor lle#en a la #ida real lo aprendido en la

asignatura y en el manual$

1



Íi/0 0 C0i

C)PT-L I

I.T/0-CCI1., PL).TE)MIE.T 0EL P/2LEM), 23ETI"4,3-4TI5IC)CI1.$......................................................................................................................... ......

Introducción.............................................................................................................................. ......

6$6 Planteamiento del Problema....................................................................................... ......

6$7 bjeti#os......................................................................................................................... ......

6$8 3usti'icación.................................................................................................................... ....

6$9 0elimitación.................................................................................................................... ....

C)PT-L II

E4T/-CT-/) 0E -. )-TM)TI4M................................................................................. ....

7$6 Etapas de un )utomatismo$............................................................................................. ....

7$7 bjeti#os de la )utomatización$...................................................................................... ....

7$8 Tipos de Control$............................................................................................................... ....

7$8$6 Clasi'icación de los sistemas de Control seg+n su comportamiento$.......................

7$9 Clasi'icación de 4e:ales$................................................................................................. ....7$; 0escripción de los componentes que integran un )utomatismo$.................................

7$;$6 Máquina o Planta$......................................................................................................... ....

7$;$7 5uente de Energ(a$....................................................................................................... ....

7$;$8 Controlador o )utómata$.............................................................................................. ....

7$;$9 )ctuador$........................................................................................................................ ....

7$;$; 4ensor$............................................................................................................................ ....

7$;$< perador$....................................................................................................................... ....

C)PT-L III

E4T/-CT-/) 0E L4 C.T/L)0/E4 L1=IC4 P/=/)M)2LE4......................

8$6 0e'inición............................................................................................................................ ....

8$7 )ntecedentes de los Controladores Lógicos Programables$..................................... ....

2



8$8 Campos de )plicación$..................................................................................................... ....

8$9 Clasi'icación de los Controladores Lógicos Programables$....................................... ....

8$; Estructura del Controlador Lógico$................................................................................ ....

8$;$6 CP-$................................................................................................................................. ....

8$;$7$ Memoria del )utómata$................................................................................................ ....

7$;$8 Inter'aces de E>4$.......................................................................................................... ....

C)PT-L I"

P/=/)M)CI1. 0E -. C.T/L)0/ L1=IC E. LE.=-)3E E4C)LE/).........

9$6 Instrucciones a un 2it$...................................................................................................... ....

9$7 Instrucciones de Temporización$.................................................................................... ....

9$8 Instrucciones de Contador$.............................................................................................. ....9$9 Instrucciones de Comparación$...................................................................................... ....

9$; Instrucciones Matemáticas$............................................................................................. ....

C)PT-L "

4I4TEM)4 0E C.T/L......................................................................................................... ....

;$6 4istemas$............................................................................................................................ ....

;$7 4istemas de control lazo abierto y cerrado$.................................................................. .... ;$7$6 Elementos básicos de un sistema en lazo abierto$.................................................. ....

;$7$7 Elementos básicos de un sistema en lazo cerrado$ ................................................. ....

;$8 Estrategias de Control$..................................................................................................... ....

;$9 Control 0igital$................................................................................................................... ....

;$; Modelos Matemáticos para 4istemas$........................................................................... ....

;$< Modelos de 4istemas$...................................................................................................... ....

;$<$6 2loques 5uncionales de 4istemas 5lu(dicos$............................................................ ....

;$? 5ormación de un modelo para un 4istema 5lu(dico$................................................... .... ;$?$6 Ejemplo de otro modelo de 4istema 5lu(dico$...............................................................

;$@ Modelos mediante 0iagramas de 2loques$.................................................................. ....

;$@$6 peraciones elementales$............................................................................................ ....

;$@$7 Algebra elemental de bloques$.................................................................................... ....

;$@$8 Ejemplo de 4impli'icación de 0iagramas de 2loques$............................................ ....

3



;$B El Error en Estado Estable$............................................................................................. ....

;$6 Clasi'icación de los 4istemas de Control$................................................................... ....

;$6$6 Error en Estado Estacionario$.................................................................................... ....

;$6$7 Error en estado Estable para di'erentes Entradas$ ................................................ ....

;$6$8 Ejemplo de Error en Estado estable$........................................................................ ....

C)PT-L "I

C.CL-4I.E4........................................................................................................................ ....

C)PT-L "III

).ED4....................................................................................................................................... ....

)neo 6F GM).-)L THC.IC E4T)CI1. L)2!"LT 8;8 C)LI2/)CI1. 0EI.4T/-ME.T4$................................................................................................................... ....

6$7 C)LI2/)CI1. 0E I.4T/-ME.T4....................................................................... ..

).ED 7F G"I0E4 0E C.CIMIE.T 0EL PLC IM 4L-CI1. )P/ACTIC)4 0E L)2/)T/IJ........................................................................................ ..

).ED 8F GI.5/M)CI1. 0EL PLC IM E. )/CKI"4 P05%sJ................................

/E5E/E.CI)4 2I2LI=/)5IC)4 "I/T-)LE4......................................................... ..

4



Íi/0 0 Fi4567

5igura 7$6 Partes Principales del )utomatismo$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$65igura 7$7 /epresentación grá'ica de lazo abierto$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$65igura 7$8 /epresentación grá'ica lazo cerrado$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$65igura 7$9 =rá'ica de una se:al 0igital$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$65igura 7$; =rá'ica de una se:al )nalógica$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$65igura 7$< /esumen de 4e:ales )nalógicas y 0iscretas$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$75igura 7$? Comparación de 4e:al )nalógica #s$ 0igital$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$75igura 7$@ Componentes que integran un )utomatismo$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$7

5igura 8$6 /esumen de )utomatismos Cableados$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$75igura 8$7 /esumen de )utomatismos Programados$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$75igura 8$8 Tabla de 0i'erencias entre los )utomatismos$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$75igura 8$9 PLC IM$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$75igura 8$; /esumen de la Kistoria de los PLCs$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$85igura 8$< Ejemplos de )plicación de un PLC$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$85igura 8$? Estructura de un PLC$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$85igura 8$@ PLC compacto$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$85igura 8$B PLC semi!modular$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$85igura 8$6 PLC modular$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$85igura 8$66 0iagrama de 2loques de la Estructura de un PLC$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$95igura 8$67 Imagen de Elementos de Estructura de un PLC$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$95igura 8$68 Memorias de los PLCs$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$95igura 8$69 Ejemplo de Entradas y 4alidas de un PLC$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$9

5igura 9$6 Elementos 2ásicos de Lenguaje Escalera$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$95igura 9$7 Ejemplo de Lenguaje Escalera$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$95igura 9$8 4(mbolo de Contacto .ormalmente )bierto$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$9

5igura 9$9 4(mbolo de Contacto .ormalmente Cerrado$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$95igura 9$; 4(mbolo de una 2obina$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$95igura 9$< 4(mbolo de 2obina 4ET y /E4ET respecti#amente$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$95igura 9$? 4(mbolo de Timer .>55 0alay$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$;5igura 9$@ 4(mbolo de Contador$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$;5igura 9$B 4(mbolo de Instrucción Igual ENO$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$;5igura 9$6 4(mbolo de Instrucción 0i'erente .EO$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$;5igura 9$66 4(mbolo de Instrucción Menor LTO$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$;5igura 9$67 4(mbolo de Instrucción Menor o Igual LEO$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$;5igura 9$68 4(mbolo de Instrucción Mayor =TO$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$;5igura 9$69 4(mbolo de Instrucción Mayor o Igual =EO$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$;

5igura 9$6; 4(mbolo de Instrucción 4uma )00O$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$;5igura 9$6< 4(mbolo de Instrucción /esta 4-2O$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$;5igura 9$6? 4(mbolo de Instrucción Multiplicación M-LO$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$;5igura 9$6@ 4(mbolo de Instrucción 0i#isión 0I"O$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$;

5igura ;$6 4istema básico a partir de una estación de generación de energ(a$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$;5igura ;$7 4istema de Control de Temperatura$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$;5igura ;$8 Elementos 2ásicos de un 4istema Lazo )bierto$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$<



5igura ;$9 Elementos 2ásicos de un 4istema en Lazo Cerrado$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$<5igura ;$; Modo de Control de 0os Posiciones$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$<5igura ;$< Control Proporcional$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$<5igura ;$? 4istema de Control de .i#el Proporcionar$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$<5igura ;$@ 4istema de Control 0igital en Lazo )bierto para 4istemas en Tiempo Continuo$$$$$$$$$<5igura ;$B 4istema de Control 0igital en Lazo Cerrado para 4istemas en Tiempo Continuo$$$$$$$<

5igura ;$6 2loque 5uncional de un 4istema 5lu(dico$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$<5igura ;$66 Ejemplos de /esistencias Kidráulicas$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$<5igura ;$67 Capacitancia Kidráulica$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$<5igura ;$68 Inertancia Kidráulica$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$?5igura ;$69 -n 4istema Kidráulico$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$?5igura ;$6; 4istema Kidráulico$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$?5igura ;$6< 4(mbolos Principales de 0iagramas de 2loques$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$?5igura ;$6? 5unción de bloque$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$?5igura ;$6@ Combinación de 4e:ales a tra#s del 4umador$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$?5igura ;$6B /eglas Elementales para 4impli'icar$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$@5igura ;$7 4impli'icación de Ejemplo$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$@5igura ;$76 Ejemplo de 4impli'icación de 0iagramas de 2loques$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$@5igura ;$77 0iagrama de 2loques del 4istema$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$@5igura 9$;8 /elación entre Entrada y 4alida para la "arilla$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$@5igura ;$79 5unción de Trans'erencia y /esistencia Kidráulica de la Tuber(a de 4alida$$$$$$$$$$$$$$@5igura ;$7; /elación de la Trayectoria con Entradas y 4alidas, 5unción de Trans'erencia -nitariy 5unción de Trans'erencia con ambas Entradas$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$@5igura ;$7< 4impli'icación de Ecuación y crecimiento eponencial para alcanzar el "alor enEstado Estable de k $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$@5igura ;$7? -bicación del Error en Estado Estacionario$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$@5igura ;$7@ 4istema de Control con /ealimentación -nitaria$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$B5igura ;$7B Ejemplos de 8 tipos de 4istemas$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$B5igura ;$8 )nálisis Matemático del Error Estacionario$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$B5igura ;$86 4olución para un Error de Estado Estable$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$B5igura ;$87 Error en Estado Estable para una Entrada Escalón$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$B5igura 9$88 Error en Estado Estable para una Entrada /ampa$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$B5igura ;$89 Error en Estado Estable para una Entrada Parábola$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$B5igura ;$8; 4istema de Control de .i#el de L(quido$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$B5igura ;$8; 5iguras 9$8;a y 9$8;b$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$B



CAPÍTULO I

INTRODUCCIÓN, PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA, OB'ETIVOS,

'USTIFICACIÓN.

I54//i8

)ctualmente en el Instituto Tecnológico de Toluca ITTO cuenta con di#ersos equipos

tecnológicos para di'erentes especialidades como lo es mecatrónica, electrónica y

laboratorios de manu'actura y automatización$ Incluido en estos equipos tecnológicos

se encuentran el PLC IM i8)67D>68C69Q4KE y el tablero Lab!"olt de control de

ni#el$

In'ortunadamente el PLC IM no cuenta con un manual de usuario por lo que no son

utilizados de la mejor manera$

0e igual manera, el tablero Lab!"olt de control de ni#el, no cuenta con su manual de

usuario, o simplemente, un documento que contenga los componentes que lo

integran, as( como sus caracter(sticas o 'ormas de operarlo$

-na posible solución a esto, es la elaboración de un manual pro'esor!alumno que

contenga la in'ormación necesaria para operar los dos equipos antes mencionados$

Esto con la 'inalidad de introducir a los alumnos y al pro'esor al manejo del tablero

Lab!"olt por medio de un control basado en el PLC IM, realizando prácticas

sencillas que el alumno pueda realizar y comprender de una mejor manera los

conocimientos adquiridos en la materia de Controladores Lógicos Programables$

El a'án de realizar este manual de prácticas es poder realizar proyectos de control y

automatización del tablero Lab!"olt con ayuda del PLC IM$

7



/ealizar mejoras a las prácticas con base en las necesidades que el alumno as( lo

requiera, o bien, 'ijarse nue#os retos$ El manual solo es una *erramienta de

introducción al manejo del PLC IM$

8



1.1 P9606:i0 09 P5;90:6

5alta de gu(as o manuales que contengan prácticas de laboratorio para realizar

proyectos escolares, que conduzcan a un mejor aprendizaje del alumno, as( como,

conocer los dispositi#os que en su 'uturo utilizará a ni#el industrial$

1.2 O;<0i=7

1.2.1 O;<0i= G00569

Elaborar un manual de prácticas para del tablero de control de ni#el de agua Lab!"oltusando el PLC IM i8)67D>68C69Q4KE$

1.2.2 O;<0i=7 P65i/496507

• Presentar las caracter(sticas generales del PLC IM i8)67D>68C69Q4KE$

• Presentar caracter(sticas espec('icas del plc para las prácticas con el módulo

de ni#el de agua$

• -so del so'tRare del plc imo para prácticas con el módulo de ni#el de agua

lab#olt

• Implementar un manual de siete prácticas para el PLC IM

i8)67D>68C69Q4KE tomando en cuenta las con'iguraciones básicas$

9



1.3 '47i>i/6/i8

La 'alta de estaciones de trabajo *acen que las prácticas no se lle#en a cabo en

tiempo y 'orma, lo cual genera que en muc*as ocasiones los temas que son de(ndole práctico, no logren eplicarse de la manera adecuada, lo que lle#a a que el

alumno no entienda ste y pierda el inters sobre la materia$

Este trabajo se desarrolla por la necesidad de contar con un manual de prácticas

para que el alumno logre entender el 'uncionamiento del PLC para laboratorio de

Ingenier(a Mecatrónica espec('icamente del área de PLC%s como un apoyo didáctico

en la utilización de los PLCs$

En las prácticas se demuestra cómo resol#er distintos problemas de automatización

de procesos teniendo en cuenta las siguientes #entajasF

• Con el uso de esta *erramienta se espera que los estudiantes logren

interesarse más en la programación del PLC, sin tener alg+n problema, y as(

poder realizar sus proyectos tanto escolares como pro'esionales$

• 4e busca que el manual sea incorporado como material de apoyo en el

laboratorio de PLCs de Ing$ Mecatrónica as( como proporcionar su'iciente

in'ormación sobre la aplicación y programación del PLC$

10



1." D09i:i6/i8

El alcance que tendrá la realización de este proyecto dentro del Instituto Tecnológico

de Toluca, en el laboratorio de automatización de la carrera de Ingenier(aMecatrónica, será la de desarrollar un manual de prácticas para el tablero Lab!"olt

de control de ni#el con PLC IM i8)67D>68C69Q4KE$

Este proyecto se realiza con la 'inalidad de que al trmino del trabajo, el manual sea

una *erramienta +til para el manejo y conocimiento del PLC IM y tablero Lab!"olt

de control de ni#el, con el objeti#o de que los alumnos conozcan *erramientas que

utilizarán en un 'uturo a ni#el industrial y los conocimientos adquiridos en las

asignaturas que tengan relación con estas dos *erramientas puedan ser repasados

de manera práctica$

11



CAPÍTULO II

ESTRUCTURA DE UN AUTOMATISMO

2.1 E6?67 0 4 A4:6i7:.

Prácticamente todas las industrias del mundo poseen al menos un peque:o sistema

automático en sus procesos o máquinas, lo cual signi'ica que la automatización es un

área que está permanentemente en contacto con nosotros$

Por esa razón debemos estar preparados y conocer el 'uncionamiento de dic*os

sistemas, por insigni'icantes que parezcan$El conjunto de tcnicas que tienen por objeto la regulación, el mando y la

organización de máquinas que realizan determinado trabajo, sin la inter#ención

*umana directa sobre sus elementos de salida se le conoce como automatización$

0e aqu( se desprende que, un automatismo es un dispositi#o elctrico, electrónico,

neumático, etc$ capaz por si solo de controlar la operación de una máquina o proceso

de acuerdo a los parámetros con los cuales *a sido dise:ado$

Con un sistema automático se busca principalmente aumentar la e'iciencia del

proceso incrementando la #elocidad, la calidad, la precisión y disminuir los riesgos

que normalmente se tendr(an en la tarea si 'uese realizada en 'orma manual$

-n sistema automatizado es un sistema donde se tras'ieren tareas de producción,

realizadas *abitualmente por operadores *umanos a un conjunto de elementos

tecnológicos$ -n sistema automatizado consta de dos partes principalesF

P650 0 M6

P650 O?056i=6

L6 P650 O?056i=6 es la parte que act+a directamente sobre la máquina$ 4on los

elementos que *acen que la máquina se mue#a y realice la operación deseada$ Los

elementos que 'orman la parte operati#a son los actuadores de las máquinas como

12



motores, cilindros, compresores y los sensores como 'otodiodos, 'inales de carrera,

etc$

L6 P650 0 M6 suele ser un autómata programable tecnolog(a programadaO,

aunque *asta *ace poco se utilizaban rele#adores electromagnticos, tarjetas

electrónicas o módulos lógicos neumáticos tecnolog(a cableadaO$

En un sistema de 'abricación automatizado el autómata programable está en el

centro del sistema$

Este debe ser capaz de comunicarse con todos los constituyentes de sistema

automatizado$

-na #ez entendiendo lo que es un sistema automatizado, es necesario saber cuáles

son los componentes del automatismo$

Los automatismos están compuestos de tres partes principales, como son laobtención de se:ales por parte de los sensores, el procesamiento de dic*as se:ales

*ec*o por procesadores inteligentes y la ejecución de las respuestas e'ectuada por

los actuadores$ En la 'igura 7$6 se muestran las partes principales del )utomatismo$

5igura 7$6 Partes Principales del )utomatismo$

13



2.2 O;<0i=7 0 96 A4:6i@6/i8.

• Mejorar la producti#idad de la empresa, reduciendo los costes de la

producción y mejorando la calidad de la misma$•

Mejorar las condiciones de trabajo del personal, suprimiendo los trabajospenosos e incrementando la seguridad$

• /ealizar las operaciones imposibles de controlar intelectual manualmente$• Mejorar la disponibilidad de los productos, pudiendo pro#eer las cantidades

necesarias en el momento preciso$• 4impli'icar el mantenimiento de 'orma que el operario no requiera grandes

conocimientos para la manipulación del proceso producti#o$• Integrar la gestión y producción$

2.3 Ti?7 0 C59.

Los 4istemas de control, seg+n la teor(a ciberntica, se aplican en esencia para

los organismos #i#os, las máquinas y las organizaciones$ Estos sistemas 'ueron

relacionados por primera #ez en 6B9@ por .orbert Siener en su obra Ciberntica y

4ociedad con aplicación en la teor(a de los mecanismos de control$ -n sistema decontrol está de'inido como un conjunto de componentes que pueden regular su

propia conducta o la de otro sistema con el 'in de lograr un 'uncionamiento

predeterminado, de modo que se reduzcan las probabilidades de 'allos y se

obtengan los resultados buscados$

Koy en d(a los procesos de control son s(ntomas del proceso industrial que estamos#i#iendo$ Estos sistemas se usan t(picamente en sustituir un trabajador pasi#o que

controla un determinado sistema ya sea elctrico, mecánico, etc$O con una

posibilidad nula o casi nula de error, y un grado de e'iciencia muc*o más grande que

el de un trabajador$ Los sistemas de control más modernos en ingenier(a

14

http://es.wikipedia.org/wiki/Cibern%C3%A9tica

http://es.wikipedia.org/wiki/Ser_vivo

http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina

http://es.wikipedia.org/wiki/Organizaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Norbert_Wiener

http://es.wikipedia.org/wiki/Cibern%C3%A9tica

http://es.wikipedia.org/wiki/Ser_vivo

http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina

http://es.wikipedia.org/wiki/Organizaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Norbert_Wiener



automatizan procesos en base a muc*os parámetros y reciben el nombre de

controladores de automatización programables P)CO$

Los sistemas de control deben conseguir los siguientes objeti#osF

6$ 4er estables y robustos 'rente a perturbaciones y errores en los modelos$

7$ 4er e'iciente seg+n un criterio preestablecido e#itando comportamientos bruscos e

irreales$

2.3.1 C967i>i/6/i8 0 97 7i70:67 0 C59 70 74 /:?56:i0.

2.3.1.1 Si70:6 0 /59 0 96@ 6;i05.

Es aquel sistema en que solo act+a el proceso sobre la se:al de entrada y da como

resultado una se:al de salida independiente a la se:al de entrada, pero basada en la

primera$ Esto signi'ica que no *ay retroalimentación *acia el controlador para que

ste pueda ajustar la acción de control$ Es decir, la se:al de salida no se con#ierte en

se:al de entrada para el controlador$ Ejemplo 6F el llenado de un tanque usando una

manguera de jard(n$ Mientras que la lla#e siga abierta, el agua 'luirá$ La altura del

agua en el tanque no puede *acer que la lla#e se cierre y por tanto no nos sir#e para

un proceso que necesite de un control de contenido o concentración$ Ejemplo 7F )l

*acer una tostada, lo que *acemos es controlar el tiempo de tostado de ella mismaentrando una #ariable en este caso el grado de tostado que queremosO$ En

de'initi#a, el que nosotros introducimos como parámetro es el tiempo$

Estos sistemas se caracterizan porF

• 4er sencillos y de 'ácil concepto$

15

http://es.wikipedia.org/wiki/Controlador_de_Automatizaci%C3%B3n_Programable

http://es.wikipedia.org/wiki/Controlador_de_Automatizaci%C3%B3n_Programable



• .ada asegura su estabilidad ante una perturbación$

• La salida no se compara con la entrada$

•

4er a'ectado por las perturbaciones$ Hstas pueden ser tangibles o intangibles$

• La precisión depende de la pre#ia calibración del sistema$

En la 'igura 7$7 se muestra grá'icamente como se representa un control lazo abierto$

5igura 7$7 /epresentación grá'ica de lazo abierto$

2.3.1.2 Si70:6 0 /59 0 96@ /0556.

4on los sistemas en los que la acción de control está en 'unción de la se:al de

salida$ Los sistemas de circuito cerrado usan la retroalimentación desde un resultado

'inal para ajustar la acción de control en consecuencia$ El control en lazo cerrado es

imprescindible cuando se da alguna de las siguientes circunstanciasF

! Cuando un proceso no es posible de regular por el *ombre$

16



! -na producción a gran escala que eige grandes instalaciones y el *ombre no es

capaz de manejar$

! "igilar un proceso es especialmente di'(cil en algunos casos y requiere una

atención que el *ombre puede perder 'ácilmente por cansancio o despiste, con los

consiguientes riesgos que ello pueda ocasionar al trabajador y al proceso$

4us caracter(sticas sonF

• 4er complejos, pero amplios en cantidad de parámetros$

• La salida se compara con la entrada y le a'ecta para el control del sistema$

• 4u propiedad de retroalimentación$

• 4er más estable a perturbaciones y #ariaciones internas$

-n ejemplo de un sistema de control de lazo cerrado ser(a el termo tanque de agua

que utilizamos para ba:arnos$ tro ejemplo ser(a un regulador de ni#el de gran

sensibilidad de un depósito$ El mo#imiento de la boya produce más o menosobstrucción en un c*orro de aire o gas a baja presión$ Esto se traduce en cambios de

presión que a'ectan a la membrana de la #ál#ula de paso, *aciendo que se abra más

cuanto más cerca se encuentre del ni#el máimo$

En la 'igura 7$8 se muestran los componentes en un diagrama de bloques del lazo

cerrado$

17

http://es.wikipedia.org/wiki/Retroalimentaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Retroalimentaci%C3%B3n



5ig$ 7$8 /epresentación grá'ica lazo cerrado$

2." C967i>i/6/i8 0 S06907.Eisten dos principales grupos de se:ales, como lo sonF

• 4e:ales )nalógicas• 4e:ales 0igitales

-na 7069 ii69 transmitida a tra#s de una l(nea de comunicación, como puede

ser un cable, es simplemente una sucesión de impulsos elctricos, que pueden

interpretarse +nicamente como #alores altos 6O o #alores bajos O$ "ase la 'igura

7$9 en la cual se representa la grá'ica que corresponde a una se:al digital y elcomportamiento que tiene con'orme al tiempo$

18

http://www.ecured.cu/index.php/Comunicaci%C3%B3n

http://www.ecured.cu/index.php/Comunicaci%C3%B3n



5igura 7$9 =rá'ica de una se:al 0igital$

Por otra parte la 7069 6698i/6 es aquella que presenta una #ariación continua

con el tiempo, es decir, que a una #ariación su'icientemente signi'icati#a del tiempo le

corresponderá una #ariación igualmente signi'icati#a del #alor de la se:al la se:al es

continuaO$ Toda se:al #ariable en el tiempo, por complicada que sta sea, se

representa en el ámbito de sus #alores espectroO de 'recuencia$ bser#e la 'igura

7$; que muestra el comportamiento de la se:al analógica con respecto al tiempo$

5igura 7$; =rá'ica de una se:al )nalógica$

En la 'igura 7$< se muestra un resumen de los tipos de se:ales que eisten$

19



5igura 7$< /esumen de 4e:ales )nalógicas y 0iscretas$

En la 'igura 7$? se comparan las dos se:ales, tanto analógica como digital, y

obser#amos que la respuesta de cada se:al se #isualiza en ellas, una se:al

analógica muestra una respuesta de rampa, es decir, que es proporcional con'orme

al tiempo, mientras que una se:al discreta, representa una repuesta de escalón$

20



5igura 7$? Comparación de 4e:al )nalógica #s$ 0igital$

2. D07/5i?/i8 0 97 /:?007 40 i056 4 A4:6i7:.

2..1 M4i6 P966.

Es el elemento principal del control automático$ Puede estar constituido por un +nico

aparato motor elctrico, bomba *idráulica, compresor de aire, máquina Kerramienta,

etc$O por un conjunto de dispositi#os dispuestos en planta con una 'inalidad

concreta Climatización de zona, sistema de riego, cinta transportadora, etc$O$

2..2 F400 0 E056.

Es el medio empleado para realizar el control$ En un automatismo elctrico este

medio lo constituye la energ(a elctrica aplicada en sus distintas 'ormas, como las

tensiones continuas o alternas de baja potencia para la alimentación de dispositi#os

de control y 4e:alización alimentación secundariaO y>o aquellas otras de mayor

potencia utilizadas para mo#er las máquinas o actuar sobre las plantas alimentación

21



primariaO$En automatismos de naturaleza neumática, *idráulica o mecánica

inter#ienen otras 'uentes de energ(a obtenidas, respecti#amente, a partir de la 'uerza

del aire, la 'uerza de alg+n l(quido o por la transmisión y trans'ormación de

mo#imientos$

2..3 C5965 A48:66.

Es el dispositi#o o conjunto de dispositi#os encargados de establecer el Criterio de

control$ Partiendo de la se:al proporcionada por el detector o sensor encla#ado en la

máquina o planta, y de acuerdo con las indicaciones del operador o de alg+n criterio

de actuación pre#iamente de'inido, determina la correspondiente se:al de control

que debe ser aplicada al actuador para mantener la máquina o la planta en las

condiciones de 'uncionamiento pre#istas$

2.." A/465.

Es el dispositi#o utilizado para modi'icar la aportación de energ(a que se suministra a

la máquina o a la planta$ El mayor o menor aporte energtico que pro#oca el

actuador está en consonancia con la se:al de control que le suministra el

controlador$ Kallamos actuadores t(picos en automatismos elctricos en los rels, los

contactores, las electro#ál#ulas, las #ál#ulas motorizadas, los tiristores, etc$

2.. S075.

Es el elemento empleado para medir o detectar la magnitud de la #ariable que

deseamos controlar$ )dquiere o detecta el ni#el del parámetro objeto de control yen#(a la correspondiente se:al, *abitualmente elctrica, al dispositi#o

controlador$ )lgunos sensores de uso 'recuente en automatismos sonF tacómetros,

codi'icadores digitales, sensores de proimidad, sondas de temperatura, de presión o

de ni#el, etc$

22



2.. O?0565.

Es el conjunto de elementos de mando y se:alización que 'acilita el intercambio de

in'ormación entre personas y automatismos para modi'icar o corregir las condiciones

de actuación de la máquina o planta bajo control$ 0ebemos considerar que la

mayor(a de los automatismos deben posibilitar que el ser *umano incida de 5orma

directa, y en el instante deseado, sobre el proceso, con el objeti#o de sol#entar

situaciones de a#er(a, de mantenimiento o de emergencia$

En la 'igura 7$@ se muestran los componentes que integran un automatismo, as(

como el lugar que ocupan dentro del sistema y la relación que eiste entre ellos$

5igura 7$@ Componentes que integran un )utomatismo$

23

Alimentación

primaria Circuito de

potenciaSeñal de Control

Medició

Máquina

o Planta

Circuito de

alimentació

Fuente de energía

Controlador

o Autómata

Circuito de

control

Actuador

Sensor

Alimentación

secundaria

Mando y

señalización

Operado



CAPÍTULO III

ESTRUCTURA DE LOS CONTROLADORES LÓGICOS

PROGRAMABLES

3.1 D0>ii/i8

Kasta no *ace muc*o tiempo el control de procesos industriales se #en(a *aciendo

de 'orma cableada por medio de contactores y relees$ )l operario que se encontraba

a cargo de este tipo de instalaciones, se le eig(a tener altos conocimientos tcnicos

para poder realizarlas y posteriormente mantenerlas$

)demás cualquier #ariación en el proceso supon(a modi'icar '(sicamente gran parte

de las coneiones de los montajes, siendo necesario para ello un gran es'uerzo

tcnico y un mayor desembolso económico$ En la actualidad no se puede entender

un proceso complejo de alto ni#el desarrollado por tcnicas cableadas$

El ordenador y los Controladores Lógicos Programables *an inter#enido de 'orma

considerable para que este tipo de instalaciones se *ayan #isto sustituidas por otras

controladas de 'orma programada$ El Controlador Lógico Programable PLCO nació

como solución al control de circuitos complejos de automatización$ Por lo tanto se

puede decir que un PLC no es más que un aparato electrónico que sustituye los

circuitos auiliares o de mando de los sistemas automáticos$ ) l se conectan los

captadores 'inales de carrera, pulsadores, etc$O por una parte, y los actuadores

bobinas de contactores, lámparas, peque:os receptores, etc$O por otra$

Los automatismos cableados, tambin llamados de lógica cableada, tienen una

arquitectura básicamente r(gida de tal 'orma que al dise:arlas se debe tomar en

cuenta que cualquier cambio en el proceso, por insigni'icante que ste sea, implica la

modi'icación de elementos, cambio de coneiones y en algunos casos *asta el

24



redise:o de todo el sistema$ En la 'igura 8$6 se muestra un resumen de los

automatismos cableados$

5igura 8$6 /esumen de )utomatismos Cableados$

Los Controladores Lógico Programables PLCO 'ueron in#entados como respuesta a

las necesidades de la industria automotriz$ Inicialmente 'ueron adoptados por las

empresas para sustituir la lógica cableada$ En 6B<@ =M Kydramatic la di#isión de

transmisiones automáticas de =eneral MotorsO emitió una solicitud para realizar una

propuesta que sustituyera la lógica cableada$ La propuesta ganadora 'ue realizada

por 2ed'ord )ssociates$ El primer PLC 'ue el M0IC. @9$

"ase la 'igura 8$7 en la cual se muestra un resumen de los )utomatismosProgramados$

25



5igura 8$7 /esumen de )utomatismos Programados$

En algunas ocasiones es di'(cil identi'icar las di'erencias que eisten entre los dos

tipos de automatismo, en la 'igura 8$8 se muestra una tabla en la cual obser#amos

las di'erencias que eisten entre estos$

26



5igura 8$8 Tabla de 0i'erencias entre los )utomatismos$

H4J 07 4 C5965 L8i/ P556:6;90K

-n controlador lógico programable Programable Logic Controller PLCO 'igura 8$9 es

un dispositi#o operado digitalmente, que usa una memoria para el almacenamiento

interno de instrucciones con el 'in de implementar 'unciones espec('icas, tales como

lógica, secuenciación, registro y control de tiempos, conteo y operaciones

aritmticas, para controlar a tra#s de entradas>salidas digitales o analógicas, #arios

tipos de máquinas o procesos$

27



5igura 8$9 PLC IM$

Los PLC%s operan de manera secuencial y c(clica, es decir, una #ez 'inalizado elrecorrido completo de un programa, comienza a ejecutar su primera instrucción$

Los Controladores Lógicos Programables son máquinas secunciales que ejecutancorrelati#amente las instrucciones indicadas en el programa de usuario almacenado

en su memoria, generando unas órdenes o se:ales de mando a partir de las se:alesde entrada le(das de la planta aplicaciónOF al detectarse cambios en las se:ales, elautómata reacciona seg+n el programa *asta obtener las órdenes de salidanecesarias$

Esta secuencia se ejecuta continuamente para conseguir el control actualizado delproceso$ La secuencia básica de operación del autómata se puede di#idir en tres'ases principalesF Lectura de se:ales desde la inter'az de entradas$ Procesado delprograma para obtención de las se:ales de control$ Escritura de se:ales en lainter'az de salidas$

) 'in de optimizar el tiempo, la lectura y escritura de las se:ales se realiza a la #ezpara todas las entradas y salidas& Entonces, las entradas le(das de los módulos deentrada se guardan en una memoria temporal Imagen entradasO$

28



) esta acude la CP- en la ejecución del programa, y seg+n se #a obteniendo las

salidas, se guardan en otra memoria temporal imagen de salidaO$ -na #ez ejecutado

el programa completo, estas imágenes de salida se trans'ieren todas a la #ez al

módulo de salida$

3.2 A0/0007 0 97 C596507 L8i/7 P556:6;907.

Los PLC se introdujeron por primera #ez en la industria en 6B< aproimadamente$

La razón principal de tal *ec*o 'ue la necesidad de eliminar el gran costo que se

produc(a al reemplazar el complejo sistema de control basado en relees y

contactores$

2ed'ord )ssociates propuso algo denominado C5965 Dii69 M4965

M0IC., Modular 0igital ControlerO a un gran 'abricante de coc*es$ tras

compa:(as propusieron a la #ez esquemas basados en ordenador, uno de los cuales

estaba basado en el P0P!@$ El M0IC. @9 4c*eiderO resultó ser el primer PLC

del mundo en ser producido comercialmente$ El problema de los rels era que

cuando los requerimientos de producción cambiaban tambin lo *ac(a el sistema de

control$ Esto comenzó a resultar bastante caro cuando los cambios 'ueron

'recuentes$ 0ado que los rels son dispositi#os mecánicos y poseen una #ida

limitada se requer(a un estricto mantenimiento plani'icado$ Por otra parte, a #eces se

deb(an realizar coneiones entre cientos o miles de rels, lo que implicaba un

enorme es'uerzo de dise:o y mantenimiento$

Los nue#os controladores deb(an ser 'ácilmente programables por ingenieros de

planta o personal de mantenimiento$ El tiempo de #ida deb(a ser largo y los cambios

en el programa ten(an que realizarse de 'orma sencilla$ 5inalmente se impon(a que

trabajaran sin problemas en entornos industriales ad#ersos$ La solución 'ue elempleo de una tcnica de programación 'amiliar y reemplazar los rels mecánicos

por rels de estado sólido$

) mediados de los ? las tecnolog(as dominantes de los PLC eran máquinas de

estado secuencial y CP- basadas en desplazamiento de bit$ Los microprocesadores

29



con#encionales cedieron la potencia necesaria para resol#er de 'orma rápida y

completa la lógica de los peque:os PLC$ Por cada modelo de microprocesador *ab(a

un modelo de PLC basado en el mismo$

Las *abilidades de comunicación comenzaron a aparecer en 6B?8

aproimadamente$ El primer sistema 'ue el bus Modicon ModbusO$ El PLC pod(a

a*ora dialogar con otros PLC y en conjunto pod(an estar aislados de las máquinas

que controlaban$ Tambin pod(an en#iar y recibir se:ales de tensión #ariables,

entrando en el mundo analógico$

0esa'ortunadamente, la 'alta de un estándar acompa:ado con un continuo cambio

tecnológico *a *ec*o que la comunicación de PLC sea un maremagnum de sistemas'(sicos y protocolos incompatibles entre si$ .o obstante 'ue una gran dcada para los

PLC$

En los @%s se produjo un intento de estandarización de las comunicaciones con el

protocolo M)P Manu'acturing )utomation ProtocolO de =eneral MotorUs$ Tambin 'ue

un tiempo en el que se redujeron las dimensiones del PLC y se pasó a programar

con programación simbólica a tra#s de ordenadores personales en #ez de los

clásicos terminales de programación$ Koy d(a el PLC más peque:o es del tama:o de

un simple relee$

Los B%s *an mostrado una gradual reducción en el n+mero de nue#os protocolos, y

en la modernización de las capas '(sicas de los protocolos más populares que

sobre#i#ieron a los @$ El +ltimo estándar IEC 6686!8O intenta uni'icar el sistema de

programación de todos los PLC en un +nico estándar internacional$ )*ora

disponemos de PLCUs que pueden ser programados en diagramas de bloques, lista

de instrucciones y teto estructurado al mismo tiempo$

Kagamos un resumen de la *istoria de los PLCs, #ase la 'igura 8$; /esumen de la

Kistoria de los PLC%s$

30



5igura 8$; /esumen de la Kistoria de los PLCs$

3.3 C6:?7 0 A?9i/6/i8.

El PLC por sus especiales caracter(sticas de dise:o tiene un campo de aplicación

muy etenso$ La constante e#olución del *ardRare y so'tRare ampl(aconstantemente este campo para poder satis'acer las necesidades que se detectan

en el espectro de sus posibilidades reales$

4u utilización se da 'undamentalmente en aquellas instalaciones en donde es

necesario un proceso de maniobra, control, se:alización, etc$, por tanto, su

31



aplicación abarca desde procesos de 'abricación industriales de cualquier tipo a

trans'ormaciones industriales, control de instalaciones, etc$

4us reducidas dimensiones, la etremada 'acilidad de su montaje, la posibilidad de

almacenar los programas para su posterior y rápida utilización, la modi'icación o

alteración de los mismos, etc$, *acen que un autómata programable suela emplearse

en procesos industriales que tengan una o #arias de las siguientes necesidadesF

V Espacio reducido$

V Procesos de producción periódicamente cambiantes$

V Procesos secuenciales$

V Maquinaria de procesos #ariables$

V Instalaciones de procesos complejos y amplios$

V C*equeo de programación centralizada de las partes del proceso$

A?9i/6/i07 0056907&

V Maniobra de máquinas$

V Maniobra de instalaciones$

V 4e:alización y control$

Tal y como dijimos anteriormente, esto se re'iere a los autómatas programables

industriales, dejando de lado los peque:os autómatas para uso más personal como

32



se obser#a en la 'igura 8$< que se pueden emplear, incluso, para automatizar

procesos en el *ogar, como la puerta de un coc*era o las luces de la casaO$

5igura 8$< Ejemplos de )plicación de un PLC$

3." C967i>i/6/i8 0 97 C596507 L8i/7 P556:6;907.

El trmino estructura eterna o con'iguración eterna de un Controlador Lógico

programable industrial se re'iere al aspecto '(sico eterior del mismo, bloques o

elementos en que está di#idido$ En la 'igura 8$? se muestra la estructura de un PLC$

33



5igura 8$? Estructura de un PLC$

)ctualmente son tres las estructuras más signi'icati#as que eisten en el mercadoF

• Estructura compacta

• Estructura semi!modular$ Estructura )mericanaO$

• Estructura modular$ Estructura EuropeaO$

E754/456 /:?6/6.

Este tipo de Controlador Lógico Programable se distingue por presentar en un solo

bloque todos sus elementos, esto es, 'uente de alimentación, CP-, memorias,

entradas>salidas, etc$ 4on los PLC de gama baja o nanoautómatas los que suelen

34



tener una estructura compacta$ 4u potencia de proceso suele ser muy limitada

dedicándose a controlar máquinas muy peque:as o cuadros de mando$ "ase la

'igura 8$@ la que muestra la 'orma '(sica de un PLC compacto$

5igura 8$@ PLC compacto$

E754/456 70:i-:4965.

4e caracteriza por separar las E>4 del resto del Controlador Lógico Programable, detal 'orma que en un bloque compacto están reunidas las CP-, memoria de usuario o

de programa y 'uente de alimentación y separadamente las unidades de E>4 $ 4on

los Controlador Lógico Programable de gama media los que suelen tener una

estructura semimodular )mericanaO$ En la 'igura 8$B se muestra un PLC semi!

modular$

35



5igura 8$B PLC semi!modular$

E754/456 :4965

4u caracter(stica principal es la de que eiste un módulo para cada uno de los

di'erentes elementos que componen el PLC como puede ser una 'uente de

alimentación, CP-, E>4, etc$ La sujeción de los mismos se *ace por riel 0I., placa

per'orada o sobre /)CW, en donde #an alojado el 2-4 eterno de unión de los

distintos módulos que lo componen$ 4on los PLC de gama alta los que suelen tener

una estructura modular, que permiten una gran 'leibilidad en su constitución$ En la

'igura 8$6 se muestra un PLC de 'orma modular$

36



5igura 8$6 PLC modular$

3. V06<67 D07=06<67 0 97 /596507 L8i/7 P556:6;907.

Para aquellas personas que comienzan a adentrarse en el mundo de los PLC, es

oportuno darles la in'ormación de lo bueno y lo malo de los PLC, para que de esta

manera se cuente con todos los elementos a la *ora de seleccionar el sistema de

control más con#eniente$

Cabe aclarar que aunque se puede automatizar cualquier proceso con un PLC, no

se debe de caer en la tentación de con#ertirlo en la panacea para solucionar todos

los problemas que se nos puedan presentar, por ejemplo, si queremos controlar el

llenado del tinaco de agua que tenemos instalado en nuestra casa, el empleo de un

PLC para realizar esta acti#idad ser(a un desperdicio tecnológico además de

representar un costo muy alto para una tarea muy sencilla $

La utilización de un PLC debe ser justi'icada para e'ectos de optimizar sobre todo losrecursos económicos que en nuestros d(as son muy importantes y escasos$ )

continuación se enlistan las #entajas y des#entajas que trae consigo el empleo de un

PLC$

37



Entre las #entajas tenemosF

V Menor tiempo de elaboración de proyectos$

V Posibilidad de a:adir modi'icaciones sin costo a:adido en otros

componentes$

V M(nimo espacio de ocupación$

V Menor costo de mano de obra$

V Mantenimiento económico$

V Posibilidad de gobernar #arias máquinas con el mismo autómata$

V Menor tiempo de puesta en 'uncionamiento$

V 4i el autómata queda peque:o para el proceso industrial puede seguir siendo

de utilidad en otras máquinas o sistemas de producción$

entre los incon#enientesF

V )diestramiento de tcnicos$

V Costo$

38



)l d(a de *oy los incon#enientes se *an *ec*o nulos, ya que todas las carreras de

ingenier(a incluyen la automatización como una de sus asignaturas$ En cuanto al

costo tampoco *ay problema, ya que *ay autómatas para todas las necesidades y a

precios ajustados$

39



3. E754/456 09 C5965 L8i/.

La estructura básica de cualquier autómata es la siguienteF

V F400 0 69i:06/i8 V CPU

V M849 0 0566 V M849 0 769i6

V T05:i69 0 ?556:6/i8 V P05i>J5i/7.

/especto a su disposición eterna, los autómatas pueden contener #arias de estas

secciones en un mismo módulo o cada una de ellas separadas por di'erentesmódulos$ )s( se pueden distinguir autómatas Compactos y Modulares$ En la 'igura

8$66 se muestra un diagrama de bloques con la estructura de un PLC$

5igura 8$66 0iagrama de 2loques de la Estructura de un PLC$

40



En la 'igura 8$67 se muestran los elementos de la estructura de un PLC$

5igura 8$67 Imagen de Elementos de Estructura de un PLC$

3..1 CPU.

La -nidad Central de Procesos es el autntico cerebro del sistema$ 4e encarga de

recibir las órdenes, del operario por medio de la consola de programación y el

módulo de entradas$ Posteriormente las procesa para en#iar respuestas al módulo

de salidas$ En su memoria se encuentra residente el programa destinado acontrolar el proceso$

41



La CP- es el corazón del autómata programable$ Es la encargada de ejecutar el

programa de usuario mediante el programa del sistema es decir, el programa de

usuario es interpretado por el programa del sistemaO$

4us 'unciones sonF

• "igilar que el tiempo de ejecución del programa de usuario no ecede un

determinado tiempo máimo tiempo de ciclo máimoO$ ) esta 'unción se le

suele denominar Satc*dog perro guardiánO$

• Ejecutar el programa de usuario$

• Crear una imagen de las entradas, ya que el programa de usuario no debe

acceder directamente a dic*as entradas$

• /eno#ar el estado de las salidas en 'unción de la imagen de las mismas

obtenida al 'inal del ciclo de ejecución del programa de usuario$

• C*equeo del sistema$

3..2. M0:5i6 09 A48:66.

0entro de la CP- #amos a disponer de un área de memoria, la cual emplearemos

para di#ersas 'uncionesF

V M0:5i6 09 ?556:6 0 47465i& aqu( introduciremos el programa que

el autómata #a a ejecutar c(clicamente$

V M0:5i6 0 96 6;96 0 67& se suele subdi#idir en zonas seg+n el tipo

de datos como marcas de memoria, temporizadores, contadores, etc$O$

V M0:5i6 09 7i70:6& aqu( se encuentra el programa en código máquina

que monitorea el sistema programa del sistema o 'irmRareO$ Este programa es

42



ejecutado directamente por el microprocesador>microcontrolador que posea el

autómata$

V M0:5i6 0 69:6/06:i0& se trata de memoria eterna que

empleamos para almacenar el programa de usuario, y en ciertos casos parte de la

memoria de la tabla de datos$ 4uele ser de uno de los siguientes tiposF EP/M,

EEP/M, o 5L)4K$ Cada autómata di#ide su memoria de esta 'orma genrica,

*aciendo subdi#isiones espec('icas seg+n el modelo y 'abricante . En la 'igura 8$68

se muestran las memorias de los PLC%s$

5igura 8$68 Memorias de los PLCs$

43



2..3 I05>6/07 0 E!S.

• S0//i8 0 05667& se trata de l(neas de entrada, las cuales pueden ser de tipo digital o analógico$ En ambos casos tenemos unos rangos de

tensión caracter(sticos, los cuales se encuentran en las *ojas de

caracter(sticas del 'abricante$ ) estas l(neas conectaremos los sensores$

• S0//i8 0 769i67& son una serie de l(neas de salida, que tambin

pueden ser de carácter digital o analógico$ ) estas l(neas conectaremos los

actuadores$

Tanto las entradas como las salidas están aisladas de la CP- seg+n el tipo de

autómata que utilicemos$ .ormalmente se suelen emplear opto acopladores en las

entradas y rele#adores>opto acopladores en las salidas$

) este módulo se unen elctricamente los sensores interruptores, 'inales de

carrera, pulsadores, etc$O$

La in'ormación recibida en l, es en#iada a la CP- para ser procesada de acuerdo

la programación residente$

En la 'igura 8$69 se muestran unos ejemplos de entradas para los PLC%s y las

di'erentes 'ormas de tener una de ellas$

44



5igura 8$69 Ejemplo de Entradas y 4alidas de un PLC$

3.." F400 0 69i:06/i8.

Es la encargada de con#ertir la tensión de la red, 66? # c$a$ ó 77# c$a$, a baja

tensión de c$c, normalmente 79 #$ 4iendo esta la tensión de trabajo en los circuitos

electrónicos que 'orma el )utómata$

45



CAPÍTULO IV

PROGRAMACIÓN DE UN CONTROLADOR LÓGICO EN

LENGUA'E ESCALERA

Es un lenguaje grá'ico, deri#ado del lenguaje de rels$ Mediante s(mbolos

representa contactos, bobinas, etc$ 4u principal #entaja es que los s(mbolos

básicos están normalizados seg+n el estándar IEC y son empleados por todos los

'abricantes$

En la 'igura 9$6 se muestran los s(mbolos básicos$

5igura 9$6 Elementos 2ásicos de Lenguaje Escalera$

En estos diagramas la l(nea #ertical a la izquierda representa un conductor contensión, y la l(nea #ertical a la derec*a representa tierra$ bser#e la 'igura 9$7 en

la cual se muestra un ejemplo del lenguaje escalera$

5iguera 9$7 Ejemplo de Lenguaje Escalera$

46



Con este tipo de diagramas se describe normalmente la operación elctrica de

distintos tipos de máquinas, y puede utilizarse para sintetizar un sistema de control

y, con las *erramientas de so'tRare adecuadas, realizar la programación del PLC$

4e debe recordar que mientras que en el diagrama elctrico todas las acciones

ocurren simultáneamente, en el programa se realizan en 'orma secuencial,

siguiendo el orden en el que los escalones 'ueron escritos, y que a di'erencia de

los rels y contactos reales cuyo n+mero está determinado por la implementación

'(sica de estos elementosO, en el PLC se puede considerar que eisten in'initos

contactos auiliares para cada entrada, salida, rel auiliar o interno, etc$

".1 I754//i07 6 4 Bi.

Estas instrucciones operan +nicamente sobre un bit de datos$ 0urante la

operación, el procesador puede ponerlo en condición 'alsa O o #erdadera 6O$

C6/ N5:69:00 A;i05F Es una instrucción de entrada cuyo #alor se

asocia con un dispositi#o eterno, la simbolización en el programa es la que se

muestra en la 'igura 9$8$

5igura 9$8 4(mbolo de Contacto .ormalmente )bierto$

Cuando el dispositi#o de entrada eterno cierra el circuito, se genera un estado de

encendido .O en la terminal de coneión de este dispositi#o$ El estado de laterminal se re'leja en el arc*i#o de datos de entrada en la dirección de un bit en

particular$ Con la terminal de entrada encendida .O, el procesador encuentra

este bit puesto en 6, pro#ocando que la instrucción del contacto sea #erdadera$

Cuando el dispositi#o de entrada abre el circuito, la terminal de coneión está

47



apagada 55O& el procesador encuentra entonces el bit en , pro#ocando que la

instrucción del contacto sea 'alsa$

C6/ 5:69:00 /0556F Es una instrucción de entrada cuyo #alor se

asocia con un dispositi#o eterno, la simbolización en el programa es la que se

obser#a en la 'igura 9$9$

5igura 9$9 4(mbolo de Contacto .ormalmente Cerrado$

Cuando el dispositi#o de entrada eterno no completa el circuito, se indica un

estado de apagado 55O en la terminal de coneión de este dispositi#o$ El estado

de la terminal se re'leja en el arc*i#o de datos de entrada en la dirección de un bit

en particular$ Con la terminal de entrada apagada 55O, el procesador encuentra

este bit puesto en , pro#ocando que la instrucción del contacto sea #erdadera$

Cuando el dispositi#o de entrada cierra el circuito, la terminal de coneión está

encendida .O& el procesador encuentra entonces el bit en 6, pro#ocando que la

instrucción del contacto sea 'alsa$

B;i6F Es una instrucción de salida cuyo #alor se asocia con un dispositi#o

eterno, la simbolización en el programa es como la de la 'igura 9$;$

5igura 9$; 4(mbolo de una 2obina$

El estado de una terminal de salida eterna, está re'lejada en la dirección de un bit

del arc*i#o de datos de salida$ Cuando el procesador encuentra una lógica

#erdadera en el grupo de entradas del circuito donde se encuentra la instrucción

de la bobina, ste coloca un 6 en el bit& al estar el bit en 6 la terminal de salida se

48



enciende y energiza el dispositi#o de salida alambrado en este punto$ 4i la lógica

del circuito donde se encuentra la instrucción de la bobina es 'alsa, el procesador

pone un en el bit, apagando la terminal y des energizando el dispositi#o de

salida$

E#ite duplicar instrucciones de bobina con la misma dirección en un mismo

programa$ .o es con#eniente utilizar más de una #ez una instrucción de bobina

con la misma dirección, ya que pro#ocar(a resultados no deseados$

S69i67 SET RESTF Estas instrucciones de salida pertenecen al grupo que

manejan un solo bit$ La simbolización de las instrucciones SET y RESET se

muestra en la 'igura 9$< y la manera en que aparecen en el programarespecti#amente$

5igura 9$< 4(mbolo de 2obina 4ET y /E4ET respecti#amente$

Estas son instrucciones de salida mantenidas que se pueden utilizar en parejapara la tabla de bit de datos que controlan$ 4e les llama salidas mantenidas

porque se necesita de las dos instrucciones para poder cambiar de estado a un

bit$

4i asignamos una dirección a la instrucción de bobina que corresponda a una

terminal de salida eterna, el dispositi#o de salida alambrado a esta terminal se

energizará cuando el bit de memoria sea puesto en 6$ -na instrucción de bobina

con la misma dirección de salida que la instrucción de bobina anterior, pondrá en

cero el bit de memoria y por consecuencia el dispositi#o de salida alambrado se

des energizará$

49



".2 I754//i07 0 T0:?5i@6/i8.

-n temporizador es una instrucción que trabaja en base a un tiempo de conteo

resolución de un 6ms, 6ms, 6ms y 6sO, puede acti#ar o desacti#ar un contacto

en un determinado tiempo, eisten 7 tipos de temporizadores di'erentes en el PLCIM i8)67D>68C69Q4KE$

Ti:05 ON D096

Cuando *a transcurrido un lapso de tiempo determinado PresetO la salida se

energiza$ La salida se desenergiza *asta que la entrada del Timer sea

des*abilitada$

Ti:05 OFF D096

Permanece acti#ado desde que el temporizador se energiza y se mantiene en ese

#alor *asta el instante en que se cumple el tiempo determinado PresetO$

En la 'igura 9$? se muestra la #isualización del timer en el so'tRare i 8 con'ig, ya sea

para . u 55 0elay$

5igura 9$? 4(mbolo de Timer .>55 0alay$

50



".3 I754//i07 0 C65.

El contador es una instrucción de salida que eiste en dos 'ormasF ascendente o

descendente -p Counter X 0oRn CounterO$

Para un contador ascendente U? C405 O comienza desde cero *asta el #alor

determinado P/E4ETO$

Para un contador descendente D C405 O comienza desde el #alor

determinado P/E4ETO *asta cero$

La representación de los contadores en el so'tRare es la que se muestra en la

'igura 9$@$

5igura 9$@ 4(mbolo de Contador$

51



"."I754//i07 0 C:?656/i8.

Las instrucciones de comparación que utilizan todos los procesadores sonF Igual

ENO, 0i'erente .EO, Menor que LTO, Menor o igual que LEO, Mayor que =TO,

Mayor o igual que =EO y Limites LIMO$

I469 EF Compara los #alores de dos direccionesF Input 6 e Input 7, si Input 6 es

igual a Input 7 entonces la instrucción EN- es #erdadera& si Input 6 es di'erente de

Input 7, entonces la instrucción es 'alsa$

La simbolización de la instrucción de comparación igual en el so'tRare de

programación es como se obser#a en la 'igura 9$B$

5igura 9$B 4(mbolo de Instrucción Igual ENO$

Di>0500 NEF Compara los #alores de dos direccionesF Input 6 e Input 7, si Input 6

es di'erente de Input 7 entonces la instrucción .E es #erdadera& si Input 6 es igual

a Input 7, entonces la instrucción es 'alsa$

La simbolización de la instrucción de comparación di'erente en el so'tRare de

programación es la de la 'igura 9$6$

5igura 9$6 4(mbolo de Instrucción 0i'erente .EO$

52



M05 40 LTF Compara los #alores de dos direccionesF Input 6 e Input 7, si el

#alor de Input 6 es menor que el #alor de Input 7 entonces la instrucción LT es

#erdadera& si el #alor de Input 6 es mayor o igual al #alor de Input 7, entonces la

instrucción es 'alsa$

La simbolización de la instrucción de la comparación menor que en el so'tRare

de programación es la que se obser#a en la 'igura 9$66$

5igura 9$66 4(mbolo de Instrucción Menor LTO$

M05 i469 40 LEF Compara los #alores de dos direccionesF Input 6 e Input 7,

si el #alor de Input 6 es menor o igual al #alor de Input 6 entonces la instrucción LE

es #erdadera& si Input 6 es mayor a Input 7, entonces la instrucción es 'alsa$

En la 'igura 9$67 obser#amos la simbolización de la instrucción de la comparación

Menor o igual que en el so'tRare$

5igura 9$67 4(mbolo de Instrucción Menor o Igual LEO$

53



M65 40 GTF Compara los #alores de dos direccionesF Input 6 e Input 7, si Input

6 es mayor que Input 6 entonces la instrucción =T es #erdadera& si Input 6 es

menor o igual a Input 7, entonces la instrucción es 'alsa$

La simbolización de la instrucción de la comparación Mayor que en el so'tRare

de programación es la de la 'igura 9$68$

5igura 9$68 4(mbolo de Instrucción Mayor =TO$

M65 i469 40 GEF Compara los #alores de dos direccionesF Input 6 e Input 7,

si Input 6 es mayor o igual que Input 7 entonces la instrucción =E es #erdadera& si

Input 6 es menor a Input 7, entonces la instrucción es 'alsa$

La simbolización de la instrucción de la comparación Mayor o igual que en elso'tRare de programación es como se obser#a en la 'igura 9$69$

5igura 9$69 4(mbolo de Instrucción Mayor o Igual =EO$

54



".I754//i07 M60:i/67.

Las instrucciones básicas que usan los procesadores 'ijos y modulares sonF 4uma

)00O, /esta 4-2O, Multiplicación M-LO y 0i#isión 0I"O$

S4:6 ADDF 4uma el contenido de Input 6 con el contenido de Input 7 y el

resultado lo almacena en el registro destino$

La simbolización de la instrucción suma en el so'tRare es la de la 'igura 9$6;$

5igura 9$6; 4(mbolo de Instrucción 4uma )00O$

R076 SUBF /esta el contenido de Input 7 del contenido de Input 6 y el resultado

lo almacena en el registro destino$

La simbolización de la instrucción resta en el so'tRare es como se puede obser#ar

en la 'igura 9$6<$

5igura 9$6< 4(mbolo de Instrucción /esta 4-2O$

55



M49i?9i/6/i8 MULF Multiplica el contenido de Input 6 con el contenido de Input

7 y el resultado lo almacena en el registro destino$

La simbolización de la instrucción resta en el so'tRare se muestra en la 'igura

9$6?$

5igura 9$6? 4(mbolo de Instrucción Multiplicación M-LO$

Di=i7i8 DIVF 0i#ide el contenido de Input 6 por el contenido de Input 7 y el

cociente redondeado lo almacena en el registro destino$

En la 'igura 9$6@ se puede obser#ar el s(mbolo de la instrucción en el so'tRare$

5igura 9$6@ 4(mbolo de Instrucción 0i#isión 0I"O$

56



CAPÍTULO V

SISTEMAS DE CONTROL

YNu es un GsistemaJ, y en particular, Gun sistema de controlJZ 4e puede pensar en un sistema como una caja negra que tiene una entrada y una salida$ 4e

considera una caja negra debido a que en realidad no es importante qu tiene

dentro, sino la relación entre la salida y la entrada$ Este sistema es de control si la

salida se controla de modo que pueda adoptar un #alor o cambio en particular de

alguna manera de'inida$

.1 Si70:67.

El trmino sistema se emplea para describir un conjunto de componentes que

interact+an, alrededor de los cuales se dibujan una 'rontera imaginaria de modo

que solo es de inters la interacción entre la entrada o entradas y su salida o

salidas, sin necesidad de estudiar a detalle las interacciones entre los

componentes que lo 'orman$ )s( el aspecto importante en un sistema es la

relación entre sus entradas con sus salidas$ -n sistema puede ser una estación de

generación de energ(a completa o quizá sólo un motor elctrico$ .o importa que

tan complejo sea un conjunto y sus interacciones dentro del sistema& se puede

considerar que todos están dentro de una caja negra y sólo tener en cuenta las

entradas y salidas de dic*a caja$

La 'igura ;$6 muestra cómo es posible representar un sistema mediante una caja

negra con las entradas y salidas al sistema indicadas por l(neas con 'lec*as, en

las que la dirección de la 'lec*a *ace re'erencia ya sea a una entrada o a una

salida$

57



5igura ;$6 4istema básico a partir de una estación de generación de energ(a$

La #entaja de estudiar los sistemas de control de esta manera es que aunque

eiste una amplia #ariedad de sistemas posibles, la relación entre la salida y la

entrada de muc*os sistemas tiende a ser similar$

-n sistema de control es aquel en que la salida del sistema se controla para tener

un #alor espec('ico o cambiarlo, seg+n lo determina el sistema$ 0e este modo, un

sistema de control de temperatura, por ejemplo, un sistema de cale'acción central

en una casa como se #e en la 'igura ;$7, puede tener en su entrada un termostato

o panel de control en el que se 'ija la temperatura requerida y su salida es la

temperatura real producida$ Esta temperatura se ajusta mediante el sistema de

control, de modo que se obtenga el #alor 'ijado por la entrada del sistema$

5igura ;$7 4istema de Control de Temperatura

58



.2Si70:67 0 /59 96@ 6;i05 /0556.

Los sistemas en lazo abierto tienen la #entaja de ser bastante sencillos y en

consecuencia de bajo costo, y con buena con'iabilidad$ 4in embargo, con

'recuencia son ineactos, porque no *ay corrección de errores$ Los sistemas en

lazo cerrado tienen la #entaja de ser capaces de igualar los #alores reales a los

requeridos$ .o obstante, si eisten retrasos en el sistema pueden surgir

problemas$

0ic*os retrasos proporcionan que la acción correcti#a requerida llegue demasiado

tarde, y como consecuencia, se obtienen oscilaciones en la entrada e

inestabilidad$ Los sistemas en lazo cerrados son más complicados que aquellosen lazo abierto y más costosos con una gran posibilidad de descomposturas

debidas a la gran cantidad de componentes$

.2.1 E90:07 ;7i/7 0 4 7i70:6 0 96@ 6;i05.

Los subsistemas que integran un lazo abierto sonF

6$ Elemento de control. Este elemento determina que acción se #a a tomar dada una entrada al sistema de control$

7$ Elemento de corrección. Este elemento responde a la entrada que #iene del

elemento de control e inicia la acción para producir el cambio en la #ariable

controlada al #alor requerido$

8$ Proceso. El proceso o planta es el sistema en el que se #a a controlar la

#ariable$

En la 'igura ;$8 se muestran los elementos básicos de un sistema a lazo

abierto en un diagrama de bloques, con la 'inalidad de obser#ar mejor los

elementos que lo con'orman$

59



5igura ;$8 Elementos 2ásicos de un 4istema Lazo )bierto$

.2.2 E90:07 ;7i/7 0 4 7i70:6 0 96@ /0556.

4e puede considerar que un sistema en lazo cerrado consiste en algunos

subsistemas básicos ordenados como muestra la 'igura ;$9$ Estos elementos

pueden no se partes distintas o quipos separados, pero todas las 'unciones de los

subsistemas estarán presentes$

5igura ;$9 Elementos 2ásicos de un 4istema en Lazo Cerrado

60



Los subsistemas sonF

6$ Elemento de comparación. Este elemento compara el #alor requerido o de

re'erencia de la #ariable por controlar con el #alor medido de lo que se

obtiene a la salida, y produce una se:al de error la cual indica la di'erencia

del #alor obtenido a la salida y el #alor requerido$

4e:al de error [ se:al del #alor de re'erencia

! 4e:al del #alor medio

7$ Elemento de control. Este elemento decide que acción tomar cuando se

escribe una se:al de error$ ) menudo se utiliza el trmino controlador para

un elemento que incorpora un elemento de control y la unidad decorrección$

8$ Elemento de corrección. Este elemento se utiliza para producir un cambio

en el proceso al eliminar un error, y con 'recuencia se denomina actuador $

9$ Elemento proceso. El proceso, o planta, es el sistema donde se #a acontrolar la #ariable$

;$ Elemento de medición. Este elemento produce una se:al relacionada con la

condición de la #ariable controlada, y proporcional la se:al de

realimentación al elemento de comparación para determinar si *ay o no

error$

61



.3 E7560i67 0 C59.

El elemento de control tiene como entrada la se:al de error y como salida unase:al que se con#ierte en la entrada a la unidad de corrección de modo que se

pueda iniciar la acción para eliminar el error$ Eisten #arias 'ormas para que el

elemento de control reaccione ante una se:al de error$

Con sistemas de control en lazo abierto los tipos de control más probables son los

de dos posiciones encendido!apagado o mejor conocido como on!o''O o

secuencias o acciones conmutadas por tiempo$

En la 'igura ;$; se muestra el modo de control de dos posiciones, obser#amos el

cambio de encendido!apagado, y el cambio de un estado a otro, simplemente

cambia, sin tener relación con el tiempo, o esta encendido o está apagado$

5igura ;$; Modo de Control de 0os Posiciones$

Con sistemas de control en lazo cerrado los tipos de control son a menudo el

control de dos posiciones, el control proporcional o el control proporcional

combinado con alg+n otro re'inamiento$ Con el modo de control de dos posiciones,

la se:al de error de entrada al elemento de control es una salida de encendido o

de apagado, que se utiliza para encender o apagar al elemento de corrección$

62



Con el control proporcional la salida del elemento de control es una se:al, la cual

es proporcional al error& cuanto mayor sea el error mayor será la salida, obser#e la

'igura ;$<$

5igura ;$< Control Proporcional$

63

Salida

+ - 0Error



En la 'igura ;$? se muestra un ejemplo de un sistema para mantener el ni#el de un

l(quido$ Los cambios en el ni#el producen un mo#imiento del 'lotador y, por lo tanto

del brazo mó#il que lo sostiene$ ) su #ez, esto cambia la apertura de la #ál#ula y

a'ecta a la tasa en la que el l(quido sale del tanque$ Cuanto mayor sea el error en

el ni#el del l(quido mayor será el cambio en la apertura de la #ál#ula$

5igura ;$? 4istema de Control de .i#el Proporcional$

." C59 Dii69.

El control digital mediante microprocesadores se usa cada d(a más en sistemas de

control$ La 'igura ;$@ muestra la 'orma básica que puede tomar un sistema de

control digital en lazo abierto, cuando la entrada es una se:al continua en el

tiempo, es decir, una se:al que puede #ariar de manera continua con el tiempo y

no es digital$

5igura ;$@ 4istema de Control 0igital en Lazo )bierto para 4istemas en Tiempo Continuo$

64

Flotador

Válvla

!ivote



La se:al de entrada pasa primero a tra#s de un con#ertidor analógico a digital

)0CO$ Hste la con#ierte en una se:al digital, un n+mero codi'icado$ El elemento

de control digital incorpora un reloj que en#(a pulsos a inter#alos regulares$ Cada

#ez que el )0C recibe un pulso, en#(a el n+mero codi'icado al elemento de control

digital$ El elemento de control digital implanta una estrategia de control mediante

un programa almacenado$ Como es 'ácil modi'icar dic*o programa la estrategia de

control tambin es sencillo cambiarla y esta 'leibilidad es una #entaja sobre los

sistemas de control analógico donde la estrategia de control está determinada por

equipos '(sicos$ La se:al de salida del elemento de control tambin tiene en 'orma

digital, un n+mero codi'icado$ Hste se con#ierte a una se:al analógica mediante un

con#ertidor digital a analógico 0)CO de modo que puede accionar al elemento de

corrección para producir el cambio requerido en la #ariable de proceso$

La secuencia de pasos que tiene lugar en los cuatro bloques que constituyen el

elemento de control sonF

6$ Esperar un pulso de reloj$

7$ Kacer una con#ersión de analógico a digital de la se:al de entrada en ese

tiempo$

8$ Calcular la se:al de control de acuerdo con la estrategia de control en el

programa$

9$ Lle#ar a cabo la con#ersión de digital a analógico de la se:al de control$

;$ )ctualizar el estado de la unidad de corrección$

<$ Esperar un pulso de reloj y entonces repetir todo el ciclo$

Puesto que la entrada se muestrea sólo en ciertos tiempos, un sistema de este

tipo con 'recuencia recibe el nombre de un sistema de datos muestreados$

En la 'igura ;$B se muestra la 'orma que puede tomar un sistema de control digital

en lazo cerrado para sistemas en tiempo continuo$ La se:al de error analógica del

65



elemento de comparación se con#ierte en una se:al de error digital mediante un

con#ertidor analógico a digital )0CO, modi'icada por el elemento de control digital

de acuerdo con la estrategia de control programada y despus se con#ierte a una

se:al analógica para el elemento de corrección mediante un con#ertidor digital a

analógico 0)CO$ La secuencia de pasos que tienen lugar en el elemento de

control son como los descritos para el sistema en lazo abierto$

5igura ;$B 4istema de Control 0igital en Lazo Cerrado para 4istemas en Tiempo Continuo$

. M097 M60:i/7 ?656 Si70:67.

-n modelo matemático de un sistema es una GrplicaJ de las relaciones entre

entrada y salida o entre entradas y salidas$ Las relaciones reales entre la entrada

y la salida de un sistema se sustituyen por epresiones matemáticas$

. M097 0 Si70:67.

Para analizar los sistemas de control se necesitan modelos matemáticos de los

elementos que se emplean en dic*os sistemas$ Estos modelos son ecuaciones

66



que representan la relación entre la entrada y la salida del sistema$ Las bases

'undamentales de cualquier modelo matemático pro#ienen de las leyes '(sicas

'undamentales que gobiernan el comportamiento de un elemento$

) partir de una #ariedad de bloques 'uncionales, es posible 'ormar sistemas del

mismo modo que un ni:o construye casas, coc*es o gr+as con bloques

'uncionales de un mecano$ 4e considera que cada bloque posee una 'unción y

propiedades +nicas$

Puesto que eisten similitudes en el comportamiento de los bloques 'uncionales

empleados en los sistemas mecánicos, elctricos, trmicos y de 'luidos no se

requieren 'ormas di'erentes de Gbloques 'uncionales matemáticosJ para losdi'erentes tipos de sistemas$

..1 B9407 F4/i6907 0 Si70:67 F94i/7.

En sistemas de 'lujo de 'luidos eisten tres bloques 'uncionales, los cuales sepueden considerar equi#alentes de la resistencia, la inductancia y la capacitancia$

Para estos sistemas como el de la 'igura ;$6 la entrada, el equi#alente de la

corriente elctrica, es la razón de 'lujo #olumtrico q, y la salida, el equi#alente de

la di'erencia de potencial elctrico, es la di'erencia de presiones, p1-p2 ).

5igura ;$6 2loque 5uncional de un 4istema 5lu(dico$

67



Los sistemas 'lu(dicos se pueden considerar en dos categor(asF los *idráulicos

son aquellos en los que el 'luido es un l(quido que se considera incompresible y

los neumáticos son los que su 'luido es un gas que puede ser compresible y

presenta cambios de densidad$

La resistencia *idráulica es la resistencia a 'luir que se presenta como resultado

de un 'lujo de un l(quido a tra#s de #ál#ulas o cambios de diámetro de las

tuber(as como se #e en la 'igura ;$66$

5igura ;$66 Ejemplos de /esistencias Kidráulicas$

La relación entre la razón de 'lujo #olumtrico q del l(quido a tra#s de un

elemento resisti#o y la resultante de'erencia de presiones p 6!p7O esF

P1 - P2 R Q1

0onde / es una constante llamada resistencia *idráulica$ ) mayor resistencia

*idráulica mayor es la di'erencia de presiones para dar una razón de 'lujo$

Capacitancia *idráulica es el trmino que se emplea para describir el

almacenamiento de energ(a con el l(quido, donde sta se almacena en 'orma de

energ(a potencial$ La altura de l(quido en un contenedor como el de la 'igura ;$67,

que se denomina carga de presión, es una 'orma de dic*o almacenamiento$

68

!2!!



5igura ;$67 Capacitancia Kidráulica

Para esta capacitancia, la tasa de cambio del #olumen V en el contenedor, es

decir, dV/ dt, es igual a la di'erencia entre la razón de 'lujo q1 a la que el 'luido entra

en el contenedor, y la razón de 'lujo q2 a la que se deja el contenedor$

q 1 – q 2 =

Pero V = Ah, donde A es el área de la sección trans#ersal del contenedor y h la

altura del 'luido en l$ Por lo tantoF

q 1 – q 2 = = A

Pero la di'erencia de presiones entre la entrada y la salida es p, dondeF

p = hpg

0onde p es la densidad del l(quido y la aceleración debida a la gra#edad$ )s(,

q 1 – q 2 = A [ p/pg) / t ] = (A/pg) ( p/ t)

4i se considera que el l(quido es incompresible, es decir, su densidad no cambia

con la presión$ La capacitancia *idráulica ! se de'ine comoF

69

dV

d t

dh

dt

d " Ah)dt



C = A/pg Q2

0e este modo,

q 1 – q 2 = C ( p/ t) Q3

)l integrar esta ecuación se obtiene

? 1!C ᶴ 1 2 Q"

La inertancia inerciaO *idráulica es el equi#alente a la inductancia en sistemas

elctricos o a un resorte en sistemas mecánicos$ Para acelerar un 'luido y as(incrementar su #elocidad se requiere una 'uerza$ Considere un bloque de l(quido

de masa m como en la 'igura ;$68$

5igura ;$68 Inertancia Kidráulica$

La 'uerza neta que act+a sobre el l(quido esF

F1 F2 p1 A – p2A p1 – p2 ) A

70



0onde p1 " p2 ) es la di'erencia de presiones y ) es el área de la sección

trans#ersal$ La 'uerza neta propicia que la masa se acelere con una aceleración a,

y as(F

(p1 – p2 )A = ma

Pero a es la tasa de cambio de la #elocidad d#/ dt, por lo tanto

p1- p2 ) A = m [ v/ t]

Pero la masa del l(quido considerado tiene un #olumen A$, donde $ es la longitud

del bloque de l(quido o la distancia entre los dos puntos en el l(quido donde semiden las presiones p1 y p2 . 4i el l(quido tiene una densidad p, entonces m = ALp,

y as(F

p1 – p2 )A = ALp ( v/ t)

Pero la razón de 'lujo #olumtrico q = A#, por lo tanto

(p1 – p2 )A = Lp ( q/ t)

p1 – p2 = I ( q/ t)

0onde la intinerancia *idráulica % se de'ine comoF

I = Lp/A

71



.F5:6/i8 0 4 :09 ?656 4 Si70:6 F94i/.

La 'igura ;$69 ilustra un sistema *idráulico sencilloF un l(quido entra y sale de un

contenedor$ 0ic*o sistema se puede considerar como un capacitor, el l(quido en el

contenedor, como un resistor, la #ál#ula$ La inertancia se puede despreciar, puesto

que las tasas de cambio de 'lujo son muy lentas$

5igura ;$69 -n 4istema Kidráulico$

Para el capacitor, seg+n la ecuación 7O da por resultado

q 1 – q 2 = C ( p/ t)

La razón de 'lujo q2 a la cual sale del contenedor es igual a la razón de 'lujo a

tra#s de la #ál#ula$ 0e este modo, para el resistor, la ecuación 6O da por

resultadoF

p = Rq 2

La presión se debe a la altura del l(quido en el contenedor$ )s(, al sustituir q2 en la

primera ecuación se obtieneF

72



q 1 – (kpr/R) = C [ d hpg ! t

debido a que ! [ A/p, entoncesF

q 1 = [A ( h/ t)] + [(pgh/R) Q

Esta ecuación describe cómo la altura del l(quido en el contenedor depende de la

tasa de entrada del l(quido en el contenedor$

..1 E<0:?9 0 5 :09 0 Si70:6 F94i/.

En la 'igura ;$6; se muestra un sistema *idráulico$ btener las relaciones que

describan como las alturas del l(quido en los contenedores cambian con el tiempo$

La inertancia es despreciable$

5igura ;$6; 4istema Kidráulico$

El contenedor 6 se puede considerar como un capacitor y, al emplear la ecuación8O se denotaF

q 1 – q 2 = C 1 ( p/ t

73



0onde p = h1 p y ! 1 = A1 /p y de este modoF

q 1 – q 2 = A1 ( h1 / t) Q

La razón a la cual sale el l(quido del contenedor q2 , es igual a la razón a la que

deja la #ál#ula & 1$ 0e esta manera, para el resistor la ecuación 6O daF

p = R 1q 2

La di'erencia de presiones p en los lados de la #ál#ula son h1 p y h2 p. )s(

(h1 – h2 )pg = R 1q 2 Q

Con el #alor de q2 de esta ecuación y al sustituirlo en la ecuación <O se obtieneF

q 1 - { [ (h1-h2 )pg ] / [ R 1 ] } = A1 ( h1 / t Q*

Esta ecuación describe como la altura del l(quido en el contenedor 6 depende de

la razón de 'lujo de entrada$

Para el contenedor 7 se puede obtener un conjunto de ecuaciones similares$

Entonces para el capacitor ! 2

q 2 – q = C 2 ( p/ t)

0onde p = h2 p y ! 2 = A2 /p , y as(F

q 2 – q = A2 ( h2 / t) Q)

74



La razón a la que el l(quido sale del contenedor q' es igual a la razón de 'lujo a la

cual deja la #ál#ula & 2 . )s(, para el resistor la ecuación 6O da por resultadoF

p = R 2 q

La di'erencia de presiones p en los dos lados de la #ál#ula son h2 p y ( ,

suponiendo que el l(quido sale a la presión atmos'rica$ )s(F

h2 pg = R 2 q Q1(

)l despejar el #alor de q' de esta ecuación y sustituirlo en la ecuación BO seobtieneF

q 2 – h2 pg !R 2 A2 h2 / t Q11

)l sustituir q2 de la ecuación de la #ál#ula, ecuación ?O, da por resultadoF

[ A2 = h2 / t Q12

75

(h1- h2 )pg __ h2 pg

R1 R2



.* M097 :0i60 Di656:67 0 B9407.

-n diagrama de bloques 'uncional o diagrama de bloques de procesos es larepresentación grá'ica de los di'erentes procesos de un sistema y el 'lujo de

se:ales donde cada proceso tiene un bloque asignado y stos se unen por 'lec*as

que representan el 'lujo de se:ales que interaccionan entre los di'erentes

procesos$

Las entradas y salidas de los bloques se conectan entre s( con l(neas de coneión

o enlaces$ Las l(neas sencillas se pueden utilizar para conectar dos puntos lógicos

del diagrama, es decirF

• -na #ariable de entrada y una entrada de un bloque

• -na salida de un bloque y una entrada de otro bloque

• -na salida de un bloque y una #ariable de salida

4e muestran las relaciones eistentes entre los procesos y el 'lujo de se:ales de

'orma más realista que una representación matemática$

0el mismo modo, tiene in'ormación relacionada con el comportamiento dinámico y

no incluye in'ormación de la construcción '(sica del sistema$

Muc*os sistemas di'erentes se representan por el mismo diagrama de bloques,

as( como di'erentes diagramas de bloques pueden representar el mismo sistema,

desde di'erentes puntos de #ista$

76

http://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_industrial

http://es.wikipedia.org/wiki/Proceso_industrial



-n sistema de control puede constar de cierta cantidad de componentes$ Para

mostrar las 'unciones que realiza cada componente se acostumbra usar

representaciones esquemáticas denominadas 0iagrama en 2loques$

Este tipo de diagramas emplea tres s(mbolos que se muestran en la 'igura ;$6<F

5igura ;$6< 4(mbolos Principales de 0iagramas de 2loques$

77



.*.1 O?056/i07 090:06907.

0os son las operaciones elementales de'inidas para los diagramas en bloque$ -na

la que de'ine la 'unción del bloque y que se esquematiza como sigue en la 'igura

;$6?F

5igura ;$6? 5unción de bloque$

La #ariable de entrada es UaU, per'ectamente indi#idualizada por la dirección de la

'lec*a$ La #ariable de salida es UbU y la relación matemática entre ambas esF

; G 6

4e quiere poner de mani'iesto una relación causa!e'ecto$ La #ariable de entrada UaUin'luye causaO en el sistema determinado por el bloque = que genera una #ariable

de salida e'ectoO$ Esta #ariable de salida es la consecuencia de la entrada UaU y de

la naturaleza del sistema U=U$ Cada bloque tiene una sola entrada y una sola

salida$

La combinación de se:ales se *ace a tra#s del sumador al que ingresan dos

se:ales de entrada y de la que resulta una salida, la suma o restaO de las

entradas como en la 'igura ;$6@$

78



5igura ;$6@ Combinación de 4e:ales a tra#s del 4umador$

Cuando una de las se:ales se resta, debe indicarse epl(citamente en la

proimidad del sumador con el signo U!OU$ Toda la representación de un sistema

'(sico en el que eisten di#ersos subsistemas y en que se relacionan di#ersas

#ariables se debe describir con estos tres elementos$

.*.2 Á90;56 090:069 0 ;9407.

Los diagramas en bloques representados por muc*os bloques y se:ales

intermedias pueden simpli'icarse en un solo bloque cuyo #alor es una 'unción de

los bloques indi#iduales pero no de las se:ales intermedias$ Para simpli'icar

diagramas muy complejos se pueden emplear las tres reglas elementales y todaotra que se deduzca a partir de ellasO que se presentan en la 'igura ;$6B$

79



5igura ;$6B /eglas Elementales para 4impli'icar$

Empleando estas reglas se puede simpli'icar diagramas integrados por di#ersos

elementos *asta llegar a una representación m(nima$ ) modo de ejemplo, se

80



puede considerar el diagrama siguiente muy di'undido en Control de ProcesosO

que consta de 9 bloques y 7 sumadores$ 4e pretende encontrar la relación entre

r entradaO e y salidaO a tra#s de un solo bloque equi#alente$

bser#e la 'igura ;$7 en donde se muestra paso a paso como se realiza la

simpli'icación de este ejemplo$

5igura ;$7 4impli'icación de Ejemplo$

81



.*.3 E<0:?9 0 Si:?9i>i/6/i8 0 Di656:67 0 B9407.

btener la relación entre las entradas del #alor 'ijado de la altura del l(quido hi y la

perturbación del ni#el del l(quido de d del sistema del ni#el del l(quido que describe

la 'igura ;$76, y la salida de la altura del l(quido h( $

5igura ;$76 Ejemplo de 4impli'icación de 0iagramas de 2loques$

0e esta manera determinar como la salida #ariará con el tiempo cuando eiste una

entrada escalón al #alor 'ijado, es decir, ste se 'ija s+bitamente a un nue#o #alor$

El mo#imiento de un 'lotador produce la rotación de una #arilla alrededor de un

pi#ote y as(, a tra#s del actuador, se ajusta la apertura de la #ál#ula$ El punto de

ajuste se puede 'ijar subiendo o bajando el punto de coneión del 'lotador a la

#arilla$ La se:al de error es la di'erencia entre la posición del 'lotador cuando está

en el ni#el requerido y cuando se encuentra en cualquier otro ni#el$ El controlador

es la #arilla pi#oteada cuya entrada, en uno de sus etremos, es la se:al de error

del 'lotador y la salida, el punto donde se conecta el actuador$

R07?4076

82

q

!esistencia !

Pertur"ación

A#uste para

$i#ar la

%ál%ula



4e puede considerar que el sistema tiene un diagrama de bloques como el que se

muestra en la 'igura ;$77$ La se:al de error es la entrada a uno de los etremos de

la #arilla pi#oteada y la salida es el mo#imiento del otro etremo de la #arilla y, por

lo tanto, el mo#imiento del #ástago de la #ál#ula$ Este mo#imiento es la entrada al

actuador de la #ál#ula que produce la salida de una razón de 'lujo$ Hsta, al

sumarse con la perturbación, es la entrada a la planta, es decir, el l(quido en el

contenedor$ La realimentación es el mo#imiento del 'lotador, el cual se traduce

directamente en una se:al de altura, por lo tanto, la trayectoria de realimentación

es unitaria$

;$77 0iagrama de 2loques del 4istema$

La siguiente es una consideración de las 'unciones de tras'erencia de cada uno delos elementos en el sistema y, por lo tanto, la relación entre las entradas y la salida

para el sistema como un todo$

aO Varilla pi#oteada. La relación entre la salida y la entrada parala #arilla pi#oteada es al que se muestra en la 'igura ;$78$

83



5igura 9$;8 /elación entre Entrada y 4alida para la "arilla$

Para una entrada h, la salida será , donde

! !h "/#

)s(, la 'unción de trans'erencia es *+/).

bO istema #l#ula. La entrada al sistema #ál#ula determina la

razón de 'lujo de salida q1 de la #ál#ula$ La relación entre la

entrada y la salida se puede linealizar para obtenerF

q 1 = $!

cO $a planta. El ni#el se controla mediante la manipulación de la

razón a la que el agua entra en el tanque$ 4i el agua entra a

una razón de qent por segundo y sale a razón de qsal por

segundo, entonces la razón neta a la cual se incrementa el

agua en el tanque es *qent -qsal ). En un tiempo δ t el cambio

en el #olumen del agua en el tanque será *qent -qsal ) δ t. 4i el

tanque tiene un área de la sección trans#ersal de A, entonces

este cambio en el #olumen producirá un cambio en el ni#el del

agua de δ h, dondeF

(q %& t - q 'a ) δ t = A δ h

q %& t - q 'a = Aδh

δt

Por lo tanto

84



q %& t - q 'a = Adh

d t

El 'lujo de salida del tanque se a'ectará por la altura del agua por

arriba de la tuber(a de salida, es decir, la altura debida a la presión$

Puesto que la presión debida a la altura del agua h es proporcional a

h, se puede escribir

q 'a =h

R

0onde & representa la resistencia *idráulica de la tuber(a de salida$ Como semuestra en la 'igura ;$79, además podremos obser#ar cómo se representar(a la

'unción de trans'erencia$

5igura ;$79 5unción de Trans'erencia y /esistencia Kidráulica de la Tuber(a de 4alida$

85



d) El sistema. En la 'igura ;$7; de muestra la relación que tiene

la trayectoria con respecto a la entrada y la salida, as( como

su 'unción de trans'erencia unitaria$ por +ltimo se mostrará

la 'unción de trans'erencia con ambas entradas$

5igura ;$7; /elación de la Trayectoria con Entradas y 4alidas, 5unción de Trans'erencia -nitaria y

5unción de Trans'erencia con ambas Entradas$

e) Entrada escalón. Considere una entrada escalón al sistema,

sin que se presente perturbación$ Para esta situación la

relación entre la entrada y la salida esF

86



En la 'igura ;$7< se muestra como simpli'icar la ecuación anterior dando dos

constantes a y k $ )l 'inal de la 'igura se muestra el crecimiento eponencial para

alcanzar el #alor en estado estable de k.

5igura ;$7< 4impli'icación de Ecuación y crecimiento eponencial para alcanzar el "alor en Estado

Estable de k $

87



.) E9 E555 0 E76 E76;90.

El error en estado estacionario es una medida de la eactitud de un sistema de

control para seguir una entrada dada, despus de desaparecer la respuesta

transitoria$

4e analizará el error en estado estacionario pro#ocado por la incapacidad del

sistema de seguir determinados tipos de entradas$ El que un sistema dado

presente o no un error en estado estacionario ante determinado tipo de se:al de

entrada, depende del tipo de 'unción de trans'erencia de lazo abierto del sistema$

En la 'igura ;$7? se muestra la ubicación del error en estado estacionario$

5igura ;$7? -bicación del Error en Estado Estacionario$

88



.1( C967i>i/6/i8 0 97 Si70:67 0 C59.

Los sistemas de control se clasi'ican de acuerdo con su capacidad de seguir

entradas escalón, rampa, parábola, etc$ Considere el sistema de control de la

'igura ;$7@ con realimentación unitaria con la siguiente 'unción de trans'erencia en

lazo abierto =sOF

5igura ;$7@ 4istema de Control con /ealimentación -nitaria$

Este sistema contiene el trmino s. en el denominador, que representa un polo de

multiplicidad . en el origen$ El esquema de clasi'icación se basa en la cantidad de

integraciones trminos 6>sO indicadas por la 'unción de trans'erencia en lazo

abierto$ -n sistema se denomina de tipo , si . [ , de tipo 6, si . [ 6, de tipo 7, si. [ 7,\etc$

En la 'igura ;$7B se muestran 8 ejemplos para denominar que tipo de sistema es$

5igura ;$7B Ejemplos de 8 tipos de 4istemas$

89



.1(.1 E555 0 E76 E76/i65i.

El error en un sistema de control es la di'erencia entre el #alor deseado rtO y el

#alor actual ctO, de la #ariable controlada$

El error en estado estacionario es aquel error que permanece despus de que *adesaparecido el transitorio$ En la 'igura ;$8 se muestra el análisis matemático

para obtener el error en estado estacionario$

5igura ;$8 )nálisis Matemático del Error Estacionario$

)*ora bien en la 'igura ;$86 se muestra la solución para un error de estado

estacionario$

90



5igura ;$86 4olución para un Error de Estado Estable$

.1(.2 E555 0 076 E76;90 ?656 i>05007 E5667.

En la 'igura ;$87 se muestra el error en estado estable para una entrada escalón

de magnitud & 1, as( como la constante estática de error de #elocidad$

5igura ;$87 Error en Estado Estable para una Entrada Escalón$

En la 'igura ;$88 se muestra el error en estado estable para una entrada rampa de

magnitud & 2 , as( como la constante estática de error de #elocidad$

91



5igura 9$88 Error en Estado Estable para una Entrada /ampa$

En la 'igura ;$89 se muestra el error en estado estable para una entrada parábola

de magnitud & ', as( como la constante estática de error de #elocidad$

5igura ;$89 Error en Estado Estable para una Entrada Parábola$

.1(.3 E<0:?9 0 E555 0 E76 076;90.

-n sistema de control de ni#el de l(quido, descrito en las 'iguras ;$76 y ;$77, se

puede representar mediante un sistema como el que se ilustra en la 'igura 9$8;$

92



YCuál es el error en estado estable cuando el sistema está sujeto a una entrada

de perturbación de tipo escalón de magnitud AZ

5igura ;$8; 4istema de Control de .i#el de L(quido$

R07?4076

La 'igura ;$8;a muestra al sistema cuando no *ay entrada de re'erencia y sólo

eiste la entrada de perturbación$ La 'igura ;$8;b ilustra cómo ste se puede

reacomodar para dar un sistema con realimentación unitaria$

5igura ;$8; 5iguras 9$8;a y 9$8;b$

)s(, para dic*o sistema la 'unción de trans'erencia en lazo abierto esF

93



Por lo tanto, la salida (') se relaciona con la entrada * d (') por

El error, puesto que 1(')= esF

Por lo tanto, el error en estado estable cuando *ay una entrada escalón A/' esF

94



CAPÍTULO VI

CONCLUSIONES

/espondiendo al planteamiento del problema que 'ue lo que impulsó al desarrollode este proyecto$

4e realizó un manual que contiene prácticas dise:adas para que el alumno logre

entender mejor los conocimientos adquiridos en la asignatura y el aprendizaje se

'acilite$

Con el manejo del tablero Lab!"olt el alumno entra en contacto con sistemas que

se utilizaran a ni#el industrial, as( como el manejo del PLC IM 'acilitará el manejo

'uturo que pueda tener con otros PLC%s$

El desarrollo del manual de prácticas con PLC IM, permitirá que 'uturos

residentes del Instituto Tecnológico de Toluca tengan las bases para que una #ez

que tengan los principios básicos de operación, as( como sus 'unciones básicas,

puedan seguir adelante con mi trabajo, si necesidad de empezar desde cero$ )l

contrario, con el a#ance que se realizó en este trabajo se espera que los

residentes 'uturos retomen las prácticas con la 'inalidad de mejorarlas y tal #ez

modi'icarlas para que sean de un grado de complejidad mayor al que se muestra

en el trabajo$

El trabajo se #io limitado a la in'ormación con la que se contaba tanto del PLC IM

y del tablero Lab!"olt de control de ni#el, sin embargo se recabo in'ormación

necesaria para poder realizar el manual de prácticas y brindar in'ormación

importante con la que se pueden realizar proyectos escolares$

95



CAPÍTULO VIII

ANEOS

A0 1& “MANUAL TÉCNICO ESTACIÓN LAB-VOLT 3(3 Y CALIBRACIÓNDE INSTRUMENTOS.

1.1 DESCRIPCION DEL MÓDULO LAB-VOLT 3(3

96



5igura 6$6 Panel 'rontal del módulo Lab!"olt 8;8

97



5igura 6$7 0iagrama *idráulico de módulo Lab!"olt 8;8

Es un entrenador portátil de instrumentación y control de autómatas, el cual utiliza

un controlador 5D2/ ?<6C.) empleado para la capacitación en el ámbito de

sistemas de ni#el& que consta de un completo equipo para el desarrollo de

acti#idades, en cuanto a transmisión de se:ales, 'uente de alimentación,

componentes accesorios y elementos de medición para lle#ar a cabo las

acti#idades encomendadas$

El módulo de trabajo Lab!"olt 8;8 tiene caracter(sticas que *acen 'ácil el

aprendizaje mediante el uso del mismo, debido a que incorpora comunicaciones

del controlador que permite el uso de un computador por medio de cualquier

paquete de so'tRare, las estructuras son constituidas de acero 'uerte y duradera

con rodajes para la mo#ilidad, y los tomacorrientes de ser#icio que suministran

energ(a neumática y elctrica a 67!79" )C o 79" 0C y de !6 psi$

Cuenta conF

! -na 2omba Centri'uga P-MPO$

! -n depósito de agua KL0I.= T).WO$

98



! -n 'iltro$

! -na columna de ni#el LE"EL CL-M.O$

! -na #ál#ula de control C"!6O$

! -n sensor de presión di'erencial TEO$

! -n medidor de 'lujo 5IO$

! -n con#ertidor de Intensidad de corriente a Presión$

! -n Controlador PI0$

! 0os luces de emergencia$

! -na #ál#ula con solenoide 4"!6O$

! 0os cabezales KE)0E/ 6 7O$

! -n registrador grá'ico en banda de papel$

! 5uente de 79"$! "ál#ulas de bola$

! "ál#ulas de aguja$

! Tuber(a transparente de P"C$

! Tuber(a de cobre$

! Panel de 5allas$

BOMBA CENTRIFUGA.

4e trata de una bomba centr('uga marca TEEL 'igura 6$8, que puede ser

encendida mediante un botón en el panel 'rontal o un contacto seco eterno a 79

"CC a 6m)mp$ Hsta bomba suministra 'lujo de agua a todo el sistema, las

especi'icaciones de la bomba son las siguientesF

99



5igura 6$8 2omba y su coneión en el panel 'rontal$

DEPÓSITO DE AGUA.

4ir#e para tener agua su'iciente para abastecer al sistema y el proceso, es unreser#orio de 'orma prismática rectangular, localizado en la parte in'erior del

módulo como se muestra en la 'igura 6$9 con capacidad de ?; litros 7 galonesO$

100



5igura 6$9 "ista lateral del depósito$

COLUMNA DE NIVEL.

4e trata de un cilindro de pleiglás de 7 cm @ inO de diámetro y B< cm 8< inO de

alto, con tubo de burbujeo interior de 6 cm 9 inO de diámetro, sobre el cual se

basa el proceso de control$ "ase la 'igura 6$;

101



5igura 6$; "ista trasera de la columna de ni#el$

VÁLVULA DE CONTROL CV-1.

Es un #ál#ula de control de 'lujo 'igura 6$<O operada neumáticamente marca

5is*er Controls modelo 87!79;@@, con actuador de posicionamiento con un rango

de entrada de ?!6; Psi, y un cuerpo de acero con un peso de 77lb$

5igura 6$< Placa de datos y #ista lateral de la #ál#ula C"!6$

SENSOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL TE.

El modelo es 5D2/ I0P6!72765!MIL6 de la 'igura 6$?, es un sensor!

transmisor con salida analógica de 9!7 m), con pantalla LC0, que permite la

con'iguración y calibración del instrumento$ 4e conecta a unos terminales tipo

102



banana al lado del panel 'rontal como se muestra en la 'igura para que sus

terminales queden justo en el panel 'rontal marcados como P>0 y sea más 'ácil su

coneión con el controlador 5D2/ ?<6C.)$

5igura 6$? "ista 'rontal del TE y su coneión en el panel 'rontal en la parte in'erior izquierda$

103



FILTRO.

5iltro de l(nea TEEL 7P688 que se muestra en la 'igura 6$@, con coneiones 5.PT

]J, temperatura máima del 'luido de 67;^ 5, grado de 'iltraje de 89 micrones,

mallames*O de acero inoidable grado ;, área libre 6?$88 pulgadas cuadradas,

material de construcción .ylon>Poliamida, presión máima de trabajo 6psi a

67;^ 5, con juntas de EP0M et*ylene propylene diene monomer M!classOO, la

malla puede ser 'ácilmente limpiada o remplazada remo#iendo el tazón superior,

sin necesidad de mo#er el 'iltro completamente de la l(nea$

5igura 6$@ "ista 5rontal del 'iltro$

MEDIDOR DE FLU'OEs un rotámetro de indicación directa cuya escala #aria de 9!8< LPM 6!6 =PMO,

en serie con la l(nea principal$ En la 'igura 6$B se muestra el medidor de 'lujo y

como se #e en el tablero$

104



5igura 6$B"ista 'rontal del /otámetro

CONVERTIDOR DE INTENSIDAD DE CORRIENTE A PRESIÓN$

Satson 4mit* Type 6D modelo ;896/ 'igura 6$6O$ 4on con#ertidores I>P

intensidad de corriente a presiónO electromecánicos, robustos y 'iables para su

uso tanto en control de procesos y aplicaciones industriales tiene como

caracter(sticas entrada 9!7m), !6", opciones de se:al de !<m), rangos de

presión de salida de 8!6;P4I= ,7!6barO a 8!67psig $69! @barO$

5igura 6$6 "ista lateral del C>P y su coneión en el panel 'rontal$

105



DOS CABE+ALES $EADER 1 Y 2.

0e 8cm 67 inO para medidores de 'lujo en la entrada y salida del cilindro de

pleiglass, permiten la inserción de instrumentos de medición de 'lujo, colocados

entre las #ál#ulas "!;, "!@O y "!6 ó "!67, "7O$ bser#e la 'igura 6$68 para

obser#ar la posición en la que se encuentra$

5igura 6$68 Localización de los KE)0E/4, #ista 'rontal$

106



REGISTRADOR GRÁFICO EN BANDA DE PAPEL.

Permite gra'icar una se:al de entrada #ariable de 6 a ; "olts de corriente continua

o una se:al de 9 a 7 m) mediante la con#ersión con una resistencia s*unt o en

deri#ación de 7; _$ )ctualmente no sir#e este instrumento de la 'igura 6$69$

5igura 6$69 "ista 'rontal del registrador, con la resistencia en deri#ación de 7; _$

107



FUENTE DE 2"V.

Marca KC79!7$9!)=, suministra 79!7@ "olts de salida a una corriente máima de

7$9 )mp, a tra#s de los conectores banana *embra en el panel 'rontal, puede ser

monitoreada remotamente$ 4e muestra en la 'igura 6$6;$

5igura 6$6; "ista trasera y 'ontal de la 'uente KC79!7$9!)=$

108



VÁLVULAS DE BOLA.

4on #ál#ula de paso marca 244 y LE=E.0 con presiones de trabajo de < psi

a temperatura ambiente < S= Sater il =asOO y 6; psi con #apor saturado

6; 4SP 4team Sater PressureO ó S4P Sater 4team PressureOO, permiten el

paso de agua en los puntos "!6, "!8,"!9, "!;, "!@, "!6, "!67, "!68, "!69$ En la

'igura 6$6< se muestra la ubicación de cada una de las #ál#ulas$

109



110



5igura 6$6? Localización de las #ál#ulas de aguja$

1.2 CALIBRACIÓN DE INSTRUMENTOS

V9=496 0 /59 CV-1

111



Esta #ál#ula 5is*ers!Controls modelo 87!79;@@, tiene un rango de actuación de ?

a 6;psi, para calibrarla, esos #alores de presión se obtendrán con un regulador de

presión y un manómetro que se encuentran en la estación Lab!"olt 8;7, y se

conectarán a la entrada de la #ál#ula$

4iguiendo el procedimiento general, la calibración se realiza del modo siguienteF

aO 4in aire sobre la #ál#ula, se acopla un microrruptor con una luz piloto

o un palpador de eactitud en un saliente del #ástago o bien se apoya un

dedo sobre el #ástagoO para detectar el inicio de la carrera del obturador de

la #ál#ula$ 4e acciona el regulador de presión para aumentar, poco a poco,

la se:al y a ,; bar ? psiO, la #ál#ula debe iniciar ya su abertura& si noocurre as(, se acciona el tornillo de cero 'igura 6$68O, que regula la carrera

del #ástago, lo justo para que la #ál#ula empiece a abrir a ,; bar ? psiO,

notándose el punto correcto porque cuesta girar el tornillo$ En esta posición

se 'ija la plaquita eterior de indicación de carrera de la #ál#ula de modo

que marque el `$

bO 4eguidamente, con el regulador de presión se da aire a 6 bar 6; psiO

y el indicador de posición debe marcar el 6` de la carrera$ 4i no es as(,

se aprieta el tornillo de multiplicación spanO 2 que regula el recorrido del

muelle *asta que el (ndice se:ale el 6`$

cO 4e repiten, nue#amente, los ajustes de ` y 6` el n+mero

su'iciente de #eces para que la #ál#ula quede calibrada correctamente$

112



En la 'igura 6$6B se muestra la #ista para calibración a cero$

5igura 6$6B "ista para calibración a cero abertura del rango del #ástago de la #ál#ula C"!6$

S075 0 ?507i8 i>050/i69 TE

113



El sensor!transmisor 5D2/ I0P6!72765!MIL6 cuenta con una pantalla

LC0 para con'iguración y calibración, y dos botones para acceder a men+s como

se muestra en la 'igura$ El modo de proceder es el siguienteF

! 4e conecta y energiza el sensor como lo muestra la 'igura 6$7$

!

5igura 6$7 Coneiones para calibración del sensor TE$

! 4e asegura que la columna de ni#el de agua este #ac(a para poder

realizar un ajuste a zero, si es que las coneiones neumáticas del sensor

están conectadas a esa misma$

! Presionamos el botón .EDT *asta que aparezca el men+ C)LI2,

estando a*( presionamos el botón E.TE/ y seguidamente .EDT, *asta

que aparezca E/ en la pantalla, enseguida presionamos E.TE/ para

calibrar el sensor a presión ambiente$

! Para calibrar la salida a 9m), presionamos el botón .EDT *asta que

aparezca el men+ C)LI2, estando a*( presionamos el botón E.TE/ y

seguidamente .EDT, *asta que aparezca )03 9m) en la pantalla,

114



enseguida presionamos E.TE/ para calibrar la salida del sensor a 9 m),

comprobándolo con el amper(metro$

! Para calibrar la salida a 9m), presionamos el botón .EDT *asta que

aparezca el men+ C)LI2, estando a*( presionamos el botón E.TE/ y

seguidamente .EDT, *asta que aparezca )03 7m) en la pantalla,

enseguida presionamos E.TE/ para calibrar la salida del sensor a 7 m),

comprobándolo con el amper(metro$

En la 'igura 6$7 se muestran las pantallas de calibración, es decir, como se #an

#isualizando en el display del sensor

5igura 6$76 Pantallas para calibración del sensor TE$

115



C=05i5 0 I07i6 0 /55i00 6 P507i8.

Este instrumento deberá de accionar la #ál#ula de control C"!6O, es decir, deberá

proporcionar una presión de ?!6; psi, y será accionado por el controlador, es decir,

tendrá una entrada de 9!7 m)mp$

El rango se ajusta con un tornillo arriba de la palabra /).=E como se muestra en

la 'igura, al dar #uelta en sentido anti *orario se incrementa y se decrementa en

sentido *orario, igualmente el zero se ajusta de la misma 'orma con otro tornillo

situado justo arriba de la palabra E/$ bser#e la 'igura 6$77 en la cual se

muestran los tornillos de calibración$

5igura 6$77 Tornillos para calibración del C>P$

El procedimiento es el siguienteF

6O 4e usa el regulador de presión de la estación Lab!"olt 8;7 paraobtener 7 psi a la salida y se conecta a la entrada del con#ertidor de I>P

marcado en el panel de control como C>PO$

7O La salida de aire del con#ertidor se conecta a un manómetro de

caratula de la estación Lab!"olt 8;7 para calibración$

116



8O Para puesta a cero se conecta la entrada elctrica del con#ertidor a

la salida analógica del controlador 5D2/ ?<6C.) ya calibradoO y se

manda una se:al de 9 m) al con#ertidor, comprobándolo con el mult(metro

en modo miliamper(metroO, se ajusta el tornillo de E/ *asta que se

obtenga una lectura en el manómetro de la estación Lab!"olt 8;7 de ?psi$

9O Para puesta a rango completo G'ull rangeJO se deja conectado el

circuito como está, y a*ora se manda una se:al de 7 m) con el

controlador comprobando una lectura en el manómetro de la estación Lab!

"olt 8;7 de 6;psi, si no es as( se ajusta el tornillo de /).=E$

dO 4e repiten, nue#amente, los ajustes de E/ y 5-LL /).=E el

n+mero su'iciente de #eces para que la #ál#ula quede calibrada

correctamente$ En la 'igura 6$78 se muestran las coneiones elctricas yneumáticas pertinentes para la calibración de nuestro instrumento$

5igura 6$78 Coneiones elctricas y neumáticas para calibración del C>P$

117



ANEO 2& “VIDEOS DE CONOCIMIENTO DEL PLC IMO Y SOLUCIÓN A

PRÁCTICAS DE LABORATORIO%

En este aneo podremos obser#as los #ideos en los cuales se presentan lascaracter(sticas esenciales del PLC IM de manera mas #i#encial$

Tambin podremos obser#ar la solución a las prácticas 7 y 7$6, en ellas tambinse obser#ara como colocar un grá'ico en el display del PLC IM y otros datosimportantes para la realización de un programa$

Para poder obser#arlos, re#ise el disco adjunto a este arc*i#o$

118



ANEO 3& “INFORMACIÓN DEL PLC IMO EN ARC$IVOS PDF7%

En estos arc*i#os se puede encontrar in'ormación +til del PLC IM, en algunos deellos, la in'ormación no es muy clara, sin embargo, se pretende que con ayuda deestos P05%s y el manual elaborado las 'unciones del PLC IM queden claras ysea de ayuda para que los estudiantes logren manejarlo y realizar proyectos deautomatización con este$

Para tener acceso a esta in'ormación re#ise el disco adjunto en el manual en lacarpeta IM$

119



REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Y VIRTUALES

• Introducción a los )utómatas Programables$ 0ocumento en l(nea$

0isponibleF *ttpF>>prueba7$aguapedia$org>tar$pd' ConsultaF mayo 769•

4E.) "irtual 0istrito Capital$ 7;O PLC Controladores LógicosProgramables

• 4IL") )rbola, )na Mar(a$ 7O Propuesta Metodológica para el estudio de

las simulaciones por computadora$ Instituto Tecnológico 4uperior para la

educación tcnica y pro'esional• 5amic tec*nologies inc$ *ttpF>>RRR$automationstudio$com> ConsultaF junio

769• 2)LCELL4, 3osep, /ME/)L, 6BB?O 3os Luis$ )utómatas programables$• CK)C1. 4uárez, 3os /icardo$ 7@O In'ormes tcnicos$• 2LT., S$ Ingenier(a de Control$ 7ed$)l'a mega =rupo Editor Mico$

7 páginas$

120



http://prueba2.aguapedia.org/tar.pdf

http://www.automationstudio.com/

controladores lógicos programables

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