Controladores Digitales de Procesos OMRON E5CN-H y E5CC. · Escuela: Electrónica. Asignatura: Control Digital. Lugar de ejecución: Instrumentación y Control (Edificio 3, 2da planta)

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Controladores Digitales de Procesos OMRON E5CN-H y E5CC.

• Conocer controladores digitales de procesos utilizados en la industria.• Conectar los controladores E5CN-H y E5CC a un proceso cuya variable

esté acondicionada a un rango de voltaje de 0 a 10V.• Configurar los controladores de forma básica para manejar el proceso.• Asignar los parámetros del controlador PID por medio de un proceso

de auto-sintonía.• Analizar la respuesta del sistema al variar distintos puntos de

consigna.

• 1 Fuente de alimentación 15 VCD [SO3538-8D]• 1 Amplificador de potencia [SO3536-7Q]• 1 Sistema controlado de temperatura [SO3536-8T]• 1 Controlador de procesos E5CN-H• 1 Controlador de procesos E5CC• 1 Cable de alimentación para 100-240 VAC• 1 Resistencia de 500 ohms• 1 Destornillador para bornera• 8 Puentes • 1 Switch• 4 Cables de Conexión con terminales de 4mm a 2mm• 1 Multímetro

En la Figura 1 se presentan los controladores de procesos a estudiar en estapráctica

Objetivos específicos

Materiales y equipo

Introducción Teórica

Facultad: Ingeniería.Escuela: Electrónica.Asignatura: Control Digital.Lugar de ejecución: Instrumentación y Control (Edificio 3, 2da planta)

Control Digital. Guía 4

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Figura 1. Controladores Digitales de Procesos OMRON (a) E5CN-H y (b) E5CC.

Algunas características de los controladores digitales avanzados deprocesos:

• Estructura modular• Alta precisión: Períodos de muestreo de 60ms para el E5CN-H y 50ms

para el E5CC.• Control PID con auto-tuning o self-tuning mediante lógica difusa,

seleccionable.• Conforme con las normas sobre seguridad y compatibilidad

electromagnética (EMC) internacionales• Grado de protección del panel frontal IP66/NEMA4 (para uso interior)• Comunicaciones serie (RS-232C, RS-422 y RS-485) y salida de

transferencia (4 a 20 mA).• Control de calor/frío.• También hay disponibles modelos de 24 VAC/VCC.

En la Figura 2 se presenta la descripción de las partes del panel frontal de loscontroladores.

• Display 1: indica los valores actuales del proceso o nombre delparámetro.

• Display 2: indica el punto de consigna, la variable manipulada o laselección de los parámetros.

• Indicadores de operación:• OUT1: Se encenderá cuando se active la “SALIDA DE CONTROL 1”• SUB1: Se encenderá cuando se active la “SALIDA AUXILIAR 1”• SUB2: Se encenderá cuando se active la “SALIDA AUXILIAR 2”• MANU: Se encenderá en el modo de operación manual• STOP: Se encenderá cuando pare la operación• TUNE: enciende durante el auto-tuning y parpadea durante el

self-tuning• Tecla de nivel: cambia entre los diferentes niveles (ajuste, inicial y

comunicaciones)


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• Tecla de modo: selecciona parámetros• Tecla abajo: pulsando esta tecla disminuye el valor del display 2• Tecla arriba: pulsando esta tecla aumenta el valor del display 2• Tecla de shift: pulsando esta tecla cambia el dígito

Figura 2. Descripción de las partes del Panel Frontal (a) E5CN-H y (b) E5CC.

El cableado de los terminales en la parte posterior de los controladores sepresenta en las siguientes figuras:

Figura 3. Disposición de terminales de los controladores OMRON (a) 5CN-H y(b) E5CC.

Fuente de AlimentaciónSe debe conectar la alimentación al controlador E5CN-H en los terminales 9 y10, mientras que para el E5CC la alimentación debe ir en los terminales 11 y12, según diferentes modelos de controlador se requerirá alguna de lasespecificaciones siguientes: AC100-240V, 50/60Hz, 15VA ó AC/DC24V,50/60Hz, 12VA 8W, en el caso de los controladores con los que se cuenta en ellaboratorio será la primera.

EntradaLas entradas de los controladores se conectarán según se requiera, para el


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E5CN-H en los terminales 3,4 y 5 como se muestra en la Figura 4(a) y para elOMRON E5CC en los terminales 4, 5 y 6 como puede verse en la Figura 4(b).

Figura 4. Cableado de las diferentes opciones de entrada (a)E5CN-H y (b)E5CC.

Salida de controlTanto para E5CN-H como para el E5CC para la salida de control 1 se utilizan losterminales 1 y 2.

Figura 5. Cableado para la Salida de Control (a)E5CN-H y (b) E5CC.

Cómo leer los signos de pantalla.

La siguiente tabla muestra la correspondencia entre los símbolos que aparece en los display 1 y 2 y caracteres del alfabeto.

Tabla 1. Lectura de caracteres en displays 1 y 2.

Nota: Para mayor referencias de los procedimientos presentados serecomienda la lectura de los manuales de los controladores a los que se hacereferencia en la bibliografía.Dependiendo del controlador que se le ha asignado iniciará cada grupo laconfiguración correspondiente, luego intercambian los controladores.

CONTROLADOR DIGITAL OMRON E5CN-HParte I. Implementación del sistema.

NO mantener pulsado simultáneamente los botones de TECLA DE NIVEL yTECLA DE MODO por más de 3 segundos, pues esto hará que se habilite

Procedimiento


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el Modo de Protección del controlador y puede ocurrir que se cambien losparámetros preestablecidos del controlador; si llega a pasar esto poraccidente, NO se precipite a pulsar ninguna otra tecla, solo mantenganuevamente pulsado simultáneamente los botones de TECLA DE NIVEL yTECLA DE MODO por 3 segundos para que vuelva a su interfaz principal.

1. Conecte los terminales de alimentación del controlador E5CN-H (VerFigura 3a) al cable de alimentación, pero no lo conecte aún al

toma corriente.2. Implemente el sistema que se muestra en la Figura 6.

Figura 6. Esquema de conexión a realizar entre el sistema y el E5CN-H.

3. La variable de proceso se estará ingresando al controlador en unrango de 0 a 10V y la salida del controlador también tendrá un

máximo de 10V. Pida al docente de laboratorio que revise lasconexiones. Si todo está bien energice únicamente al E5CN-H.

Parte II. Configuración de entrada y tipo de control.

Los datos del sistema a parametrizar en el controlador son los siguientes:“Input type” = 29 (0 a 10V)“scaling upper limit value” = 1000“scaling lower limit value” = 0000“decimal point” = 1


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Para poner estos datos siga el procedimiento que se muestra a continuación:

4. Teniendo el cuidado de no tocar la parte de atrás del controlador,presione la tecla de nivel al menos 3 segundos para ingresar al

“Nivel de selección inicial”, deberá mostrarse en el display 1

“Input type”, presione las teclas o hasta que el display 2 indique“29”. La Tabla 2 muestra los distintos tipos de entrada disponibles.

5. Presione brevemente la tecla de modo para fijar el valorconfigurado. El display cambia hacia (parámetro “scaling upper

limit value”). El parámetro por defecto es “100”, presione la tecla hasta que el display 2 indique “1000”.

Tabla 2. Tipos de Entrada para el E5CN-H.


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6. Presione brevemente la tecla para fijar el valor configurado. Eldisplay cambia hacia (parámetro “scaling lower limit value”). Elparámetro por defecto es 0.

7. Deje este parámetro como está, presione la tecla para fijar el valorconfigurado. El display cambia hacia (parámetro “decimalpoint”). El parámetro por defecto es “0”.

8. Presione la tecla hasta que el display indique “1”, presione varias

veces la tecla hasta que se muestre en el display 1 .

9. Con las teclas o coloque en el display 2 la opción (PID).

Parte III. Configuración de salida.

Para este ejercicio se necesitan las siguientes configuraciones:“control output 1 assignment” = control output (heating)“Auxiliar output 1 assignment” = alarm output 1“direct/reverse operation” = reverse operation“run/stop” = run

10.Estando siempre en el “Nivel de selección inicial”, presione la tecla aparecerá en el display 1 (Parámetro “standard” oHeating/Cooling”), dentro de esta opción seleccione con las teclas o

la opción , luego presione para fijar el valor.

11.Presione varias veces la tecla hasta que se muestre en el display 1

(parámetro “direct/reverse operation”) con las teclas o

seleccione (reverse), presione para fijar el valor.

12. Presione la tecla varias veces hasta que se muestre en eldisplay 1 (parámetro para moverse del “Nivel de seleccióninicial” al “Nivel de ajuste de función avanzada”), luego presione la tecla

hasta que se muestre el valor de -169 en el display 2 que es lacontraseña para moverse al “Nivel de ajuste de función avanzada”, alcolocar el valor, el controlador automáticamente pasará a lasconfiguraciones avanzadas, se mostrará .

13. Presione varias veces la tecla hasta que se muestre enel display 1 (parámetro “control output 1 assignment”), el valorpor defecto es (Control Output (Heating)), como ese es el valor a


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dejar para este ejercicio presione la tecla para fijar el valor.14. Aparecerá , el valor por defecto es , deje este valor y

presione la tecla para fijar el valor.15. Presione la tecla al menos por 1 segundo para volver al “Nivel

de selección inicial” (se muestra ).

Parte IV. Configuración de tipos de alarma

• Tres tipos de salidas de alarma son soportadas: alarmas 1 a 3. De estassólo la alarma asignada como salida puede ser usada.

• Las condiciones de salida de alarma son determinadas de acuerdo a lacombinación de los parámetros “alarm type” (tipo de alarma), “alarmvalue” (valor de alarma) y “alarm hysteresis” (histéresis de alarma).

• Las condiciones de los contactos cuando la salida de alarma estáencendida “ON” puede ser puesto como abierto “open” o cerrado“closed” en el parámetro “close in alarm/open in alarm”.

La Tabla 3 muestra los tipos de alarma soportados por el E5CN-H y susrespectivas operaciones.


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Tabla 3. Tipos de salida de alarma para el E5CN-H y E5CC.

16. En el “Nivel de selección inicial” presione la tecla varias veceshasta que (parámetro “alarm type 1”) es mostrado. El parámetropor defecto es “2: deviation upper limit”.

17. Presione la tecla para cambiarlo a “1: deviation upper and

lower limit”, presione la tecla para fijar el valor.18. Presione la tecla al menos por un segundo para volver al “Nivel

de operación”, PV y SV son mostrados.


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19. Presione varias veces la tecla hasta que se muestre en el

display 1 con las teclas o cambie el valor a 1.

20. Presione la tecla hasta que ,limite superior del valor dealarma es mostrado.

21. Presione la tecla o hasta colocar el valor “2.0”.

22. Presione la tecla , se mostrará , coloquele también elvalor de “2.0”.

Parte V. Arranque y Paro de la operación.

23. Estando siempre en el “Nivel de operación”, presione la tecla varias veces hasta que se muestre en el display 1 , presione la tecla

o para seleccionar . un indicador en pantalla con lapalabra “STOP” enciende y la operación se detiene.

24. Para reiniciar la operación siga el procedimiento anterior yseleccione , el indicador “STOP” se apaga y la operación

comienza, presione la tecla hasta que se vean de nuevo los valoresde PV y SV.

Parte VI. Auto-sintonía

25. Encienda la fuente de voltaje de +/- 15V para alimentar al sistema,

ponga una referencia de 70.0 usando las teclas o , el display 2que muestra la PV debe estar mostrando el valor escalado en gradoscelsius de la entrada de voltaje.

26. Cierre el interruptor que colocó en el sistema térmico y sigaconfigurando los parámetros PID por medio de Auto-sintonía.

27. Se requiere que el controlador esté en modo RUN, tal como se dejóen el paso 24, si no fue así repita los pasos.

28. Presione la tecla por menos de 1 segundo, para entrar al “Nivel

de ajuste”, se mostrará en el display, presione la tecla hasta que aparezca en el display 1 “AT execute/cancel” . En esteejercicio el parámetro configurado por defecto es “AT cancel”.

29. Presione la tecla para especificar .30. El indicador en pantalla AT destella, y la ejecución de la

Auto-sintonía comienza. Cuando el indicador AT se apaga (fin de laejecución de auto-sintonía), el parámetro automáticamente retorna a

(“AT cancel”), espere a que esto ocurra.31. Presione la tecla por tres segundos para volver al “Nivel de

selección inicial” y luego presiónela de nuevo por un segundo para


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entrar al “Nivel de operación” para que se muestre de nuevo PV y SV.32. Compruebe los ajustes variando la referencia entre 70.0 y 90.0 y

verifique con el multímetro lo que sucede en la salida de temperatura enel simulador ¿El controlador estabiliza el valor de temperatura en elvalor deseado?_________________________.

33. Desenergice y desconecte los equipos.

CONTROLADOR DIGITAL OMRON E5CC

Parte I. Implementación del sistema.NO mantener pulsado simultáneamente los botones de TECLA DE NIVEL yTECLA DE MODO por más de 3 segundos, pues esto hará que se habilite

el Modo de Protección del controlador y puede ocurrir que se cambien losparámetros preestablecidos del controlador; si llega a pasar esto poraccidente, NO se precipite a pulsar ninguna otra tecla, solo mantenganuevamente pulsado simultáneamente los botones de TECLA DE NIVEL yTECLA DE MODO por 3 segundos para que vuelva a su interfaz principal.

1. Conecte los terminales de alimentación del controlador E5CC (VerFigura 3b) al cable de alimentación, pero no lo conecte aún al

toma corriente.2. Implemente el sistema que se muestra en la Figura 7.

Los terminales de salida del controlador E5CC (terminales 1+ y 2- , verFigura 5a) se han conectado en paralelo con una resistencia de 500 ohmios¿Cual considera que es la función de esta resistencia?____________________________________________________.

3. La variable de proceso se estará ingresando al controlador en unrango de 0 a 10V y la salida del controlador también tendrá un

máximo de 10V. Pida al docente de laboratorio que revise lasconexiones. Si todo está bien energice únicamente al E5CC.


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Figura 7. Esquema de conexión a realizar entre el sistema y el E5CC.

Parte II. Configuración de entrada y tipo de control.

Los datos del sistema a parametrizar en el controlador son los siguientes:“Input type” = 29 (0 a 10V)“scaling upper limit value” = 1000“scaling lower limit value” = 0000“decimal point” = 1

Para poner estos datos siga el procedimiento que se muestra a continuación.

4. Teniendo el cuidado de no tocar la parte de atrás del controlador,presione la tecla de nivel al menos 3 segundos para ingresar al

“Nivel de selección inicial”, deberá mostrarse en el display 1

“Input type”, presione las teclas o hasta que el display 2 indique“29”. La Tabla 4 muestra los distintos tipos de entrada disponibles.

5. Presione brevemente la tecla de modo para fijar el valorconfigurado. El display cambia hacia (parámetro “scaling upper

limit value”). El parámetro por defecto es “100”, presione la tecla hasta que el display 2 indique “1000”.

6. Presione brevemente la tecla para fijar el valor configurado. Eldisplay cambia hacia (parámetro “scaling lower limit value”). Elparámetro por defecto es 0.


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Tabla 4. Tipos de Entrada para el E5CC.

7. Deje este parámetro como está, presione la tecla para fijar el valorconfigurado. El display cambia hacia (parámetro “decimalpoint”). El parámetro por defecto es “0”.

8. Presione la tecla hasta que el display indique “1”, presione varias

veces la tecla hasta que se muestre en el display 1 .

9. Con las teclas o coloque en el display 2 la opción (PID).

Parte III. Configuración de salida.

Para este ejercicio se necesitan las siguientes configuraciones:“control output 1 assignment” = control output (heating) (0-20mA)“Auxiliar output 1 assignment” = alarm output 1“direct/reverse operation” = reverse operation“run/stop” = run


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10.Estando siempre en el “Nivel de selección inicial”, presione la tecla y aparecerá en el display 1 (Parámetro “standard” o“Heating/Cooling”), dentro de esta opción seleccione con las teclas o

la opción , luego presione para fijar el valor.

11.Presione varias veces la tecla hasta que se muestre en el display 1

(parámetro “direct/reverse operation”) con las teclas o

seleccione (reverse), presione para fijar el valor.

12.Presione la tecla varias veces hasta que se muestre en el display 1

(Parámetro señal de salida de control), con las teclas o

seleccione (0-20mA), luego presione la tecla para fijar el valor.13.Presione la tecla varias veces hasta que se muestre en el display 1

(parámetro para moverse al “Nivel de selecciónde funciones avanzadas”), luego presione la tecla hasta que semuestre el valor de -169 en el display 2 que es la contraseña paramoverse al “Nivel de selección de funciones avanzadas”, al colocar elvalor, el controlador automáticamente pasará a las configuracionesavanzadas, se mostrará inicialmente .

14.Presione varias veces la tecla hasta que se muestre en el display 1 (parámetro “control output 1 assignment”), el valor por defecto

es (Control Output (Heating)), como ese es el valor a dejar para este

ejercicio presione la tecla para fijar el valor.15.Aparecerá , el valor por defecto es (alarma 1), deje este valor

y presione la tecla para fijar el valor.16.Presione la tecla al menos por 1 segundo para volver al “Nivel de

selección inicial” (se muestra ).

Parte IV. Configuración de tipos de alarma

• Cuatro tipos de salidas de alarma son soportadas: alarmas 1 a 4. Deestas sólo la alarma asignada como salida puede ser usada.

• Las condiciones de salida de alarma son determinadas de acuerdo a lacombinación de los parámetros “alarm type” (tipo de alarma), “alarmvalue” (valor de alarma) y “alarm hysteresis” (histéresis de alarma).

• Las condiciones de los contactos cuando la salida de alarma estáencendida “ON” puede ser puesto como abierto “open” o cerrado“closed” en el parámetro “close in alarm/open in alarm”.

La Tabla 3 muestra los tipos de alarma soportados por el E5CC y susrespectivas operaciones.

17. En el "Nivel de selección inicial” presione la tecla varias veces


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hasta que (parámetro “alarm type 1”) es mostrado. El parámetropor defecto es “2: deviation upper limit”.

18. Presione la tecla para cambiarlo a “1: deviation upper and

lower limit”, presione la tecla para fijar el valor.19. Presione la tecla al menos por un segundo para volver al “Nivel

de operación”, PV y SV son mostrados.

20. Presione la tecla hasta que ,limite superior del valor dealarma es mostrado.

21. Presione la tecla o hasta que se muestre el valor “2.0” .

22. Presione la tecla , se mostrará , coloquele también elvalor de “2.0”.

Parte V. Arranque y Paro de la operación.

23. Presione la tecla varias veces hasta que se muestre en el

display 1 , presione la tecla o para seleccionar , lapalabra destella y luego de un tiempo un indicador en pantalla con lapalabra “STOP” enciende y la operación se detiene.

24. Para reiniciar la operación siga el procedimiento anterior yseleccione , la palabra destella, el indicador “STOP” se apaga y

la operación comienza, presione la tecla hasta que se vean denuevo los valores de PV y SV.

Parte VI. Auto-sintonía

25. Encienda la fuente de voltaje de +/- 15V para alimentar al sistema,

ponga una referencia de 70.0 usando las teclas o , el display 2que muestra la PV debe estar mostrando el valor escalado en gradoscelsius de la entrada de voltaje.

26. Cierre el interruptor que colocó en el sistema térmico y sigaconfigurando los parámetros PID por medio de Auto-sintonía.

27. Se requiere que el controlador esté en modo RUN, tal como se dejóen el paso 24, si no fue así repita los pasos.

28. Presione la tecla por menos de 1 segundo, para entrar al “Nivelde ajuste”, se mostrará “AT execute/cancel” . En este ejercicio elparámetro configurado por defecto es “AT cancel”.

29. Presione la tecla para especificar , la palabra destella yaparece un indicador en pantalla con la palabra “TUNE” indicando queha comenzado la ejecución de la auto-sintonía. Cuando el indicador ATse apaga (fin de la ejecución de auto-sintonía), el parámetro


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automáticamente retorna a (“AT cancel”), espere a que estoocurra.

30. presione la tecla por tres segundos para volver al “Nivel deselección inicial” y luego presiónela de nuevo por un segundo paraentrar al “Nivel de operación” para que se muestre de nuevo PV y SV.

31. Compruebe los ajustes variando la referencia entre 70.0 y 90.0 yverifique con el multímetro lo que sucede en la salida de temperatura enel simulador ¿El controlador estabiliza el valor de temperatura en elvalor deseado?_________________________.

32. Desenergice y desconecte los equipos.

1. Al variar la referencia en el sistema térmico ¿se generó un sobre impulsodespués de haber ejecutado la auto-sintonía o la respuesta fue suave?.

2. Según el tipo de alarma que se les colocó a los controladores y loslímites establecidos ¿en que valores de temperatura se mantieneapagada la alarma?

3. Esquematice las conexiones para controlar con el E5CN-H y el E5CC unmotor DC que tiene una dinamo que provee voltaje de 0 a 10V paraindicar la velocidad del motor de 0 a 5000 r.p.m indique cuálesparámetros debería variar con respecto a lo que se hizo con esteexperimento.

4. Además de procesos de temperatura ¿Qué otros usos puede tener elE5CN-H y el E5CC en instrumentación? (considere las opciones decomunicación)

• Investigue acerca de controladores SIEMENS y sus posibilidades deauto-sintonía y comunicación

• Investigue qué otras opciones de hardware de comunicación y de salidaanalógica presenta este controlador

• ¿Podrá la computadora personal ser utilizada como controlador digital?

• OMRON E5CN-H E5AN-H E5EN-H Digital Controllers User's Manualadvanced type Cat. No. H157-E1-03. Disponible en:http://industrial.omron.com.br/uploads/arquivos/E5AN.pdf

• OMRON Digital Temperture Controllers User's Manual E5_C Cat. No.H174-E1-06. Disponible en:

Bibliografía

Investigación Complementaria

Análisis de Resultados


http://industrial.omron.com.br/uploads/arquivos/E5AN.pdf

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EVALUACION

% 1-4 5-7 8-10 Nota

CONOCIMIENTO 25 Conocimiento deficiente de los fundamentos teóricos

Conocimiento y explicación incompletade los fundamentos teóricos

Conocimiento completo y explicación clara de los fundamentos teóricos

APLICACIÓN DEL CONOCIMIENTO

70 Necesitó mucha ayuda para realizarlas conexiones del sistema (20%)

El sistema no se podía controlar correctamente (20%)

No concluyó de forma coherente a los resultados registrados. (30%)

Necesitó poca ayuda para realizar las conexiones del sistema(20%)

El sistema se controló correctamente después de intervención del docente (20%)

Sus conclusiones tienen relación coherente a los resultados registrados pero incompletas. (30%)

Realiza correctamente las conexiones del sistema sin ayuda.(20%)

El sistema se controló correctamente (20%)

Sus conclusiones tienen relación coherente y completa respecto a los resultados registrados (30%)

ACTITUD 2.5 Es un observador pasivo.

Participa ocasionalmente o lo hace constantemente pero sin coordinarse con su compañero.

Participa propositiva e integralmente en toda la práctica.

2.5 Es ordenado; pero no hace un uso adecuado de los recursos

Hace un uso adecuado de los recursos, respeta las pautas de seguridad; pero es desordenado.

Hace un manejo responsable y adecuado de los recursos conforme a pautas de seguridad e higiene.

TOTAL 100

Hoja de cotejo: 4

Guía 4: Controladores Digitales de Procesos OMRON E5CN-H y E5CC

Alumno:

Docente: GL: Fecha:

Puesto No:


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