escuela superior politécnica de chimborazo

escuela superior politécnica de chimborazo
ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE
CHIMBORAZO
FACULTAD DE INFORMÁTICA Y ELECTRÓNICA
ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA EN
CONTROL Y REDES INDUSTRIALES
“CONSTRUCCIÓN DE UNA BANCADA DIDÁCTICA PARA EL PLC
SIEMENS S7-1200 CON INTERFACE HMI TOUCH”
TESIS DE GRADO
Previo a la obtención del título de:
INGENIERO EN ELECTRÓNICA CONTROL Y REDES
INDUSTRIALES
Presentado por:
MARÍA GABRIELA MARTÍNEZ CHÉRREZ
ÁLVARO JAVIER YANCHALIQUÍN YANCHALIQUÍN
Riobamba – Ecuador
2012
El desarrollo de este proyecto de
tesis lleva la inmensa gratitud a la
Escuela Superior Politécnica de
Chimborazo, de manera especial a
la
Escuela
Electrónica
de
Ingeniera
Control
y
Redes
Industriales, a nuestros maestros
por
habernos
impartido
el
conocimiento científico y poderlo
aplicar.
En
primer
lugar
a
Dios
por
haberme guiado por el camino del
bien y permitirme alcanzar la meta
al culminar mi carrera.
A
mis
padres,
por
siempre
haberme dado su fuerza y apoyo
incondicional,
gracias
por
sus
enseñanzas que me han hecho
crecer como persona y valorar el
esfuerzo
de cada día
al ver
plasmado este sueño en realidad.
Gabriela Martínez
A mi madre y mi hermana por
guiar mi vida cada día con amor y
apoyo incondicional, para poder
culminar esta tesis. Son muchas
las personas que han formado
parte de mi vida profesional a las
que me encantaría agradecerles
su
amistad,
ánimo
y
consejos,
compañía
apoyo,
en
los
momentos más difíciles de mi vida.
Álvaro Yanchaliquín
La concepción de este proyecto
está
dedicada
a
mis
padres,
pilares fundamentales en mi vida.
Sin ellos, jamás hubiese podido
conseguir
lo
alcanzado.
Su
tenacidad y lucha insaciable han
hecho de ellos el gran ejemplo a
seguir y destacar, no solo para mí,
sino para mi hermano y familia en
general.
Gabriela Martínez
A mi madre y mi hermana, porque
creyeron en mí y porque me
sacaron
adelante,
dándome
ejemplos dignos de superación y
entrega, porque en gran parte
gracias a ustedes, hoy puedo ver
alcanzada
mi
meta,
ya
que
siempre estuvieron impulsándome
en los momentos más difíciles de
mi carrera, y porque el orgullo que
sienten por mí, fue lo que me hizo
ir hasta el final.
Álvaro Yanchaliquín
NOMBRE
FIRMA
FECHA
Ing. Iván Menes
DECANO DE LA FACULTAD
...........................
.............................
.............................
............................
..............................
..............................
...........................
.............................
............................
.............................
DE INFORMÁTICA Y ELECTRÓNICA
Ing. Paul Romero
DIRECTOR DE LA ESCUELA DE
INGENIERÍA ELECTRÓNICA EN
CONTROL Y REDES INDUSTRIALES
Ing. Paul Romero
DIRECTOR DE TESIS
Ing. Diego Barba
MIEMBRO DEL TRIBUNAL
Tec. Carlos Rodríguez Carpio
DIRECTOR DPTO
DOCUMENTACIÓN
NOTA DE LA TESIS
..............................
“Nosotros, María Gabriela Martínez Chérrez y Álvaro Javier Yanchaliquín
Yanchaliquín
somos responsables de las ideas, doctrinas y resultados
expuestos en esta tesis y el patrimonio intelectual de la Tesis de
Grado
pertenece
a
la
ESCUELA
SUPERIOR POLITÉCNICA DE
CHIMBORAZO”
...............................................
María Gabriela Martínez Chérrez
....................................................
Álvaro Javier Yanchaliquín Yanchaliquín
ÍNDICE DE ABREVIATURAS
CPU
Unidad Central de Proceso
CTRL
Control
DB
Bloque de datos
E/S
Entrada / Salida
FB
Bloque de función
FC1
Final de carrera 1
FC2
Final de carrera 2
HMI
Human Machine Interface
IP
Protocolo de Internet
MOT-C
Motor del Cabezal
OB
Bloque de Organización
PLC
Control Lógico Programable
PWM
Modulación de ancho de pulso
RPM
Revoluciones por minuto
VDC
Voltaje Corriente Directa
VAC
Voltaje de Corriente Alterna
ÍNDICE GENERAL
CAPÍTULO I
1
MARCO REFERENCIAL ................................................................................. 13
1.1
Antecedentes ........................................................................................... 13
1.2
Objetivos .................................................................................................. 14
1.2.1
Objetivo general ................................................................................ 14
1.2.2
Objetivos específicos ........................................................................ 14
1.3
Justificación ............................................................................................. 15
1.4
Hipótesis .................................................................................................. 15
CAPÍTULO II
2
MARCO TEÓRICO.......................................................................................... 16
2.1
PLC Siemens S7-1200 ............................................................................. 16
2.1.1
Introducción ...................................................................................... 16
2.1.2
Principios básicos del PLC Siemens S7-1200 ................................... 18
2.1.3
Señales Integradas, Módulos De Señales Y Módulos De
Comunicación ................................................................................................. 22
2.1.4
Memoria de la CPU ........................................................................... 24
2.1.5
Comunicación Industrial .................................................................... 27
2.1.6
Funciones tecnológicas integradas. .................................................. 33
2.1.7
Control PID. ...................................................................................... 34
2.2
PANTALLAS HMI. .................................................................................... 35
2.2.1
Introducción. ..................................................................................... 35
2.2.2
Clasificación de la gama SIMATIC HMI BASIC PANELES. ............... 37
2.2.3
Características HMI KTP400 básica mono. ....................................... 37
2.2.4
Componentes Del Ktp400 Basic........................................................ 38
2.2.5
Aspecto destacable de la HMI KTP400 BASIC MONO PN................ 39
2.2.6
Potencia y funcionalidad optimizadas................................................ 39
2.2.7
Pantalla táctil y teclas táctiles ............................................................ 39
2.2.8
Muchas funciones estándar para tareas de automatización compactas.
40
2.2.9
Pantalla y gráficos ............................................................................. 41
CAPÍTULO III
3 IMPLEMENTACIÓN DELA BANCADA DIDÁCTICA Y EL PROCESO DE
PALETIZADO ......................................................................................................... 43
3.1
Introducción ............................................................................................. 43
3.1.1
Dimensiones de la bancada didáctica ............................................... 44
3.1.2
Montaje de la bancada didáctica ....................................................... 50
3.1.3
Descripción del proceso de paletizado .............................................. 51
3.2
Instalación y configuración del software STEP 7 V10.5 para programar el
PLC S7-1200 y la HMI KTP 400 BASIC MONO PN ............................................ 58
3.2.1
Creación de un nuevo proyecto......................................................... 60
3.2.2
Configuración de la HMI TOUCH ..................................................... 64
3.2.3
V10.
Asignación de variables de E/S y memorias en el STEP 7 TIA Portal
67
3.2.4
Programación del PLC ...................................................................... 67
3.2.5
Flujograma de la programación del PLC s7-1200 para el proceso de
paletizado. ....................................................................................................... 68
CAPÍTULO IV
4
INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS .......................................................... 69
4.1
Introducción ............................................................................................. 69
4.2
BANCADA DIDÁCTICA............................................................................ 70
4.2.1
Funcionamiento de la bancada didáctica .......................................... 70
4.3
CONEXIÓN DEL PROCESO DE PALETIZADO A LA BANCADA
DIDÁCTICA. ....................................................................................................... 72
4.4
MANUAL TÉCNICO – PRÁCTICO ........................................................... 72
4.5
GUIA DE PRÁCTICA ............................................................................... 72
4.6
RESULTADOS DE LA ENCUESTA ......................................................... 72
4.7
ANÁLISIS DE RESULTADOS .................................................................. 74
CONCLUSIONES
RECOMENDACIONES
RESUMEN
SUMARY
BIBLIOGRAFÍA
ANEXOS
ÍNDICE DE GRÁFICOS
Fig.II. 1 Módulos de Señales y de Comunicación
27
Fig.II. 2 Interfaz PROFINET Integrada
31
Fig.II. 3 Comunicación PLC y HMI
32
Fig.II. 4 Tipos de Conectores
34
Fig.II.5 Comunicación Ethernet
35
Fig.II. 6 Funciones tecnológicas Integradas
37
Fig.II.7 Funcionalidad PID
38
Fig.II.9 HMI KTP400 BASIC MONO PN
43
Fig.II.10 Interface Profinet
45
Fig.II.11 Panels HMI
46
Fig.II.12 Dimensiones de la banda didáctica
48
Fig.III.13 Fuente LOGO POWER
49
Fig.III.14 PLC Siemens S7-1200.
49
Fig.III:15 HMI KTP 400 BASIC MONO PN
50
Fig.III.16 Focos de 24VDC.
50
Fig.III.17 Pulsador NO
51
Fig.III.18 Conmutador doble
51
Fig.III.19 Switch 110VAC
52
Fig.III.20 Borneras SCRW
52
Fig.III.21 Potenciómetro
53
Fig.III.22 Marcadores de señalización
54
Fig.III.23 Dimensiones del proceso de paletizado
56
Fig.III.24 Unidad de mantenimiento.
57
Fig.III.25 Generador de Vacío
57
Fig.III.26 Cilindro Neumático
57
Fig.III.27 Electroválvula 5/3 Vías
58
Fig.III.28 Electroválvula 3/2 vías
58
Fig.III.29 Ventosa de silicona
58
Fig.III.30 Manómetro
59
Fig.III.31 Racores y manguera
59
Fig.III.32 Motor Eléctrico Universal- Máquina de coser
60
Fig.III.33 Motor para la banda
60
Fig.III.34 Sensor para la banda
61
Fig.III.35 Sensor para la ubicación del cabezal.
61
Fig.III.36 Selección del idioma
62
Fig.III.37 Ruta de instalación
63
Fig.III.38 Condiciones de Licencia
63
Fig.III.39 Instalación del Software.
64
Fig.III.40 Iniciar el software de programación
64
Fig.III.36 Selección del idioma
62
Fig.III.37 Ruta de instalación
63
Fig.III.38 Condiciones de Licencia
63
Fig.III.39 Instalación del Software
64
Fig.III.40 Iniciar el software de programación
64
Fig.III.41 Crear proyecto nuevo
65
Fig.III.42 Configurar un dispositivo
65
Fig.III.43 Selección de la CPU
66
Fig.III.44 Vista del PLC
66
Fig.III.45 Entorno TIA PORTAL V10
67
Fig.III.46 Configuración de la dirección IP
67
Fig.III.47 Transferir programa al PLC
68
Fig.III.48 Insertar la HMI.
68
Fig.III.49 Configuración del modelo de pantalla
69
Fig.III.50 Comunicación con el PLC
69
Fig.III.51 Selección de propiedades de la pantalla
70
Fig.III.52 Número de ventanas de usuario
70
Fig.III.53 Configuración de pantallas
71
INTRODUCCIÓN
En éste proyecto de tesis se construye la Bancada Didáctica para el PLC
Siemens S7-1200 con Interface HMI Touch, la misma que permita a los
estudiantes conocer las características y beneficios a cerca de la nueva
tecnología que oferta Siemens. Además se pretende dar a conocer el nuevo
hardware y software de programación, Step 7 Basic V10.5 con WinCC Basic
tanto para el controlador como para el panel Simatic HMI Basic, integrado
para tareas de monitorización que faciliten la labor del usuario mediante
editores intuitivos y orientados a tareas para una mayor facilidad de manejo
y eficiencia.
Considerando que en la automatización de procesos industriales el PLC
juega un papel importante, se desarrolla la bancada en un
entorno
educativo en el cual permita implementar procesos didácticos, que se
acoplen entre sí y simulen un ambiente industrial real. Esto debe contar con
la debida seguridad para precautelar y evitar daños materiales y humanos.
~ 13 ~
CAPÍTULO I
1 MARCO REFERENCIAL
1.1 Antecedentes
Incursionar en un proceso de automatización total requiere una revisión
exhaustiva de las necesidades a fin de estar en la capacidad de definir
satisfactoriamente lo que se desea. Adicionalmente, debe llevarse a cabo una
comparación de los costos que esto implicaría, adquirir un sistema que cubra
con las necesidades principales y desarrollar una aplicación a la medida que
responda a cabalidad con los requerimientos.
En la automatización de procesos industriales donde el PLC juega un papel
importante, Siemens oferta una amplia gama de PLC, como SIMATIC S7-200,
SIMATIC S7-300 y en la actualidad SIMATIC S7-1200, los cuales son
compactos y potentes particularmente en lo que concierne a respuesta en
~ 14 ~
tiempo real, conectividad extraordinaria y todo tipo de facilidades en el manejo
del software y del hardware.
Todo esto lo podemos desarrollar dentro del entorno educativo en el cual
permita implementar procesos didácticos, que se puedan acoplar entre sí y
simular
un
ambiente
industrial
real. Esto
permite
complementar
los
conocimientos teóricos con las prácticas que se realicen.
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo general
 Construir una bancada didáctica para el PLC Siemens S7-1200 con
interface HMI Touch.
1.2.2 Objetivos específicos
 Analizar el funcionamiento del PLC Siemens S7-1200 y el Simatic HMI
Basic Panel.
 Diseñar una bancada didáctica para el PLC Siemens S7-1200 con la
interface HMI Touch.
 Programar el PLC Siemens S7-1200
y el Simatic HMI Basic Panel
mediante el Software Step7 y WinCC.
 Construir el proceso de paletizado como aplicación de la bancada
didáctica.
 Desarrollar el manual técnico y práctico, de uso de la bancada didáctica.
 Realizar las pruebas necesarias para el correcto funcionamiento de la
bancada didáctica
interface HMI Touch.
y el proceso, con el PLC Siemens S7-1200 con
~ 15 ~
1.3 Justificación
En el presente proyecto se plantea construir una Bancada Didáctica para el
PLC Siemens S7-1200 con Interface HMI Touch, el mismo que estará en el
laboratorio de la Escuela de Ingeniería Electrónica en Control y Redes
Industriales, el cual permita a los estudiantes conocer las características y
beneficios a cerca de la nueva tecnología que oferta Siemens.
Con la Bancada se pretende
conocer el nuevo hardware y software de
programación, Step 7 Basic V10.5 con WinCC Basic tanto para el controlador
como para el panel Simatic HMI Basic, integrado para tareas de monitorización
que
facilita la labor del usuario mediante editores intuitivos y orientados a
tareas para una mayor facilidad de manejo y eficiencia. A demás se
programará el PLC Siemens S7-1200 y la HMI para el proceso de paletizado.
1.4 Hipótesis
Con la implementación de la bancada didáctica y el proceso de paletizado,
permitirá a los estudiantes de la Escuela de Ingeniería Electrónica en Control y
Redes Industriales, conocer las características, ventajas y desventajas que
posee el PLC Siemens S7-1200, lo cual facilitará realizar procesos de control y
automatización.
~ 16 ~
CAPÍTULO II
2 MARCO TEÓRICO
2.1 PLC Siemens S7-1200
2.1.1 Introducción
El controlador lógico programable (PLC) S7-1200 ofrece la flexibilidad
y capacidad de controlar una gran variedad de dispositivos para
las distintas tareas de automatización. Gracias a su diseño compacto,
configuración flexible y amplio juego de instrucciones, el S7-1200 es idóneo
para controlar una gran variedad de aplicaciones. La CPU incorpora un
microprocesador, una fuente de alimentación integrada, así como circuitos de
entrada y salida en una carcasa compacta, conformando así un potente PLC.
~ 17 ~
Una vez cargado el programa en la CPU, ésta contiene la lógica
necesaria para vigilar y controlar los dispositivos de la aplicación. La CPU
vigila las entradas y cambia el estado de las salidas según la lógica del
programa de usuario, que puede incluir lógica booleana, contadores y
temporizadores,
funciones
matemáticas complejas,
así
como
comunicación con otros dispositivos inteligentes.
Toda CPU ofrece protección por contraseña que permite configurar el acceso a
sus funciones, además incorpora un puerto PROFINET para la comunicación
en una red PROFINET. Los módulos de comunicación están disponibles para
la comunicación en redes RS485 oRS232.
La gama S7-1200 ofrece una gran variedad de módulos de señales y
Signal Boards. Que permiten ampliar las prestaciones de la CPU. También es
posible instalar módulos de comunicación adicionales para soportar
otros protocolos de comunicación. Además combina la automatización
máxima y mínimo costo, debido al diseño modular compacto con un alto
rendimiento al mismo tiempo, este PLC es adecuado para una amplia variedad
de aplicaciones de automatización. Su campo de aplicación se extiende desde
la sustitución de los relés y contactores hasta tareas complejas de la
automatización en las redes y en las estructuras de distribución.
La CPU dispone de una fuente de alimentación interna que suministra energía
eléctrica a la CPU, los módulos de señales, la Signal Board y los módulos de
comunicación, así como otros equipos consumidores de 24 VDC. Si los
requisitos de corriente de 24 VDC exceden la capacidad de la alimentación de
sensores, es preciso añadir una fuente de alimentación externa de 24 VDC al
~ 18 ~
sistema. Si se requiere una fuente de alimentación externa de 24 VDC,
vigile que no se conecte en paralelo con la alimentación de sensores de la
CPU. Para aumentar la protección contra interferencias, se recomienda
conectar los cables neutros (M) de las distintas fuentes de alimentación.
2.1.2 Principios básicos del PLC Siemens S7-1200
2.1.2.1 Estados operativos de la CPU
La CPU tiene tres estados operativos: STOP, ARRANQUE y RUN. Los LEDs
de estado en el frente de la CPU indican el estado operativo actual.
 En modo STOP, la CPU no ejecuta el programa. Se puede descargar un
proyecto.
 En estado operativo ARRANQUE, los OBs de arranque (si existen) se
ejecutan una vez. Los eventos de alarma no se procesan durante el
modo de arranque.
 En modo RUN, los OBs cíclicos se ejecutan repetidamente. Los eventos
de interrupción pueden ocurrir y procesarse en cualquier punto del modo
RUN. Algunas partes de un proyecto se pueden descargar en modo
RUN.
La CPU soporta el arranque en caliente para pasar al estado operativo RUN. El
arranque en caliente no incluye la inicialización de la memoria. Los datos de
sistema no remanentes y los datos de usuario se inicializan en un arranque en
caliente. Se conservan los datos de usuario remanentes.
~ 19 ~
2.1.2.1.1 Ejecución del programa de usuario
La CPU soporta los siguientes tipos de bloques lógicos que permiten
estructurar eficientemente el programa de usuario:
 Los bloques de organización (OBs) definen la estructura del programa.
Algunos OBs tienen reacciones y eventos de arranque predefinidos. No
obstante, también es posible crear OBs con eventos de arranque
personalizados. Los rangos de números de OB válidos se indican en
prioridades de ejecución de eventos y cola de espera.
 Las funciones (FCs) y los bloques de función (FBs) contienen el código
de programa correspondiente a tareas específicas o combinaciones de
parámetros. Cada FC o FB provee parámetros de entrada y salida para
compartir datos con el bloque invocante. Un FB utiliza también un bloque
de datos asociado (denominado DB instancia) para conservar el estado
de valores durante la ejecución que pueden utilizar otros bloques del
programa. Los números válidos para FC y FB van de 1 a 65535.
 Los bloques de datos (DBs) almacenan datos que pueden ser utilizados
por los bloques del programa. Los números válidos para DB van de 1 a
65535.
La ejecución del programa de usuario comienza con uno o varios bloques de
organización (OBs) de arranque que se ejecutan una vez al cambiar a estado
operativo RUN, seguidos de uno o varios OBs de ciclo que se ejecutan
cíclicamente. También es posible asociar un OB a un evento de alarma que
puede ser un evento estándar o de error y que se ejecuta cada vez que ocurre
el evento en cuestión. Una función (FC) o un bloque de función (FB) es un
~ 20 ~
bloque de código del programa que puede llamarse desde un OB, o bien desde
otra FC u otro FB. Son posibles las profundidades de anidamiento siguientes:
 16 desde OBs de ciclo o de arranque.
 4 desde OBs de alarma de retardo, de alarma cíclica, de alarma horaria,
de alarma de proceso, de alarma de error de tiempo o de alarma de
error de diagnóstico.
Las FCs no están asociadas a ningún bloque de datos (DB) en particular,
mientras que los FBs están vinculados directamente a un DB que utilizan para
transferir parámetros, así como para almacenar valores intermedios y
resultados.
El tamaño del programa de usuario, los datos y la configuración está limitado
por la memoria de carga disponible y la memoria de trabajo de la CPU. No hay
un límite determinado para el número de cada bloque OB, FC, FB y DB
individual.
2.1.2.2 Almacenamiento
de
datos,
áreas
de
memoria,
E/S
y
direccionamiento
2.1.2.2.1 Acceder a los datos del S7-1200
STEP 7 facilita la programación simbólica. Se crean nombres simbólicos o
"variables" para las direcciones de los datos, ya sea como variables PLC
asignada a direcciones de memoria y E/S o como variables locales utilizadas
dentro de un bloque lógico. Para utilizar estas variables en el programa de
usuario basta con introducir el nombre de variable para el parámetro de
instrucción.
~ 21 ~
Para una mejor comprensión de cómo la CPU estructura y direcciona las áreas
de memoria, los siguientes párrafos explican el direccionamiento "absoluto" al
que se refieren las variables PLC. La CPU ofrece varias opciones para
almacenar datos durante la ejecución del programa de usuario:
 Memoria global: La CPU ofrece distintas áreas de memoria, incluyendo
entradas (I), salidas (Q) y marcas (M). Todos los bloques lógicos pueden
acceder sin restricción alguna a esta memoria.
 Tabla de variables PLC: se pueden especificar nombres simbólicos en la
tabla de variables PLC de STEP 7 para posiciones de memoria
específicas. Esas variables son globales dentro del programa STEP 7 y
permiten la programación con nombres significativos para la aplicación.
 Bloque de datos (DB): Es posible incluir DBs en el programa de usuario
para almacenar los datos de los bloques lógicos. Los datos
almacenados se conservan cuando finaliza la ejecución del bloque
lógico asociado. Un DB "global" almacena datos que pueden ser
utilizados por todos los bloques lógicos, mientras que un DB de instancia
almacena datos para un bloque de función (FB) especifico y está
estructurado según los parámetros del FB.
 Memoria temporal: Cada vez que se llama un bloque lógico, el sistema
operativo de la CPU asigna la memoria temporal o local (L) que debe
utilizarse durante la ejecución del bloque. Cuando finaliza la ejecución
del bloque lógico, la CPU reasigna la memoria local para la ejecución de
otros bloques lógicos.
~ 22 ~
Toda posición de memoria diferente tiene una dirección unívoca. El programa
de usuario utiliza estas direcciones para acceder a la información de la posición
de memoria. Las referencias a las áreas de memoria de entrada (I) o salida (Q),
como I0.3 o Q1.7, acceden a la memoria imagen del proceso. Para acceder
inmediatamente a la entrada o salida física es preciso añadir ": P" a la dirección
(p. ej. I0.3: P, Q1.7: P o "Stop: P").
2.1.2.2.2 Acceder a los datos en las áreas de memoria de la CPU
STEP 7 facilita la programación simbólica. Normalmente, las variables se crean
en variables PLC, en un bloque de datos o en la interfaz arriba de un OB, FC o
FB. Estas variables incluyen un nombre, tipo de datos, offset y comentario.
Además, es posible definir un valor inicial en un bloque de datos. Estas
variables pueden utilizarse durante la programación, introduciendo el nombre
de la variable en el parámetro de la instrucción. Opcionalmente se puede
introducir el operando absoluto (área de memoria, tamaño y offset) en el
parámetro de la instrucción.
2.1.3 Señales
Integradas,
Módulos
De
Señales
Y
Comunicación
Fig.II. 1 Módulos de Señales y de Comunicación
Módulos
De
~ 23 ~
El sistema SIMATIC S7-1200 incluye tres modelos de CPU con potencia
escalonada: CPU 1211C, CPU 1212C y CPU 1214C. Todas ellas pueden
ampliarse en función de las necesidades de la máquina. A cada CPU puede
añadirle un módulo de Señales Integradas para ampliar el número de E/S
digitales o lógicas sin necesidad de aumentar el tamaño físico del controlador.
A la derecha de la CPU pueden colocarse los Módulos de Señales que se
requieran para aumentar la capacidad de E/S digitales o analógicas. A la CPU
1212C puede añadirse dos módulos de Señales y al a CPU 1214C, ocho.
Finalmente todas las CPU SIMATIC S7-1200 pueden equiparse hasta con tres
Módulos de Comunicación a la izquierda del controlador, lo que permite una
comunicación serie punto a punto.
Las mayores CPU admiten la conexión de hasta ocho Módulos de Señales,
ampliando así las posibilidades de utilizar E/S digitales o analógicas
adicionales.
Un módulo de Señales Integradas puede enchufarse directamente a una CPU.
De este modo puede adaptarse individualmente las CPU, añadiendo E/S
digitales o analógicas sin tener que aumentar físicamente el tamaño del
controlador. El diseño modular del SIMATIC S7 1200 garantiza que siempre se
podrá modificar el controlador para adaptarlo perfectamente a cualquier
necesidad.
Toda CPU SIMATIC S7 1200 puede ampliarse hasta con 3 Módulos de
Comunicación. Los Módulos de Comunicación RS485 y RS232 son aptos para
conexiones punto a punto en serie, basadas en caracteres. Esta comunicación
se programa y se configura con sencillas instrucciones o bien con las funciones
~ 24 ~
de librerías para protocolo maestro y esclavo USS Drive y Modbus RTU, que
están incluidas en el sistema de ingeniería SIMATIC S7 1200.
2.1.4 Memoria de la CPU
Permite seleccionar el tamaño de la memoria de programa y la de datos hasta
50kb de memoria de trabajo en el controlador, con libre configuración del
tamaño de memoria de programa y de datos de usuario, pueden definirse hasta
248 Bytes como remanentes. El usuario puede designar memoria de datos o de
marcas como remanentes ante un corte de alimentación. Los datos designados
no tienen por qué ser contiguos.
2.1.4.1 Gestión de la memoria
La CPU provee las áreas de memoria siguientes para almacenar el programa
de usuario, los datos y la configuración:
 La memoria de carga permite almacenar de forma no volátil el programa
de usuario, los datos y la configuración. Cuando un proyecto se carga en
la CPU, se almacena primero en el área de memoria de carga. Esta área
se encuentra bien sea en una Memory Card (si está disponible) o en la
CPU. Esta área de memoria no volátil se conserva incluso tras una
pérdida de potencia. La Memory Card ofrece mayor espacio de
almacenamiento que el integrado en la CPU.
 La memoria de trabajo ofrece almacenamiento volátil para algunos
elementos del proyecto mientras se ejecuta el programa de usuario. La
CPU copia algunos elementos del proyecto desde la memoria de carga
~ 25 ~
en la memoria de trabajo. Esta área volátil se pierde si se desconecta la
alimentación. La CPU la restablece al retornar la alimentación.
 La memoria remanente permite almacenar de forma no volátil un número
limitado de valores de la memoria de trabajo. El área de memoria
remanente se utiliza para almacenar los valores de algunas posiciones
de memoria durante una pérdida de potencia. Cuando se produce una
caída o un corte de la alimentación, la CPU restaura esos valores
remanentes al restablecer la alimentación.
2.1.4.2 Memoria remanente
Para impedir la pérdida de datos tras un corte de alimentación, es posible
definir que ciertos datos sean remanentes. Los siguientes datos pueden
configurarse para que sean remanentes:
 Área de marcas (M): El ancho preciso de la memoria para el área de
marcas puede definirse en la tabla de variables PLC o el plano de
ocupación. El área de marcas remanente comienza siempre en MB0,
abarcando consecutivamente un determinado número de bytes. Para
definir este valor, haga clic en el botón "Remanencia" de la barra de
herramientas de la tabla de variables PLC o del plano de ocupación.
Introduzca el número de bytes M que deben ser remanentes a partir de
MB0.
 Variables de un bloque de función (FB): Si un FB se ha creado estando
seleccionado "Optimizado", la interfaz del bloque de este FB incluirá la
columna "Remanencia". En esta columna es posible seleccionar
"Remanente", "No remanente" o "Ajustar en IDB" individualmente para
~ 26 ~
cada una de las variables. Un DB de instancia que haya sido creado al
insertar este FB en el editor de programas muestra asimismo la columna
"Remanencia". El estado remanente de una variable solo se puede
modificar desde el editor de la interfaz del DB de instancia si se ha
seleccionado "Ajustar en IDB" (activado en el bloque de datos de
instancia) en la selección "Remanencia" de la variable en el FB
optimizado.
 Variables de un bloque de datos global: El comportamiento de un DB
global respecto a la asignación del estado remanente es similar al de un
FB. En función del ajuste de acceso al bloque, es posible definir el
estado remanente de algunas o todas las variables de un bloque de
datos global.
2.1.4.3 Simatic memory card
Con la SIMATIC MEMORY CARD opcional puede transferirse fácilmente
programas a varias CPU. La tarjeta también se puede utilizar para guardar
diversos archivos o para actualizar el firmware del controlador, Módulos de
Señales y Módulos de Comunicación.
Simplemente insertar el SIMATIC MEMORY CARD en la CPU y darle tensión,
el programa de usuario no se pierde durante el proceso.
~ 27 ~
2.1.5 Comunicación Industrial
2.1.5.1 Interfaz Profinet Integrada
Fig. II. 2 Interfaz PROFINET Integrada
El nuevo SIMATIC S7-1200 dispone de una interfaz PROFINET integrada que
garantiza una comunicación perfecta con el sistema de ingeniería SIMATIC
STEP 7 BASIC integrado. La Interfaz PROFINET permite la programación y la
comunicación con los paneles de la gama SIMATIC HMI BASIC PANELS para
la visualización, con controladores adicionales para la comunicación de CPU a
CPU y con equipos de otros fabricantes para ampliar las posibilidades de
integración mediante protocolos abiertos de Ethernet. La interfaz PROFINET
integrada está a la altura de las grandes exigencias de la comunicación
industrial.
~ 28 ~
2.1.5.2 Fácil interconexión.
Fig. II. 3 Comunicación PLC y HMI
La interfaz de comunicación de SIMATIC S7-1200 está formada por una
conexión RJ45 inmune a perturbaciones, con función Autocrossing, que admite
hasta 16 conexiones Ethernet y alcanza una velocidad de transferencia de
datos hasta de 10/100 Mbits/s. Para reducir al mínimo las necesidades de
cableado y permitir la máxima flexibilidad de red, puede usarse conjuntamente
con SIMATIC S7-1200 el nuevo Compact Switch Module CSM 1277, a fin de
configurar una red homogénea o mixta, con topologías de línea, árbol o
estrella.
2.1.5.3 Comunicación con equipos de otros fabricantes
La interfaz integrada de SIMATIC S7-1200 hace posible una integración
sin fisuras de los equipos de otros fabricantes. Los protocolos abiertos de
Ethernet TCP/IP nativo e ISO-ON-TCP hacen posible la conexión y la
comunicación con varios equipos de otros fabricantes. Esta capacidad de
comunicación, que se configura con bloques estándar T-Send/T-Receive
del sistema de ingeniería SIMATIC STEP 7 BASIC, le ofrece una
~ 29 ~
flexibilidad aún mayor a la hora de diseñar su sistema de automatización
particular.
2.1.5.4 Ethernet industrial
Los requisitos que deben cumplir las redes de comunicación industrial, sobre
todo en cuanto a los sistemas de bus modernos, son enormes y siguen
creciendo de forma continua. Se requieren redes de comunicación que, incluso
sobre grandes distancias, destaquen por sus prestaciones y permitan
aprovechar las múltiples posibilidades del mundo digital. Industrial Ethernet se
ha establecido desde hace tiempo como la tecnología básica para este fin.
2.1.5.4.1 Medios de transmisión
Para el cableado Ethernet basado en
RJ45 y M12, Phoenix Contact
ofrece componentes industriales así como sistemas de instalación completos.
Con la introducción de Ethernet en las aplicaciones de automatización, la
comunicación vertical es ahora posible, desde el nivel de control hasta el nivel
de campo. A pesar de la libertad que proporciona un cableado Ethernet,
los conectores y cables deben cumplir un largo número de exigencias. Aunque
las condiciones ambientales en el nivel de control son, con frecuencia, similares
a las de la oficina, la zona de producción está normalmente sujeta a
grandes requerimientos de funcionamiento. La humedad, máxima longitud
de
100m, versión hibrida (datos + energía)
las elevadas variaciones de
temperatura, las vibraciones y los golpes son parte integrante de los ambientes
industriales. Por consiguiente, no es suficiente con simplemente distinguir
entre componentes de cableado con índice de protección IP67 e IP20 a la
~ 30 ~
hora de evaluar su idoneidad para las aplicaciones industriales. Se deben
considerar aspectos como la robustez de la carcasa del conector, la
compensación de tracción, la sujeción como protección contra las fuerzas
laterales,
la
resistencia a los aceites y la protección EMC. Además, los
conectores de datos utilizados en campo deben permitir la conexión sencilla y
segura incluso bajo las condiciones más severas.
El conector RJ45 de 8 polos especificado en la IEC 60603-7
se ha
establecido para el cableado Ethernet y está disponible en las versiones Cat. 5
y Cat. 6 conforme a la norma ISO/IEC 11801:2002. Phoenix Contact ofrece una
gama de producto completa en este campo con índice de protección IP20 para
el cableado dentro de los armarios de control y el IP67 para el cableado
robusto en campo. Los conectores tienen tecnología de conexión rápida, cables
pre confeccionados, patch-panels y cajas de interconexión.
Fig. II. 4 Tipos de Conectores.
2.1.5.4.2 Tipología de cables para Ethernet y Profinet
Los cables de cobre simétricos se utilizan en el cableado industrial
Ethernet. Los cables de par trenzado con 2 o 4 pares trenzados son los que
~ 31 ~
se utilizan normalmente, que cumplen como mínimo las exigencias de Cat. 5
conforme a la ISO/IEC 11801:2002. Los cables están equipados con una
pantalla trenzada y un papel de aluminio protector (cable SF/UTP). En los
cables de Cat. 6, los pares de cable también tienen una pantalla con
papel de aluminio (cable s/FTP). En la versión de 4 pares trenzados, ambos
tipos de cable también se pueden utilizar para Ethernet Gigabit. Para el
cableado Profinet,
se han especificado los cables de 4 hilos en estrella con
una sección de conductor de 22 AWG, que también cumple las exigencias de
Cat. 5.
2.1.5.4.3 Comunicaciones Ethernet en Simatic.
Fig. II.5 Comunicación Ethernet
2.1.5.4.4 Ventajas que ofrece Industrial Ethernet
 Altas prestaciones aún en el caso de existir muchos participantes
y grandes distancias.
 Mediante la combinación de las técnicas eléctrica y óptica.
~ 32 ~
 Transferencia de datos segura.
 Aún
en
el
caso
de
la
existencia
de
perturbaciones
electromagnéticas mediante componentes idóneos para la industria.
 Ahorro de costos.
 Líder universal dentro de las redes industriales.
 Ethernet Industrial ha mostrado su eficacia en miles de instalaciones.
 Coexiste con otras aplicaciones Ethernet.
2.1.5.4.5 PROFINET: el estándar abierto de Industrial Ethernet.
Con
estándares
bien
conocidos
de
TCP/IP,
la
interfaz
PROFINET
integrada puede usarse en SIMATIC S7-1200, tanto para programar como
para la comunicación con equipos HMI y otros controladores. En el futuro
será posible conectar
SIMATIC
S7-1200
con
equipos
de
campo
distribuidos mediante PROFINET. Además, el controlador podrá funcionar
indistintamente
como PROFINET
I/O
Device o como PROFINET
I/O
Controller. Esto hará posible en el futuro una comunicación unificada desde
el nivel de campo hasta el nivel de control. Con esto damos respuesta a
una de las necesidades más importantes ahora también en la gama de la
automatización compacta.
~ 33 ~
2.1.6 Funciones tecnológicas integradas.
Fig. II. 6 Funciones tecnológicas Integradas
SIMATIC es desde hace bastantes años, sinónimo de fiabilidad en el mundo
de la automatización. Basándonos en la larga experiencia, han integrado en
el nuevo controlador las probadas e innovadoras funciones tecnológicas,
desde
el contaje
y la medición
al control
ciclo, pasando por funciones de control
variedad
de velocidad, posición y
de proceso sencillas. Esta gran
le permite ser un sistema muy versátil e idóneo para resolver
una amplia gama de aplicaciones.
2.1.6.1 Entradas de alta velocidad para funciones de contaje y medición
El nuevo controlador SIMATIC S7-1200 posee hasta 6 contadores de alta
velocidad.
Tres
entradas
de
100
kHz
y
otras
tres
de
30
kHz
perfectamente integradas para funciones de contaje y medición.
Esto permite la lectura precisa de encóders incrementales, contajes de
frecuencia y la captura rápida de eventos de proceso.
~ 34 ~
2.1.6.2 Salidas de alta velocidad
En el controlador SIMATIC S7-1200 se han integrados 2 salidas de alta
velocidad que pueden funcionar como salidas de tren de pulsos (PTO) o como
salidas con modulación de ancho de impulsos (PWM). Si se configuran
como PTO, ofrecen una secuencia de impulsos con un factor de trabajo
del 50 % y hasta 100 kHz, para la regulación controlada de la velocidad
y posición de motores paso a paso y servo accionamientos. La realimentación
para las salidas de tren de pulsos proviene internamente de los dos
contadores de alta velocidad. Si se configuran como salidas PWM, ofrecen
un tiempo de ciclo fijo con punto de operación variable. Esto permite regular
la velocidad de un motor, la posición de una válvula o el ciclo de trabajo de un
calefactor.
2.1.7 Control PID.
S7-1200 admite hasta 16 lazos PID el software incorpora un asistente de
configuración dispone también de panel autotuning permiten aplicaciones
de proceso sencillas con lazo de regulación cerrado.
2.1.7.1 Funcionalidad PID para lazos de regulación.
Fig. II.7 Funcionalidad PID
~ 35 ~
SIMATIC S7-1200 admite hasta 16 lazos de regulación PID para aplicaciones
sencillas de control de procesos. Estos lazos de regulación pueden
configurarse fácilmente con un objeto tecnológico de regulación PID en el
sistema de ingeniería SIMATIC STEP 7 Basic. Además, SIMATIC S71200 admite PID Autotuning, para calcular automáticamente valores de
ajuste óptimos para las componentes proporcional, integral y derivativa.
2.1.7.2 Panel de sintonía para puesta en marcha de PID.
El panel de sintonía para la puesta en marcha de PID, integrado también en
SIMATIC STEP 7 BASIC, simplifica la optimización del lazo de regulación.
Ofrece funcionalidad Autotuning y ajuste manual para lazos de regulación
sencillos, y al mismo tiempo una presentación gráfica de la evolución de las
variables del lazo de regulación.
Con el panel de sintonía para la puesta en marcha, incluido en SIMATIC STEP
7 Basic a la optimización de lazos de regulación PID es rápida y precisa.
2.2 PANTALLAS HMI.
2.2.1 Introducción.
Una interfaz Hombre-Máquina o HMI, Human Machine Interface, por sus siglas
en inglés, es un sistema que presenta datos a un operador y a través del cual
éste controla un determinado proceso. Las HMI podemos definirlas como
una
"ventana de un
proceso". Donde
esta ventana puede estar en
dispositivos especiales como paneles de operador o en una computadora.
Interacción Hombre-Máquina (IHM) o Interacción Hombre-Computadora
tiene como
objeto
de
estudio
el
diseño,
la
evaluación
y
la
~ 36 ~
implementación de sistemas interactivos de computación para el uso
humano, así como los principales fenómenos que los rodean. Dado que
este es un campo muy amplio, han surgido áreas más especializadas, entre
las cuales se encuentran diseño de Interacción o de Interfaces de Usuario,
Arquitectura de Información y Usabilidad.
El Diseño de Interacción se refiere a la creación de la interfaz de usuario y
de los procesos de interacción. La Arquitectura de Información apunta a
la organización y estructura de la información brindada mediante el software.
La Usabilidad se aboca al estudio de las interfaces y aplicaciones con el objeto
de hacerlas fáciles de usar, fáciles de recordar, fáciles de aprender y
eficientes con bajo coeficiente de error en su uso y que generen
satisfacción en el usuario. A su vez, se asemeja a una disciplina
ingenieril
porque
plantea objetivos mesurables y métodos rigurosos para
alcanzarlos. La industria de HMI nació esencialmente de la necesidad de
estandarizar
la manera de monitorizar y de controlar múltiples sistemas
remotos, PLCs y otros mecanismos de control, con la necesidad de tener
un control más preciso y agudo de las variables de producción y de contar
con información relevante de los distintos procesos en tiempo real. Aunque un
PLC realiza automáticamente un control pre programado sobre un proceso,
normalmente se distribuyen a lo largo de toda
recoger
la planta, haciendo difícil
los datos de manera manual, los sistemas SCADA lo hacen de
manera automática. Desde fines de la década de los ’90, la gran mayoría
de los productores de sistemas PLC ofrecen integración con sistemas
HMI/SCADA.
Y
muchos
de ellos utilizan protocolos de comunicaciones
~ 37 ~
abiertos y no propietarios, que han permitido masificar este tipo de sistemas y
ponerlos al alcance de las pequeñas empresas.
2.2.2 Clasificación de la gama SIMATIC HMI BASIC PANELES.
 KP300 básica mono
 KTP400 básica mono
 KTP600 básica mono
 KTP600 color básico
 KTP1000 color básico
 kTP1500 color básico
2.2.3 Características HMI KTP400 básica mono.
 Hardware estándar para distintas aplicaciones: permite controlar varias
aplicaciones según el requerimiento del operador.
 Posibilidad de modificaciones futuras sin para el proceso; mediante
el software se puede modificar las condiciones de trabajo para la
obtención del proceso deseado.
 Posibilidades de ampliación: se puede reemplazar y añadir dispositivos
de acuerdo al crecimiento del proceso en la industria.
 Interconexión y cableado exterior: Es muy baja ya que sustituyen
sistemas cableados (elementos físicos como botones, interruptores,
equipos
de
relés,
lámparas, leds)
compactos.
 Tiempo de implantación: es muy corto.
por
sistemas
programables
~ 38 ~
 Mantenimiento: es más fácil ya que se lo realiza mediante el programa
que fue previamente cargado en el proceso que está siendo objeto de
control.
 Configuración: permite definir el entorno de trabajo del SCADA,
adaptándolo a la aplicación particular que se desea desarrollar.
 Interfaz gráfica del operador: proporciona al operador las funciones
de control y supervisión de la planta.
 Módulo de proceso: ejecuta las acciones de mando pres programados a
partir de los valores actuales de variables leídas.
 Gestión y archivo de datos: almacenamiento y procesado ordenado de
datos, de forma que otra aplicación o dispositivo pueda tener acceso a
ellos.
 Comunicaciones: transferencia de información entre la planta y la
arquitectura hardware que soporta el SCADA, y también entre ésta y el
resto de elementos informáticos de gestión.
2.2.4 Componentes Del Ktp400 Basic
~ 39 ~
2.2.5 Aspecto destacable de la HMI KTP400 BASIC MONO PN
Fig. II.8 HMI KTP400 BASIC MONO PN
Los paneles SIMATIC, ofrecen una solución
perfecta a las necesidades
específicas de visualización de potencia y funcionalidad optimizada, gran
variedad de tamaños de pantalla y un montaje
sencillo que
facilita
la
ampliación.
2.2.6 Potencia y funcionalidad optimizadas
La perfecta integración de SIMATIC S7-1200 y los paneles de la gama
SIMATIC HMI Basic Panels permite un control y visualización sencillos, aptos
para tareas de automatización compactos. Gracias a la interacción entre el
software de ingeniería del controlador y de HMI, SIMATIC STEP 7 Basic con
SIMATIC WinCC Basic integrado, pueden obtenerse las mejores soluciones en
el tiempo más breve y con resultados óptimos.
2.2.7 Pantalla táctil y teclas táctiles
Los nuevos Basic Panels SIMATIC HMI ofrecen de serie una pantalla táctil de
4" que se maneja de forma intuitiva. Además de la funcionalidad táctil, los
~ 40 ~
equipos de 4", 6" y 10" están provistos de teclas que responden al tacto. Para
su utilización en un rango de potencia inferior existe un equipo compacto que
se maneja con diez teclas de función. La pantalla de alta resolución de 3"
ofrece una retroiluminación LED en color personalizable.
2.2.8 Muchas
funciones
estándar
para
tareas
de
automatización
compactas.
2.2.8.1 Interfaz Profinet
Fig.II.9 Interface Profinet
Todas las variantes de los nuevos modelos SIMATIC HMI Basic Panels llevan
integrada de serie una interfaz PROFINET. Esto permite la comunicación con el
controlador conectado y la transferencia de datos de parametrización y
configuración. Por eso es idóneo para la interacción con el controlador
SIMATIC S7-1200 y la interfaz PROFINET integrada en él.
2.2.8.2 Funcionalidades
Todos los modelos de SIMATIC HMI Basic Panels están equipados con todas
las funciones básicas necesarias, como sistema de alarmas, administración de
recetas, diagramas de curvas y gráficos vectoriales. La herramienta de
~ 41 ~
configuración incluye una librería con numerosos gráficos y otros objetos
diversos. También es posible administrar los usuarios en función de las
necesidades de los diferentes sectores, por ejemplo para la autenticación
mediante nombre de usuario y contraseña.
2.2.8.3 Aplicación universal
Con sus numerosas certificaciones y cumplimiento de diversas normas, así
como con la creación de configuraciones en hasta 32 idiomas, incluidos los
sistemas de escritura asiáticos y cirílicos, los paneles SIMATIC HMI Basic
Panels pueden utilizarse literalmente en todo el mundo. Durante el
funcionamiento puede alternarse en línea hasta 5 idiomas. Además, el manejo
intuitivo se refuerza por medio de los gráficos específicos del idioma.
2.2.9 Pantalla y gráficos
Fig.II.10 Panels HMI.
Los Basic Panels SIMATIC HMI ofrecen de serie una pantalla táctil de 4 a 15
pulgadas que se maneja de forma intuitiva. El uso de pantallas gráficas abre
nuevas perspectivas a la visualización: Características como los gráficos
vectoriales, los diagramas de curvas, barras, textos, mapas de bits y campos
de entrada y salida hacen posible una visualización clara y de fácil manejo de
~ 42 ~
las pantallas de mando. La retroiluminación del equipo de 3 pulgadas puede
configurarse en blanco, verde, rojo o amarillo. Esto permite representar alarmas
y ahorrar componentes adicionales para la señalización óptica.
~ 43 ~
CAPÍTULO III
3 IMPLEMENTACIÓN DE LA BANCADA DIDÁCTICA Y EL
PROCESO DE PALETIZADO
3.1 Introducción
En este capítulo se detalla las partes necesarias para la construcción de
la Bancada Didáctica y para el proceso de paletizado como aplicación de la
misma, utilizando el PLC Siemens S7-1200 y la HMI KTP 400 Basic mono PN,
así como también las dimensiones y capacidades de los elementos, a
continuación se describe la
selección de materiales y la construcción de
las partes correspondientes, para cumplir con los requerimientos de facilidad
~ 44 ~
en manipulación, buena didáctica al momento de trabajar en la misma y su
correcto funcionamiento.
3.1.1 Dimensiones de la bancada didáctica
La base de la bancada didáctica está construida de tubo perfilado de 31mm,
cuya medida es de 40 x 49.3cm. Además posee una cubierta de aluminio para
proteger los equipos y facilitar su transporte.
Fig.II.11 Dimensiones de la banda didáctica
3.1.1.1 Requerimientos para el diseño de la bancada didáctica
Se ha seleccionado los siguientes elementos con la finalidad de que el manejo
de la bancada sea lo más sencillo posible. A continuación se detalla cada uno
de ellos.
3.1.1.1.1 Fuente “LOGO POWER” 2.5A - 24VDC.
Las nuevas unidades de suministro de energía en miniatura ahora ofrecen un
mayor rendimiento en el menor espacio. La eficiencia ha mejorado en todo el
rango de la carga y la pérdida de potencia en operación sin carga se ha
reducido a la mitad. El rango de tensión de entrada ahora también permite la
operación en tensión de CC, el interruptor en respuesta ha sido optimizado
~ 45 ~
para cargas capacitivas, y el rango de temperatura de funcionamiento se ha
extendido a +70 ° C. Las fuentes de alimentación con diseño de la lógica del
módulo pueden utilizarse ahora extremadamente flexible en una serie de
aplicaciones por ejemplo, en tableros de distribución gracias a su perfil plano.
Las características esenciales del producto:
 3 clases de rendimiento con 24 VDC
 2 clases de potencia cada uno con 5 V, 12 V y 15 VDC
 Amplio rango de tensión de 85 V a 264 VAC o 110 V a 300 VDC
Fig.III.12 Fuente LOGO POWER
3.1.1.1.2 PLC Siemens S7- 1200 - Cpu1212 Ac/Dc/Rly
El controlador lógico programable (PLC) S7-1200 ofrece la flexibilidad y
capacidad de controlar una gran variedad de dispositivos para las distintas
tareas de automatización que se quieran ejecutar. Posee ocho entradas
digitales, 2 entradas analógicas y seis salidas.
Fig.III.13 PLC Siemens S7-1200
~ 46 ~
3.1.1.1.3 HMI KTP 400 BASIC MONO PN
La HMI KTP 400 BASIC MONO PN ubicada en el panel de simulación permite
al estudiante controlar y monitorear varias aplicaciones según el requerimiento
de acuerdo a la configuración realizada.
Fig.III:14 HMI KTP 400 BASIC MONO PN
3.1.1.1.4 Foco de 24VDC
Los focos de 24VDC de color amarillo colocados en el panel de simulación son
indicadores de las entradas y los de color verde y rojo de las salidas
respectivamente. Permitiendo una mejor simulación de acuerdo a la
programación ejecutada en el PLC S7-1200.
Fig.III.15 Focos de 24VDC
~ 47 ~
3.1.1.1.5 Pulsador normalmente abierto (NO)
Los pulsadores de color amarillo son normalmente abiertos y están ubicados en
el panel de simulación, estos permiten el paso o interrupción de la corriente
mientras son accionados para activar cada una de las entradas del PLC S71200.
Fig.III.16 Pulsador NO
3.1.1.1.6 Conmutador doble 24vdc
A través de los dos conmutadores CRTL 1 y 2 ubicados en el panel de
simulación, permiten seleccionar
los diferentes tipos de funcionamiento
mencionados en la descripción de la bancada didáctica.
Fig.III.17 Conmutador doble
3.1.2.2
SWITCH 110 VAC
El switch es un dispositivo electrónico que permite el paso o la interrupción de
la corriente facilitando energizar la bancada didáctica para poder utilizar.
~ 48 ~
Fig. III.18 Switch 110VAC
3.1.1.1.7 Borneras estándar SCRW
Las borneras son de material termoplástico irrompible de excelentes
características eléctricas y mecánicas. Colocadas sobre el riel DIN-3 tipo
“Omega” y están conectadas a cada una de las entradas y salidas del PLC
Siemens S7-1200.
Fig.III.19 Borneras SCRW
3.1.1.1.8 Regletas de conexión
Las regletas utilizadas en el cableado del panel de simulación facilitan la unión
eléctrica y mecánica entre los conductores 18AWG.
~ 49 ~
3.1.1.1.9 Diodo 1N4007
El diodo 1n4007, es utilizado como protección en circuitos, ante la alimentación
con polaridad invertida.
3.1.1.1.10
Caja STECK
La Caja STECK utilizada sirve para montajes de equipos de automatización ya
que son versátiles y fáciles de recortar, además son altamente resistentes.
3.1.1.1.11
Potenciómetro
En muchas aplicaciones se desea poder regular el valor de una resistencia, con
el fin de modificar el comportamiento de un circuito.
En el panel de simulación se utiliza dos potenciómetros que están conectados
a las entradas analógicas del PLC siemens S7-1200 que permiten variar el
voltaje de 0 a 10V.
Fig.III.20 Potenciómetro
3.1.1.1.12
Terminales tipo puntera.
Los terminales tipo puntera utilizados sirven para asegurar la fácil entrada del
conductor 18 AWG en el lugar de conexión, por lo tanto se tiene una perfecta
conexión tanto mecánica como eléctrica.
~ 50 ~
3.1.1.1.13
Marcadores de señalización
Los marcadores de señalización CAB 3, utilizados permiten una identificación
fácil, rápida y perfecta de cada uno de los cables en las instalaciones
realizadas.
Fig.III.21 Marcadores de señalización
3.1.2 Montaje de la bancada didáctica
En esta etapa se sujeta en la base de la bancada el primer riel din en la parte
superior derecha, para colocar la fuente “LOGO POWER” 2.5 A 24VDC y el
PLC S7 1200 -CPU1212 AC/DC/RLY, a continuación el segundo riel din para
ubicar las borneras a las cuales están conectadas las entradas (10…17, 0 y 1)
del PLC y la alimentación de la fuente externa a través del cable 18AWG ,
luego el tercer riel din para colocar las borneras las mismas que están
conectadas a las salidas (00…05) del PLC a través del cable 18AWG con sus
respectivos marcadores de señalización.
En la parte lateral izquierda se encuentra el Panel de Simulación que contiene
la HMI TOUCH la cual está conectada a la fuente “LOGO POWER”, en la parte
inferior está colocado los ocho focos indicadores para las entradas del PLC que
pueden ser activados por cada uno de los pulsadores respectivamente,
~ 51 ~
además dos potenciómetros para las entradas analógicas que permita variar un
voltaje de 0 a 10V y seis focos indicadores para las salidas, teniendo su
funcionalidad con los CTRL1 y 2 según sea el requerimiento.
También un SWITCH que permite energizar la bancada, un INDICADOR que
estará encendido cuando los CTRL1 y 2 estén en la posición OFF, ilustrando
al estudiante que se puede conectar a la bancada un proceso utilizando las
borneras de las entradas y salidas del PLC.
En la parte lateral superior está los conectores para la fuente de alimentación
de 110v, el PLC y la HMI que facilita la conexión a la PC para la programación
3.1.2.1 Diagrama eléctrico de la Bancada Didáctica
(Ver Anexo 5)
3.1.3 Descripción del proceso de paletizado
Paletizar consiste en acomodar cajas de productos sobre un soporte de
madera conocido como pallet, para facilitar la manipulación y el transporte de
una gran cantidad de artículos sin someterles a manejos excesivos. Por esta
razón se implementa el proceso de paletizado como aplicación de la bancada
didáctica, este prototipo permite acomodar en una matriz de 2x2 cajas de
Jugos YA,
a través del sistema mecánico diseñado que se indica a
continuación.
3.1.3.1 Dimensiones del proceso de paletizado
El proceso de paletizado está construido de tubo perfilado de 31mm, cuyas
medidas se ilustran a continuación.
~ 52 ~
Fig.III.22 Dimensiones del proceso de paletizado
3.1.3.2 Requerimientos para el diseño del proceso de paletizado
Se ha seleccionado los siguientes elementos para que el proceso tenga la
confiabilidad necesaria durante su funcionamiento. Se detalla a continuación
cada uno de los elementos utilizados.
3.1.3.2.1 Unidad de mantenimiento
Los compresores aspiran aire húmedo y sus filtros de aspiración no pueden
modificar esto, ni eliminar totalmente las partículas contenidas en el aire
atmosférico del lugar donde esté situado el propio compresor. La durabilidad y
seguridad de funcionamiento de una Instalación neumática dependen en buena
forma del acondicionamiento del aire, por lo que se usa la unidad de
mantenimiento para evitar este tipo de problemas por lo que es recomendable
instalar
en
los
sistemas
neumáticos
este
tipo
de
equipos.
~ 53 ~
Fig.III.23 Unidad de mantenimiento
3.1.3.2.2 Generador de vacío
El funcionamiento del generador de vacío se fundamenta en el principio
Venturi. Alimentando el generador con aire comprimido se produce una
depresión y el aire de alimentación sale junto con el aire aspirado. Se utiliza el
de generador para accionar la ventosa, para el agarre y la manipulación de las
casas.
Fig.III.24 Generador de Vacío
3.1.3.2.3 Cilindro neumático
El cilindro neumático de doble efecto se utiliza en este proceso debido a que
permite realizar movimientos de avance y retroceso alternativos, facilitando el
transporte de las cajas ala pallet.
Fig.III.25 Cilindro Neumático
~ 54 ~
3.1.3.2.4 Electroválvula 5/3 VIAS
Se
utiliza
esta
electroválvula
5/3
monoestable
de
24VDC,
para
el
funcionamiento del cilindro neumático que al activar o desactivar la
electroválvula permite al vástago entrar o salir.
Fig.III.26 Electroválvula 5/3 Vias
3.1.3.2.5 Electroválvula 3/2 VIAS
Se utiliza esta electroválvula 3/2 vías monoestable de 24VDC, para activar el
generador de vacío y de esta manera la ventosa pueda succionar la caja.
Fig.III.27 Electroválvula 3/2 vias
3.1.3.2.6 Ventosa
La ventosa que se utiliza es de caucho natural, de 1cm de diámetro, tiene un
diseño plano profundo que es adecuado para sujetar superficies planas y
facilitar el transporte de la caja.
Fig.III.28 Ventosa de silicona
~ 55 ~
3.1.3.2.7 Manómetro
Se coloca este elemento de medición en la unidad de mantenimiento para
verificar que la presión ingresada del compresor sea de 6 bares y no cause
daño a los equipos neumáticos.
Fig.III.29 Manómetro
3.1.3.2.8 Racores y manguera neumática
Los racores se utilizan para prevenir las de fugas de aire y estos se colocan en
los elementos neumáticos donde se ubica la manguera para las respectivas
conexiones.
Fig.III.30 Racores y manguera
3.1.3.3 Montaje del proceso de paletizado
El montaje se realiza por etapas, iniciando con la parte mecánica, actuadores
eléctricos y neumáticos, sensores y el respectivo cableado.
~ 56 ~
3.1.3.3.1 Motor eléctrico universal.
El motor que se utiliza es reciclado de una máquina de coser (MOT-C), es un
motor universal de 110V, 7000RPM, 100W y de corriente alterna, está ubicado
en la parte superior cerca del soporte del cabezal, donde el eje del motor está
acoplado a una polea que a través de la banda permite el movimiento del
tornillo sinfín, el mismo que va acoplado a su estructura de soporte mediante
una placa de sujeción.
Fig.III.31 Motor Eléctrico Universal- Máquina de coser.
3.1.3.3.2 Motor eléctrico
El motor que se utiliza es de 12VDC, 3A y 110RPM, donde el eje del motor está
acoplado a las poleas que permiten el desplazamiento de la banda para llevar
el pallet.
Fig.III.32 Motor para la banda
~ 57 ~
3.1.3.3.3 Sensores para la banda y ubicación del cabezal
Los sensores utilizados son finales de carrera, los cuales están situados al final
del recorrido de un elemento móvil, con el objetivo de enviar señales que
puedan modificar el estado de un circuito.
En el proceso de paletizado para detener la banda está el sensor FC1y FC2
para colocar en la posición exacta el pallet y para la ubicación de las cajas los
sensores SPi_PI, SPc_P2 y SPd_P1 ubicados en el soporte del cabezal.
Fig.III.33 Sensore para la banda
Fig.III.34 Sensore para la ubicación del cabezal
3.1.3.3.4 Montaje neumático
Para el funcionamiento del proceso de paletizado es indispensable el sistema
neumático. Este sistema permite el funcionamiento de los diferentes elementos
como: generador de vacío, cilindro y electroválvulas.
~ 58 ~
El sistema puede trabajar con presión de aire de hasta 6 bares según las
características de los elementos, además tiene una unidad de mantenimiento la
cual es una combinación de: Filtro de aire comprimido, Regulador de presión y
Lubricador de aire comprimido para evitar daños en los equipos.
El generador de vacío y el cilindro neumático con la ventosa y los reguladores
de presión en sus extremos, van sujetos en el cabezal, las electroválvulas 5/3 y
3/2 están colocadas cerca de la unidad de mantenimiento. La conexión de
todos estos elementos se realiza mediante racores y manguera neumática.
Diagrama neumático (Ver Anexo 6)
3.1.3.4 Diagrama eléctrico del proceso de paletizado
(Ver Anexo 5)
3.2 Instalación y configuración del software
STEP 7 V10.5 para
programar el PLC S7-1200 y la HMI KTP 400 BASIC MONO PN
El STEP7 Basic v10.5, es la herramienta en la que se va a configurar,
administrar y programar la pantalla Basic panel HMI y el PLC S7-1200, todo
bajo un mismo entorno de forma rápida y sencilla. A continuación el modo de
Instalación.
Fig.III.35 Selección del idioma
~ 59 ~
 Elegir la ruta donde se instalará el Software
Fig.III.36 Ruta de instalación
 Aceptar las condiciones de la licencia para continuar con la instalación.
Fig.III.37 Condiciones de LIcencia
~ 60 ~
 Seleccionar todas las opciones que se desee y de un clic en Instalar.
Fig.III.38 Instalación del Software
3.2.1 Creación de un nuevo proyecto
Paso 1: Ejecutar el software TIA Portal V10.5
Fig.III.39 Iniciar el software de programación
~ 61 ~
Paso 2: “Crear Proyecto Nuevo” dentro de la pantalla de inicio, llenar la
información y dar clic en crear.
Fig.III.40 Crear proyecto nuevo
Paso 3: Al crear el proyecto aparece la “Vista Portal”, clic en “primeros Pasos”
y luego en “Configurar Un Dispositivo”
Fig.III.41 Configurar un dispositivo
~ 62 ~
Paso 4: Dar clic en “Agregar Dispositivo” para poder seleccionar la CPU.
Fig.III.42 Selección de la CPU
Paso 5: Seleccione Bloques de Programa y de clic en Main [OB1].
Fig.III.43 Vista del PLC
~ 63 ~
Paso 6: Visualización del entorno del TIA PORTAL V10.
Fig.III.44 Entorno TIA PORTAL V10.
Paso 7: Configurar la dirección IP para el PLC.
Fig.III.45 Configuración de la dirección IP.
Paso 8: Una vez compilado el programa, de clic en el botón
transferir y luego en cargar para que el programa sea transferido al PLC.
~ 64 ~
Fig.III.46 Transferir programa al PLC
3.2.2 Configuración de la HMI TOUCH
Paso 1: De clic
en insertar nuevo equipo y luego clic en SIMATIC HMI
teniendo que seleccionar el modelo HMI.
Fig.III.47 Insertar la HMI
~ 65 ~
Paso 2: Configure el modelo de pantalla que tenga e indique a que PLC está
conectado. Para ello clic en el botón “Examinar” y seleccionar el PLC que se
configuró previamente. Clic en “Siguiente”.
Fig.III.48 Configuración del modelo de pantalla
Fig.III.49 Comunicación con el PLC
~ 66 ~
Paso 3: Seleccione las propiedades de la pantalla que sean necesarias como
el color, la fecha, logo y otros.
Fig.III.50 Selección de propiedades de la pantalla
Paso 4: Al dar clic en Siguiente, le permite indicar el número de ventanas de
usuario que va a crear automáticamente y con qué opciones.
Fig.III.51 Número de ventanas de usuario
~ 67 ~
Paso 5: Este entorno permite configurar cada una de las pantallas de acuerdo
a la necesidad del programador.
Fig.III.52 Configuración de pantallas
3.2.3 Asignación de variables de E/S y memorias en el STEP 7 TIA Portal
V10.
(Ver Anexo 3)
3.2.4 Programación del PLC
(Ver Anexo 4)
3.2.5 Programación del panel HMI Basic
(Ver Anexo 4)
~ 68 ~
3.2.6 Flujograma de la programación del PLC s7-1200 para el proceso de
paletizado.
INICIO
LEER BOTONERA
BOTONERA
ENCENDIDA
NO
SI
CABEZAL A POSICION
INICAL, BANDA HASTA
FC1
DETECTA
UNA CAJA
NO
SI
CONTAR LAS CAJAS
NO
SI
ES LA CAJA #1 o #3
SI
ES LA CAJA #2 o #4
NO
RESETEAR EL
CONTADOR
COGER LA CAJA
LLEVAR A LA POSICION 2
REGRESAR A LA POSICION
INICIAL
AVANSA LA BANDA HASTA FC2
FIN
COGER LA CAJA
LLEVAR A LA POSICION 1
REGRESAR A LA POSICION INICIAL
~ 69 ~
CAPÍTULO IV
4 INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
4.1 Introducción
Como resultados de la investigación se obtuvo la construcción de la bancada
didáctica para el PLC siemens S7-1200 con interface HMI Touch y como
aplicación el proceso de paletizado, el mismo que prueba el correcto
funcionamiento. La bancada cuenta con un manual técnico y práctico donde se
detallan todos los pasos y procedimientos que debe seguir para poner en
operación de una manera segura y correcta.
~ 70 ~
4.2 BANCADA DIDÁCTICA
Luego de realizar varias pruebas y corregir los errores, se tiene como resultado
la construcción de la bancada didáctica con interface HMI Touch y además
como aplicación de ésta, el proceso de paletizado.
4.2.1 Funcionamiento de la bancada didáctica
 Funcionamiento del Panel de Simulación.
El estudiante debe seleccionar con los CTRL1 y 2 la posición ON, para utilizar
los
pulsadores
y visualizar
los
resultados al encenderse
los
focos
correspondientes a cada una de las entradas y salidas de acuerdo a la
programación ejecutada en el PLC.
En este entorno las dos borneras (positivo y negativo) situadas en la parte
izquierda de las entradas y de las salidas no poseen voltaje, por consiguiente
cualquier dispositivo que se conecte no se activará.
Para las entradas analógicas su funcionamiento es el adecuado, dando un
voltaje de 0 a 10V.
Recomendación
 Cuando se trabaje en este modo no debe conectar ningún
dispositivo en las borneras de las Entradas porque existe un
voltaje de 16V.
 No conecte ninguna carga inductiva en las borneras de las
Salidas.
~ 71 ~
 Funcionamiento para las entradas del Panel de Simulación.
El estudiante debe seleccionar con el CTRL1 la posición ON y con el CTRL2 la
posición OFF, para utilizar los pulsadores y visualizar los resultados al
encenderse los focos correspondientes a cada una de las entradas de acuerdo
a la programación ejecutada en el PLC, en este modo no se encenderá los
focos de las salidas del panel de simulación, pero existe un voltaje de 25V en
las dos borneras (positivo y negativo) situadas en la parte izquierda de las
salidas.
 Funcionamiento para las salidas del Panel de Simulación.
El estudiante debe seleccionar con el CTRL1 la posición OFF y con el CTRL2
la posición ON, en este modo se encenderá los focos de las salidas de acuerdo
a la programación ejecutada en el PLC y los pulsadores que corresponden a
cada una de las entradas están desactivados, pero existe un voltaje de 25V en
las dos borneras (positivo y negativo) situadas en la parte izquierda de las
entradas.
Además las entradas analógicas (A0 y A1) del panel están desactivadas y no
existe voltaje en las borneras de las salidas.
 Funcionamiento para conectar un proceso.
El estudiante debe seleccionar con los CTRL1 y 2 la posición OFF y verificar
que el indicador esté encendido. En este entorno las dos borneras (positivo y
negativo) situadas en la parte izquierda de las entradas y de las salidas
poseen voltaje de 25V, listo para realizar la conexión al proceso de acuerdo a
la programación ejecutada en el PLC.
~ 72 ~
4.3 CONEXIÓN DEL PROCESO DE PALETIZADO A LA BANCADA
DIDÁCTICA.
Se conecta a través de los cables 18AWG desde las borneras de las entradas
y salidas de la bancada hacia las respectivas borneras del proceso de
paletizado, se verifica que en el panel de simulación el CTRL 1 y 2 estén en la
posición OFF, que el cable de poder esté conectado a 110v para encender la
bancada a través del SWITCH.
Para transferir la programación al PLC y a la HMI se conecta el cable TP
CORD CAT5 del puerto de la PC al PUERTO PLC y luego al PUERTO HMI de
la bancada.
4.4 MANUAL TÉCNICO Y PRÁCTICO
(Ver anexo 1)
4.5 GUIA DE PRÁCTICA
(Ver anexo 2)
4.6 RESULTADOS DE LA ENCUESTA
La encuesta realizada con el objetivo de conocer las necesidades de los
estudiantes, respecto a tener una bancada didáctica para el PLC Siemens S71200 con interface HMI Touch la cual permita conocer las características que
facilite la programación del software STEP7 Basic v10.5, en el laboratorio de
control de la Escuela de Ingeniería Electrónica en Control y Redes Industriales.
Es oportuno mencionar que la encuesta se realizó previo al diseño y
construcción de la bancada, a 20 estudiantes que se encontraron en el
~ 73 ~
laboratorio de control, quienes pertenecen a octavo, noveno y décimo
semestre.
Pregunta 1 ¿En qué semestre está actualmente?
Semestre
Estudiantes
%
Octavo
4
20
Noveno
7
35
Décimo
9
45
De los 20 estudiantes encuestados, el
20% son de octavo, el 35% son de
noveno y el 45% de décimo
Pregunta 2 ¿Considera usted importante tener una bancada didáctica para
realizar prácticas en el laboratorio?
Estudiantes
%
Si
20
100
No
0
0
De los 20 estudiantes encuestados,
el 100% considera importante la
bancada didáctica.
Pregunta 3 Con la utilización de la bancada didáctica, ¿usted complementará
los conocimientos teóricos en programación?
~ 74 ~
Estudiantes
%
Si
20
100
No
0
0
De los 20 estudiantes encuestados,
el 100% al utilizar la bancada
complementará los conocimientos
teóricos
4.7 ANÁLISIS DE RESULTADOS
Según la encuesta realizada, el 100% de los estudiantes del octavo, noveno y
décimo semestre de la Escuela de Ingeniería Electrónica en Control y Redes
Industriales de la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, requieren de
una bancada didáctica para realizar prácticas en un entorno educativo que
permita conectar procesos didácticos, que se acoplen entre sí y simulen un
ambiente industrial real, esto permitirá una mejor aprendizaje complementando
los conocimientos teóricos adquiridos.
Los sistemas de programación lógica controlada representan actualmente el
factor clave de la automatización industrial, su utilización permite flexibilidad,
adaptación a varios procesos, junto con la factibilidad de detectar fallas y
errores con facilidad, por lo que se convierten en sistemas confiables y de fácil
mantenimiento, con tableros de control pequeños, mayor comunicación con el
elemento de control y su proyección a poder operar a distancia como en los
sistemas SCADA. Es así que la bancada didáctica podría controlar y
monitorear cualquier proceso que se conecte.
~ 75 ~
CONCLUSIONES
 El proyecto
de tesis
desarrollado cumple con los objetivos general y
específicos planteados para la construcción de la bancada didáctica que
ayudará a los estudiantes de la Escuela de Ingeniería Electrónica
en Control y Redes Industriales, a realizar prácticas con el PLC S71200 y la HMI.
 El PLC Siemens S7-1200 combina la automatización máxima y mínimo
costo, debido al diseño modular compacto con un alto rendimiento al
mismo tiempo, este PLC es adecuado para una amplia variedad de
aplicaciones a nivel industrial.
 El software Step7 facilita la configuración y programación del PLC
Siemens S7-1200, brindando una inteface amigable al usuario mediante
la programación estructurada, logrando optimizar los recursos de
memoria y proporcionando la detección de errores, además el software
WinCC Basic permite la configuración de la Simatic HMI Basic Panel
fácilitando el control y monitoreo del proceso.
 El manual técnico y práctico indica el correcto funcionamiento de la
bancada didáctica para evitar daños en los equipos y además
proporciona información detallada sobre el tipo de aplicaciones que se
debe implementar.
 EL proceso de paletizado comprueba el correcto funcionamiento de la
bancada didáctica garantizando el uso para cualquier práctica que se
realice.
~ 76 ~
RECOMENDACIONES
 Revisar las instrucciones detalladas en el manual técnico y práctico,
que se ha desarrollado en esta tesis, pues la falta de observación de las
mismas en la manipulación, montaje, programación, funcionamiento, y
preparación del equipo, puede crear situaciones de riesgo, las cuales
pueden ocasionar daños físicos y lesiones al usuario, así como al
equipo.
 Utilizar una unidad de mantenimiento para el sistema neumático para
proteger y asegurar el correcto funcionamiento los diferentes elementos
neumáticos de este proceso de paletizado.
 Es importante conectar adecuadamente cada uno de los dispositivos en
las borneras de las entradas y salidas de acuerdo a la programación
realizada en el PLC S7-1200 para evitar un mal funcionamiento que
puede causar daños al usuario.
~ 77 ~
RESUMEN
Se construyó la bancada didáctica para el PLC Siemens S7-1200 con interface
HMI Touch, en el laboratorio de control de la Escuela de Ingeniería Electrónica
en Control y Redes Industriales de la Escuela Superior Politécnica de
Chimborazo.
Para la recopilación de información se utilizó el método analítico, para conocer
las características del nuevo hardware y software de programación, Step 7
Basic V10.5 con WinCC Basic tanto para el controlador como para el panel
Simatic HMI Basic, integrado para tareas de monitorización que faciliten la
labor del usuario mediante editores intuitivos y orientados a tareas para una
mayor facilidad de manejo y eficiencia. Además se utilizó el ensayo y error para
determinar la ubicación final de los componentes de la bancada y del proceso
de paletizado.
Para la construcción de la bancada didáctica se utilizó; perfil modular de
aluminio, el PLC Siemens S7-1200, el panel Simatic HMI Basic que permiten
realizar el control y monitoreo del proceso de paletizado, los focos de 24VDC
para indicar la activación de las entradas y salidas del PLC, 2 conmutadores de
24VDC para seleccionar el modo de funcionamiento y el cable 18AWG para las
conexiones eléctricas.
Los resultados obtenidos de las encuestas realizadas a los estudiantes del
laboratorio, el 100% necesita tener una bancada para realizar las prácticas.
Concluyo que la construcción de la bancada didáctica sirve para que los
estudiantes realicen prácticas complementando los conocimientos teóricos
adquiridos.
Recomiendo a los estudiantes del laboratorio de la Escuela de Ingeniería
Electrónica en Control y Redes Industriales el uso del manual técnico y práctico
para el correcto funcionamiento de la bancada didáctica.
~ 78 ~
ABSTRACTS
It was built a didactic bench for Siemens S7-i.200 PLC with interphase HMI
touch in the Laboratory of the Electronic Engineering in Control and Industrial
Networks at School Polytechnic School of Chimborazo.
For information gathering, analytical method was used in order to know the
characteristics of the new hardware and software programming, STEP 7 Basic
V10.5 with WinCC, either for the controller or for the Simatic HMI Basic panel,
which is integrated
for monitoring
tasks
to facilitate the work of editors
through intuitive users and guided to tasks for a better facility in handling and
efficiency. Also it was used trial and error to determine the final location of the
components of the bench and palletizing process.
For the construction of the didactic bench was used modular: aluminum profile,
the Siemens S7-1200 PLC, Simatic HMI Basic panel that allow to control and
monitoring the palletizing process, of 24VDC bulbs to indicate activation of
the inputs outputs from PLC, 2 switches of 24 VDC to select the operating
mode and 18 AWG wire for electrical connections.
The results obtained from the polls carried on laboratory students, 100% need
to use a didactic bench in order to do their practices.
I conclude that the construction of the didactic bench serves to make students
practice complementing the acquired theoretical knowledge.
I advise students of the Laboratory of the Electronic Engineering School in
Control and Industrial Networks the use of technical and practical manual for
the proper operation of didactic bench.
~ 79 ~
BIBLIOGRAFÍA
1. BORNERA
 http://sequinca.net/crompton%20greaves/Crompton_Borneras.pdf
2012-03-15
2. CAB 3 SISTEMA DE SEÑALIZACIÓN
 http://www.bticino.com.pe/0/pdf/Marcadores_Cab3_Duplix.pdf
2012-01-12
3. CILINDRO NEUMÁTICO
 http://www.mindman.com.tw/en/pdf/10.pdf
2012-02-09
4. CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE S7-1200
 http://www.swe.siemens.com/spain/web/es/industry
 http://support.automation.siemens.com
2012-02-16
 http://www.pindoo.co.rs/PDF/S7-1200%20manual.pdf
 http://www.benkel.cl/Downloads/s71200_transition_manual_es-ES.pdf
 https://www.click4business-supplies.com/resources/articles/e20001
a1860-p272-x-7800.pdf
2012-02-28
~ 80 ~
 http://www.swe.siemens.com/spain/web/es/industry/automatizacion/aut
_simatic/Documents/S7-1200_Paso_a_Paso_v1.0.pdf
 http://cache.automation.siemens.com/dnl/TM/TM5NDI1AAAA_3918214
5_FAQ/39182145_S7-1200_HMI_time_sync_HowTo_e.pdf
2012-03-21
5. ELECTROVÁLVULA 3/2 VIAS
 http://www.mindman.com.tw/en/prod_size.php?itemid=6
2012-02-03
6. ELECTROVÁLVULA 5/3 VÍAS
 http://www.mindman.com.tw/en/pdf/03.pdf
2012-02-03
7. FUENTE SIEMENS LOGO POWER
 https://www.automation.siemens.com/mcms/power-supply
2012-03-20
8. HMI KTP 400 BASIC MONO PN
 http://support.automation.siemens.com
2012-03-21
 http://www1.siemens.cz/ad/current/content/data_files
 http://cache.automation.siemens.com/dnl/jE/jE0MTY5OQAA_43412059
_DL/readme_wincc_flexible_2008_sp2_upd12.pdf
2012-03-23
 http://mobility.siemens.pl/docs/docs_ia/HMIKTP400
 http://www.cesales.com/images/stories/CE_Sales
2012-03-30
9. SENSOR FINAL DE CARRERA
 http://www.fing.edu.uy/iimpi/academica/grado/instindustrial/teorico/080
310-Sensores-parte_V.posici%C3%B3n.pdf
2012-01-26
~ 81 ~
10. TERMINALES PREAISLADOS EN PVC
 http://www.dmatel.es/PDF%20TERMINALES/1011%20pre%20pvc.pdf
2012-02-16
11. UNIDAD DE MANTENIMIENTO
 http://www.mindman.com.tw/en/pdf/06.pdf
2012-02-11
ANEXOS
ANEXO 1
Manual Técnico y Práctico de la bancada.
ANEXO 2
Guía de prácticas
ANEXO 3
Asignación de variables de E/S y memorias en el STEP 7 BASIC V10.5
ANEXO 4
Programación del PLC y el panel HMI Basic
ANEXO 5
Diagrama eléctrico de la bancada didáctica y del proceso de paletizado
ANEXO 6
Diagrama neumático del proceso de paletizado
ANEXO 7
Especificaciones técnicas de los elementos utilizados.
ANEXO 8
Encuesta
ANEXO 1
Manual Técnico y Práctico de la BANCADA
DIDÁCTICA
MANUAL TÉCNICO – PRÁCTICO
BANCADA DIDÁCTICA PARA EL PLC SIEMENS S7-1200 CON
INTERFACE HMI TOUCH.
1. INTRODUCCIÓN
Este manual para la Bancada Didáctica, está dirigido a los estudiantes para
que conozcan el correcto funcionamiento de la misma y puedan aplicar sus
conocimientos en la programación del PLC y la HMI simulando o colocando un
proceso cualquiera.
La bancada didáctica posee una cubierta de aluminio sujetada por dos tornillos
en la parte frontal y trasera, facilitando su transporte al lugar de trabajo.
2. ADVERTENCIA
Antes de proceder a cualquier tipo de intervención, el estudiante debe leer
atentamente este manual y prestar atención a cuantas sugerencias y
recomendaciones se den en él, especialmente las que sean precedidas del
siguiente símbolo de seguridad:
La no observancia de esta instrucción, puede exponer a importantes
daños en el equipo.
El incumplimiento de las sugerencias y recomendaciones de este manual, así
como la incorrecta utilización o la manipulación no autorizada de la bancada,
invalida totalmente la responsabilidad de sus creadores.
3. VISTA DE LA BANCADA DIDÁCTICA
Elementos que constituyen la bancada didáctica:
1. Panel de simulación
2. Fuente LOGO POWER
3. PLC S7-1200
4. Borneras de Entradas
5. Borneras de Salidas.
4. DESCRIPCIÓN DEL PANEL DE SIMULACIÓN
El panel de simulación contiene los siguientes elementos:
1. HMI TOUCH, en la cual podrá monitorear.
2. Focos indicadores de las Entradas del PLC
3. Pulsadores para activar las Entradas del PLC
4. Focos indicadores de las Salidas del PLC
5. Entradas analógicas con un voltaje variable de 0 a 10V.
6. CTRL 1 y 2 para los diferentes tipos de funcionamiento.
7. Indicador.
8. SWITCH para energizar la bancada.
9. Fusible para protección cuando la intensidad de corriente supere, por
un cortocircuito o un exceso de carga.
10. Cable de poder, conectar a 110V.
11. Puerto PLC
12. Puerto HMI
IMPORTANTE
 El uso de la MHI no depende del CRTL 1 y 2 para su funcionamiento,
además está disponible para cualquier práctica que se desee realizar.
 Para transferir la programación de la PC a la HMI KTP 400 o al PLC S71200 conecte el cable TP CORD CAT5 al PUERTO HMI o al PUERTO
PLC según corresponda.
5. FUNCIONAMIENTO:
ENCENDIDO
Siga los siguientes pasos:
1. Retire la cubierta de aluminio aflojando los tornillos.
2. Verifique que todos los dispositivos estén ubicados correctamente.
3. Coloque el cable de poder en la parte posterior de la bancada y conecte a
110v.
4. Presione el SWITCH para energizar el Panel de Simulación, la Fuente
LOGO POWER y el PLC.
NOTA:
Es importante mencionar que la bancada didáctica cuanta con cuatro modos de
funcionamiento que se indican a continuación:
 Funcionamiento del panel de simulación
 Funcionamiento para las entradas del panel de simulación
 Funcionamiento para las salidas del panel de simulación
 Funcionamiento para conectar un proceso
FUNCIONAMIENTO DEL PANEL DE SIMULACIÓN
Para realizar prácticas con el panel de simulación, el área resaltada de color
celeste indica lo que se activará al seguir los siguientes pasos:
1. Presione el SWITCH para energizar la bancada.
2. Coloque el CTRL1 y 2 en la posición ON, para utilizar los pulsadores y
visualizar los resultados al encenderse los focos correspondientes a cada
una de las entradas y salidas de acuerdo a la programación ejecutada en el
PLC.
3. Verifique que en las borneras (positivo y negativo) de las entradas (10…17)
y salidas (00…05) no exista voltaje.
IMPORTANTE
 Se recomienda no conectar ninguna carga inductiva en las salidas, no
existirá ningún problema debido al diseño interno del panel de
simulación.
En caso de que el diodo interno se cortocircuite y exista cargas en las
borneras los focos de las salidas del panel de simulación se encenderán.
 Existe un voltaje de 16V, entre la bornera (negativo) con cada una de las
entradas o salidas, por lo que se recomienda no conectar ningún
dispositivo que pueda activarse con este rango de voltaje.
 Las entradas analógicas funcionan correctamente con una variación de
0 a 10V en las borneras correspondientes (0 y 1) permitiendo la
utilización en cualquier modo de funcionamiento.
FUNCIONAMIENTO PARA LAS ENTRADAS DEL PANEL DE
SIMULACIÓN
En este modo se enciende los focos de las entradas al presionar el pulsador
correspondiente a cada una y se puede utilizar las borneras de las salidas,
para esto siga los siguientes pasos:
1. Presione el SWITCH para energizar la bancada.
2. Coloque el CTRL1 en la posición ON y el CTRL 2 en la posición OFF.
3. Verifique que exista voltaje de 25V
en las dos borneras (positivo y
negativo) de las salidas.
IMPORTANTE
 Conectar
correctamente las cargas inductivas
en las borneras
verificando que se cierre el circuito con la bornera (negativo) para que
no existan voltajes no deseados.
FUNCIONAMIENTO PARA LAS SALIDAS DEL PANEL DE
SIMULACIÓN
En este modo se enciende los focos de las salidas y se puede utilizar las
borneras de las entradas, para esto siga los siguientes pasos:
1. Presione el SWITCH para energizar la bancada.
2. Coloque el CTRL1 en la posición OFF y el CTRL 2 en la posición ON.
3. Verifique que exista voltaje de 25V en las dos borneras (positivo y
negativo) de las entradas.
IMPORTANTE
 Los potenciómetros de las entradas analógicas A1 y A0 está
deshabilitados por lo tanto no se puede tener una variación de voltaje.
FUNCIONAMIENTO PARA CONECTAR UN PROCESO
En este modo se deshabilitada los focos de las salidas y los pulsadores que
activan las entradas y se puede utilizar las borneras,
para esto siga los
siguientes pasos:
1. Presione el SWITCH para energizar la bancada.
2. Coloque el CTRL1 y 2 en la posición OFF.
3. Revise que el indicador este encendido.
4. Verifique que en las borneras (positivo y negativo) de las entradas y
salidas tenga un voltaje de 25V.
IMPORTANTE
 Se debe conectar dispositivos de entrada y de salida que estén en el
rango de 0 a 26V.
6. APAGADO
Una vez realizado las prácticas respectivas realice lo siguiente:
1. Presione el SWITCH para apagar la bancada.
2. Desconectar los dispositivos conectados en las borneras.
3. Desconecte el cable TP CORD CAT5 del PUERTO HMI y del PUERTO
PLC.
4. Retire el cable de poder.
5. Coloque la cubierta de aluminio y sujete los tornillos.
6. Ubique la bancada en un lugar seguro.
ANEXO 2
Guía de prácticas.
FACULTAD DE INFORMÁTICA Y ELECTRÓNICA
ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA EN CONTROL Y REDES INDUSTRIALES
GUIA DE PRÁCTICA
Alumno:
Practica Nº:
Calificación:
Fecha:
Tema de la práctica:
Tutor:
1. Modo de Funcionamiento
PANEL DE SIMULACIÓN
ENTRADAS_PANEL_SIMULACIÓN
SALIDAS_PANEL_SIMULACIÓN
CONECTAR UN PROCESO
2. Entradas/Salidas del PLC
DIR
PERTENENCIA
Verificación
DIR
I0.0
Q0.0
I0.1
Q0.1
I0.2
Q0.2
I0.3
Q0.3
I0.4
Q0.4
I0.5
Q0.5
I0.6
I0.7
IA.0
IA.1
PERTENENCIA
Verificación
3. GRAFCET
4. ECUACIONES
5. CONCLUSIONES
6. RECOMENDACIONES
7. OBSERVACIONES
ANEXO 3
Asignación de variables de E/S y memorias
en el software STEP 7.
ANEXO 4
Programación del PLC y el panel HMI Basic
Programa del PLC
Programa de la HMI
ANEXO 5
Diagrama eléctrico de la bancada didáctica
y del proceso de paletizado
ANEXO 6
Diagrama neumático del proceso de
paletizado
ANEXO 7
Especificaciones técnicas de los elementos
utilizados
MOTOR ELÉCTRICO UNIVERSAL
SEWING MACHINE MOTOR
Modelo: FM 10100
Voltaje: 110VAC
Frecuencia: 50/60Hz.
Amperios: 1 A.
RPM: 7000
MOTOR ELÉCTRICO
Voltaje: 12VDC
Frecuencia: 60Hz.
Amperios: 3 A.
RPM: 110
ANEXO 8
Encuesta
ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO
FACULTAD DE INFORMÁTICA Y ELECTRÓNICA
ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA EN CONTROL Y REDES
INDUSTRIALES
Esta encuesta se la realiza con el objetivo de conocer las necesidades de los
estudiantes, respecto a tener una bancada didáctica para el PLC Siemens S71200 con interface HMI Touch la cual permita conocer las características que
facilite la programación del software STEP7 Basic v10.5, en el laboratorio de
control de la Escuela de Ingeniería Electrónica en Control y Redes Industriales.
ENCUESTA
1.- ¿En qué semestre está actualmente?
____________________
2.- ¿Considera usted importante tener una bancada didáctica para realizar
prácticas en el laboratorio?
Sí
No
3.- Con la utilización de la bancada didáctica, ¿usted complementara los
conocimientos teóricos en programación?
Sí
No
Was this manual useful for you? yes no
Thank you for your participation!

* Your assessment is very important for improving the work of artificial intelligence, which forms the content of this project

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