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Electricitat/Electrnica
ANALOGIA Y REGULACIN CON ELPLC SIEMENS S7 314C 2 DP
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PROGRAMACIN DEL AUTOMATA
S7-300
Analoga y regulacin
Tratamiento de seales analgicas y regulacin
IES SEP LA GARROTXAOLOT
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PRLOGO
Esta documentacin forma parte de una serie de manuales que un grupo de profesoresde tres institutos de educacin secundaria de Catalunya, como son:
IES-SEP Comte de Rius de TarragonaIES Palau Ausit de Ripollet (Barcelona)IES-SEP La Garrotxa de Olot (Girona)
han estado experimentando con diferentes materiales incluidos dentro de la temtica dela automatizacin, el control y las comunicaciones industriales.
Este equipo de profesores, formaron un grupo de trabajo, llamado EDCAI(Experimentacin y Documentacin en Control y Automatizacin Industrial),reconocido tanto por el Departament dEducaci de la Generalitat de Catalunya comopor la empresa Siemens, con unos objetivos tan sencillos como claros y que se basabanen la realizacin de documentacin realizada por profesores/as para profesores/as, yque adems, pudiese servir como manual para los alumnos, esto quiere decir que se haintentado realizar una documentacin que sea fcil de seguir con unas explicacionespaso a paso de los diferentes procesos a realizar, para de esta manera poder alcanzarel objetivo propuesto en cada ejercicio.
Este grupo de trabajo contina trabajando en cada uno de los temas para poder iractualizando da a da esta documentacin, es por ello, que nos podis enviar vuestrassugerencias a travs de la informacin que encontrareis en la web dedicada a estegrupo de trabajo y que desde aqu os invitamos a participar.
www.iespalauausit.com/edcai/edcai.php
Esperamos que el esfuerzo y dedicacin que hemos realizado pueda ayudar a mejorarvuestra labor educativa.
Los profesores del grupo de trabajo EDCAI
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INDICE
1. INTRODUCCIN AL TRATAMIENTO DE DATOS ANALGICOS CON PLC ....................................... 41.1. CONFIGURACIN GENERAL DEL HARDWARE ..................................................................... 41.2. TRATAMIENTO DE DATOS ANALGICOS ........................................................................... 6
2. EJERCICIO 1 ........................................................................................................................... 8
2.1. DESCRIPCIN DEL EJERCICIO .......................................................................................... 82.2. CONFIGURACIN DEL HARDWARE.................................................................................... 82.3. PREGUNTAS .................................................................................................................. 222.4. AMPLIACIN ................................................................................................................. 24
3. EJERCICIO 2 : REGULACIN DE TEMPERATURA TODO-NADA ................................................... 25
3.1. DESCRIPCIN DEL EJERCICIO ........................................................................................ 253.2. PREGUNTAS .................................................................................................................288
3.3. AMPLIACIN ................................................................................................................. 294. EJERCICIO 3: ESCALADO DE ENTRADAS ................................................................................. 30
4.1. LECTURA Y ESCALADO DE UN VALOR ANALGICO PROPORCIONADO POR UN SENSOR DETEMPERATURA.......................................................................................................................... 30
4.1.1 SENSOR DE TEMPERATURA LM35 ........................................................................... 314.1.2 ESTRUCTURA DEL PROGRAMA................................................................................ 33
4.2. PREGUNTAS .................................................................................................................. 364.3. AMPLIACIN ................................................................................................................. 37
5. REGULADORES CON PLC : REGULACIN CONTNUA DE TEMPERATURA CON MUDULACIN POR
IMPULSOS .................................................................................................................................... 38
5.1. REGULACION DE TEMPERATURA CON FB58..................................................................... 38
5.2. PWM (PULSE WIDTH MODULATION)............................................................................... 385.3. FUNCIONAMIENTO ........................................................................................................ 415.4. EJERCICIO: REGULACIN DE TEMPERATURA................................................................... 41
5.4.1 PROCEDIMIENTO................................................................................................... 445.4.2 CONFIGURACIN E LOS PARMETROS DE CONTROL...............................................446
5.5. PREGUNTAS .................................................................................................................. 476. REGULADORES CON PLC UTILIZACIN DE LA FUNCIN DE REGULACIN CONTINUA SFB 41...... 48
6.1. FUNCIONAMIENTO ........................................................................................................ 49
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El direccionamiento del equipo se ve reflejado en la siguiente ventana:
.
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1.2. TRATAMIENTO DE DATOS ANALGICOS
Referente a la analoga, dado que se trata de entradas / salidas de 12 bits de resolucin (212 valores
diversos) son necesarios 2 bytes para, para lo cual la lectura del valor analgico se realiza en WORDs
(2 byte)
Por ejemplo, la entrada analgica 1, ocupa el rea PEW752 formada por EB752 i EB753, i por
tanto, la siguiente entrada analgica ser la PEW754.
PEB 752 (MSB) PEB753 (LSB)
P E W 7 5 2
S7 aprovecha el uso de una WORD para almacenar el valor analgico medido de forma que se puedan
tratar entradas de diferente resolucin de la misma forma. Ello se consigue trabajando siempre con 15
bits para almacenar el valor, mas un bit (el mas significativo) destinado a definir el signo.
Si la resolucin tiene menos de 15 bit, el dato analgico es completamente justificado a la
izquierda. Los bits de orden inferior no usados se rellenan con ceros.
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El bit ms a la izquierda, el MSB, es el bit de signo; 0 significa que el valor es positivo, 1
significa que el valor es negativo.
Esta tabla muestra ejemplos de configuraciones de bit para diferentes resoluciones.
Tipo Valor Analgico
Nmero de bit 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
valor analgico 15-bit 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1
valor analgico 12-bit 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0
valor analgico 8-bit 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0
Las direcciones de la periferia de entradas y salidas analgicas incorporadas en el PLC son:
ENTRADAS
ENTRADA 1 PEW752
ENTRADA 2 PEW754
ENTRADA 3 PEW756
ENTRADA 4 PEW758
ENTRADA 5 PEW760
SALIDAS
SALIDA1 PAW752
SALIDA2 PAW754
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2. EJERCICIO 1
2.1. DESCRIPCIN DEL EJERCICIO
En este primer ejercicio, vamos a ver como configurar el hardware para una entrada analgica, as
como el de la captura y monitorizacin de este valor.
Se trata de realizar un programa en el que capturemos un valor 0 - 10 V variable externamente, as
como de una temperatura capturada con una sonda PT100 y transfiriendo ambos valores a una
posicin de memoria del PLC, en concreto a las WORD MW30 yMW32 respectivamente.
El programa lo organizaremos de la siguiente forma:
OB1
FC1
LeerEntradas
En el bloque de organizacin OB1, programaremos un salto al FC1 donde leeremos las entradas y las
astransferiremos a las posiciones antes indicad
2.2. CONFIGURACIN DEL HARDWARE
Haremos una lectura de la entrada 0 del entrenador, con
direccin PEW752, la cual est asociada a un potencimetro
que proporciona un valor entre 0 i 10 Vaproximadamente.
Podremos comprobar que aunque una representacin de 15
bits podra generar un nmero de 215 valores distintos,
aparentemente el rango de salida debera de ser de 0 a + 32768 (215) para valores unipolares cuando en
realidad es de 0 a + 27648.
Cuando se trabaja con valores bipolares (-10 a +10 V por ejemplo) el rango nominal de -27648 a
+27648.
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Abrimos el administrador de Simatic y creamos un nuevo proyecto:
Archivo Nuevo Nombre
Nombraremos el proyecto como Regul_1
En el administrador de Simatic nos aparecer el icono del proyecto
Para Incluir un equipo Simatic, Nos situamos sobre este icono y haremos:
Clic con el botn derecho insertar objeto nuevo simatic300
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El equipo se ver incluido en el proyecto y se nos mostrar un icono de este en el administrador de
Simatic.
Para configurar el hardware, clicaremos sobre Regul_1 y clicando sobre el icono hardware accederemos
al programa de configuracin de este.
En la ventana de configuracin podemos ver los diferentes elementos que podemos insertar.
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En primer lugar, insertaremos un perfil para ubicar el equipo S7-314-2DP encontraremos dentro de
SIMATIC 300.
Seleccionamos Simatic300 Bastidor Perfil Soporte
Hacemos clic sobre perfil soporte:
Esta accin nos incluir un perfil donde podremos ubicar la CPU as como posible periferia aadida y
elementos auxiliares
Para insertar cualquier equipo, deberemos de elegir un nmero de ranura o slot donde ir insertado:
En principio el perfil aparecer con todos los SLOTS vacos.
Insertaremos la CPU 314-2DP en el Slot 2.
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Es necesario seleccionar la referencia del modelo concreto de
CPU con la que estamos trabajando, dato encontraremos
serigrafiado sobre la carcasa del aparato.
Por defecto, se nos propondr la direccin MPI =2 la cual
aceptaremos si es el caso o cambiarla en el supuesto que el
equipo trabajara con una direccin diferente.
Una vez hecho esto, el administrador de configuracin del hardware nos mostrar la configuracin
realizada, incluyendo tanto la CPU como los elementos de periferia y auxiliares integrados en esta, as
como las direcciones de la configuracin realizada.
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La periferia de analoga utilizada es muy flexible. Es posible trabajar tanto con valores unipolares como
bipolares. Tambin es posible configurar el hardware con el objetivo de incorporar elementos de
analoga que trabajen tanto en tensin como en intensidad, e incluso conectar directamente sensores
del tipo PT100 o termopares.
Es por ello, que una vez aadido al proyecto el hardware que deseamos utilizar, deberemos de configurar
las entradas y salidas analgicas para que estas estn en sintona con los elementos que a ellas debemos
de conectar.
Hacemos clic sobre el campo AI5/A02 y elegiremos una configuracin de las entrada 0 a 3 del tipo
tensin 0..10 V( aunque en esta primera prctica solo utilizamos la entrada 0)
La entrada 4 la configuraremos para que esta pueda leer directamente un sensor termoresistivo tipo
PT100.
Observamos que en la ficha de configuracin, existe tambin la posibilidad de configurar un filtro de la
seal de entrada. Dejaremos 50 Hz, que es el valor ms comn y que nos aparece por defecto.
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Con este paso ya tendremos configurado totalmente el hardware del proyecto de forma acorde con los
elementos utilizados.
Para que dicha configuracin tenga efecto en el PLC deberemos de guardarla, compilarla y transferirla a
este.
Para ello seleccionaremos: Equipo Guardar y compilar
Seguidamente transferiremos la configuracin al PLC.
Pulsando sobre el icono cargar en modulouna ventana seleccionaremos la CPU sobre la que se
cargar la configuracin.
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Para continuar, aceptaremos los valores propuestos.
Ahora el PLC ya ha quedado programado con la nueva configuracin
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PROGRAMACIN
Desde el administrador de Simatic, iremos a la ventana Bloques, donde observaremos que existe
nicamente el bloque de organizacin OB1.
Tal y como hemos comentado, el programa lo ubicaremos en FC1, para lo cual, deberemos de insertar
esta funcin.
Para ello, desde haciendo clic con el botn derecho sobre Bloques seleccionaremos:
Insertar nuevo Objeto Funcin
Nombraremos el objeto como FC1. Como nombre simblico definiremos Lectura analoga, y
aadiremos un pequeo comentario que nos defina su funcionamiento.
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Una vez aceptada la ficha, clicaremos sobre OB1 para editar el programa donde ubicaremos el salto a la
funcin FC1.
Podemos tambin editar la ficha y a continuacin pulsaremos sobre Aceptar
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Para realizar el salto a la funcin FC1, en la ventana Vista General, nos dirigiremos a:
Bloques FC, donde seleccionamos FC1 arrastrndolo al segmento 1 de OB1.
Este es el nico contenido de OB1, y por tanto, guardaremos el bloque haciendo:
Archivo Guardar
Seguidamente editamos FC1 de la misma forma, donde insertamos dos funciones de transferencia
MOVE.
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Esta primera Funcin de transferencia, transferir el contenido de la entrada analgica 0, con direccin
PEW752 a la variable MW30.
Nuevo segmento donde A continuacin, insertaremos un nuevo segmento donde editaremos la segunda
funcin de transferencia MOVE.
En este caso, se trata de transferir el contenido de la entrada 4 ( PEW760), donde conectaremos el
sensor termoresistivo tipo PT100, a la posicin de memoria MW32, donde podremos leer en unidades de
temperatura la magnitud capturada por la sonda.
Una vez editada FC1, guardamos el modulo y a continuacin transferiremos los mdulos editados al PLC.
Para ello, situndonos sobre Bloques, pulsaremos el botn cargar en PLC.
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Una vez cargados OB1 i FC1 en el PLC, nos dirigiremos a FC1 y entramos en modo monitorizacin
(gafas), con el objeto de poder monitorizaron lineel funcionamiento del programa.
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Para poder observar el funcionamiento de la adquisicin de
temperatura, procederemos a conectar los dos cables de la sonda
PT100 en los terminales de la entrada PEW760.
Si la sonda es de 3 o 4 hilos, utilizaremos nicamente dos de ellos.
Una vez conectada la sonda, para poder visualizar los datos de
forma mas clara, nos dirigiremos a la pestaa forzado en la
pantalla de monitorizacin y editaremos la tabla para poder
visualizar en diversos formatos las entradas analgicas tal como muestra la figura.
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2.3. PREGUNTAS
1. Acta sobre el potencimetro asociado a PEW752 y anota los valores decimales y binario de
MW30 cuando situamos el potencimetro en su valor mnimo y cuando lo hacemos en su valor
mximo.
BINARIO DECIMAL VENTRADA
MW30 0V
MW30 10V
Porque crees que los mrgenes del valor ledo difieren un poco de los esperados?.
2. Observa y anota el valor ledo en MW32 a temperatura ambiente. Sujeta ahora la sonda con la
mano y observa como aumenta la temperatura hasta aproximadamente unos 35 grados
(temperatura corporal).
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BINARIO DECIMAL TEMPERATURA
MW32 AMBIENTE
MW32 CORPORAL
En que unidades nos indica MW32 el valor decimal de la temperatura?.
3. Que haras en el caso de observar que existe un error absoluto constante de + 1C en la
lectura?.
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2.4. AMPLIACIN
Para poder observar mejor el funcionamiento de la sonda, introduce esta en agua muy caliente y en aguacon hielo. Anota los valores ledos.
BINARIO DECIMAL TEMPERATURA
MW32 Muy caliente
MW32 Muy fria
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3. EJERCICIO 2: REGULACIN DE TEMPERATURA TODO-NADA
3.1. DESCRIPCIN DEL EJERCICIO
El siguiente ejercicio es una pequea aplicacin de regulacin todo-nada utilizando un PLC. Se Trata
de leer la temperatura de una lmpara de 24 V accionada directamente desde una salida del PLC,
utilizando para ello una sonda tipo PT100 conectada en la entrada 4 de este.
El valor de temperatura lo compararemos con una referencia fija de unos 30 grados mediante una
instruccin de comparacin del PLC. En caso de que la temperatura leda sea inferior al valor de
referencia, la salida del PLC activar la lmpara. En caso contrario, la lmpara permanecer apagada.
El ejercicio se programara en FC1, programando un salto a esta funcin desde OB1. Guarda el proyecto
del ejercicio con el nombre Regul_2.
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La asignacin de entradas y salidas vendr definida por la siguiente tabla
ASIGNACIN OBSERVACIONES
SONDA PT100 PEW760 Entrada Analgica 4
SALIDA LAMPARA A124.0 Salida Digital
VARIABLE TEMPERATURA MW30
Donde PEW760 es la entrada analgica 4 donde conectaremos el sensor, A124.0 es salida digital con
lgica positiva (+24 V o nada) que controla la lmpara y MW30 es una posicin de memoria auxiliar que
contendr el valor de temperatura ledo.
En FC1 se programar una transferencia de PEW760 a MW30, la cual se comparar con una constante de
referencia mediante una operacin de comparacin, la salida de la cual determinar el estado de la salida
A124.0.
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Una vez transferidos tanto el programa como la configuracin del hardware, conecta la lmpara entre 0
V (negro) y la salida A124.0 (rojo), as como la sonda en la entrada analgica correspondiente, de
forma que ambos queden situados de forma prxima para asegurar la transferencia de calor.
Monitoriza FC1 i MW30.
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3.3. AMPLIACIN
4. Disea una modificacin en FC1 de forma que el circuito tenga una histresis de 1 C, es
decir, que la lmpara se conecte cuando la temperatura baje por debajo de los 30C y se
desconecte cuando supere los 31C.
Una vez en funcionamiento, dibuja el esquema que has utilizado.
5. Que ventajas observas?
6. Con que frecuencia aproximadamente se conecta y desconecta la lmpara?
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4. EJERCICIO 3: ESCALADO DE ENTRADAS
En los procesos en que intervienen variables analgicas que deben de ser ledas desde el sistema de
control, una de las tareas que casi siempre aparece es el escalado, es decir, la traduccin del valor
normalizado ledo (0..10 V, 4..20 mA, etc.) a las unidades que este valor representa (C, RPM, etc.)
As por ejemplo, si un sensor de posicin lineal analgico entrega un valor entre 0..10V en funcin de
una carrera variable entre 0 y 55 cm, ser necesaria una operacin que convierta el valor de tensin
(voltios) ledo en unidades de distancia (cm).
A esta funcin se le denomina escalado. En los casos en que la dependencia entre el valor analgico
ledo y las unidades a las que se desea la conversin es lineal, es decir, quede definido por una lnea
recta, es fcil realizar esta operacin mediante la funcin FC105 SCALE CONVERT.
4.1. LECTURA Y ESCALADO DE UN VALOR ANALGICO PROPORCIONADO POR UNSENSOR DE TEMPERATURA.
En este ejercicio, se pretende poder capturar y monitorizar la temperatura captada por un sensor
especializado, el LM35, mediante una entrada analgica del PLC y un escalado del valor ledo por este.
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4.1.1 SENSOR DE TEMPERATURA LM35
El sensor de temperatura LM35 es un sensor de bajo coste, hecho a base de semiconductor. El sensor,
dispone de tres terminales, dos de los cuales estn destinados a su alimentacin en C.C., entre 4 y 30 V y un
tercer terminal que da una tensin proporcional a la temperatura leda.
El valor de la tensin de salida es de 10 mV/C y el sensor
conserva la linealidad durante su rango de medida que va
desde los -55 C a los 150 C.
A continuacin se detalla una pequea tabla de
caractersticas de este elemento:
Sensibilidad 10mV/C
Rango de medida -55 C a los 150 CError de Linealidad +/- 0,5CAutocalentamiento 0,08 CPrecisin 0,5 CTensin de alimentacin CC 4-30 V
El amplio margen de alimentacin nos permitir alimentar este desde la fuente de 24 voltios del PLC.
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Para ello, utilizaremos tres hilos: rojo y negro para las alimentaciones de positivo y masa
respectivamente, y un tercer cable, (azul en la figura) que conectaremos al terminal de salida del sensor.
Conecta el positivo y negativo del sensor a la
alimentacin del entrenador, y su salida a la
entrada analgica PEW754
Efectuado esto, el sensor dos entregar una
tensin en funcin de la temperatura que podr
ser leda por el PLC.
Algunos valores de salida correspondiente a
temperaturas positivas seria:
Vsalida ( V ) Temperatura (C)0 0
0,25 250,5 500,75 75
1 1001,25 1251,5 150
Es precisamente la equivalencia entre los valores ledos y las temperaturas a que estos corresponden lo
que se realizar con la funcin de escalado implementada en este ejercicio.
Grficamente, podramos representar esta correspondencia con una recta, ya que se trata de una funcin
lineal. Esta seria:
Temperatura (C)
0
20
40
60
80
100
120
140
0 0,5 1 1,5
Vsensor
Temperatura
Temperatura (C)
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Mediante la funcin de escalado, se le indicar al PLC dos puntos caractersticos de esta recta, realizando
el PLC de forma automtica la relacin entre el valor analgico ledo y la temperatura equivalente.
4.1.2 ESTRUCTURA DEL PROGRAMA
Desde el mdulo Ob1 , llamaremos al FC1 que es donde ir ubicado el programa. En este mdulo, se
realizar una llamada al mdulo de escalado FC105.
OB1 FC105(SCALE CONVERT)FC1
Temperatura(C)
0
20
40
60
80
100
120
140
0 0,5 1 1,5
Vsensor
Temperatura
Temperatura(C)
LeerEntradasy escalar
Crearemos para ello un nuevo archivo que denominaremos Regul_3.
Hecho esto, insertaremos FC1. Dentro de FC1 realizaremos la llamada al mdulo de escalado FC105.
Este, esta ubicado en la Standard Library.
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En la funcin FC105 de escalado, se le introduce
por la entrada in el valor que queremos
escalar, que en este caso ser la entrada
analgica PEW754.
Recordemos que esta, se configurar como
entrada de tensin de 0 a 10 Voltios.
Son precisamente los valores LO_LIM y
HI_LIM, constantes en formato entero donde
se le indica a la funcin cuales son las
equivalencias de la conversin para una entrada
de O voltios y una entrada de 10 voltios
respectivamente.
Es a partir de la informacin dada por estos dos puntos que FC105 realiza la conversin o escalado,
librando el resultado de esta en la salida OUT.
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El valor BIPOLAR, es un bit mediante el que informamos al mdulo de funcin la entrada sobre la que
realizaremos la conversin trabaja o no con valores bipolares, es decir, positivos i negativos.
Finalmente, RET_VAL, nos indica las posibles incidencias de la conversin.
Aunque el sensor libre un valor de tensin mximo en su salida de 1,5 V, deberemos indicar en HI_LIM a
que temperatura correspondera una entrada de 10 V.
Podemos calcular el valor a introducir en HI_LIM a partir de la sensibilidad del LM35 de la siguiente
forma:
HI_LIM = 10 V / ( 10 mV/C) = 1000 C
Dado que el sensor entrega 0V cuando la temperatura es de 0 C, el valor LO_LIM indicado a FC105
seria:
LO_LIM= 0 C
Dado que trabajaremos nicamente con valores de voltaje positivos, asociaremos a la entrada BIPOLARel bit de marca M100.0 que siempre mantendremos a 0. Ello informar a FC105 de que el modo de
trabajo ser unipolar.
El resultado de la conversin OUT, lo guardaremos en MD10, y el valor RET_VAL en la word MW210.
Temperatura (C)
0
200
400
600
800
1000
0 5 10
ENTRADA ANALOGICA
TEMPERATURA
Temperatura
(C)
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El grfico muestra el escalado que realizara esta funcin. Podemos comprobar su funcionamiento
monitorizando on line el funcionamiento de FC1 as como la variable de salida obtenida en MD10.
4.2. PREGUNTAS
1. Que deberas de modificar en el caso de que el sensor tuviera una sensibilidad de 9.9
mV / C en vez de los 10 mv/C?
2. Que se debera de hacer en el caso de que tuvisemos una entrada analgica bipolar y
quisiramos aprovechar el rango completo del sensor (-0.55V a 1,5V)?
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4.3. AMPLIACIN
1. Conecta una lmpara de 24 V a la salida A125.0. Coloca el sensor LM35 junto a la lmpara con elobjeto de leer la temperatura. Realiza una modificacin al programa actual, de forma que
siempre que el sensor detecte una temperatura inferior a 30 C conecte la lmpara.
2. Observars que la lmpara oscila entorno al valor de 30 C. Modifica el programa de forma que
esta se conecte cuando la temperatura baje de los 29 C y se desconecte cuando suba por encima de los
30C. (histresis de 1 C).
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5. REGULADORES CON PLC: REGULACIN CONTNUA DE TEMPERATURA CONMUDULACIN POR IMPULSOS
5.1. REGULACION DE TEMPERATURA CON FB58
INTRODUCCIN
Uno de los inconvenientes de algunas regulaciones continuas cuando se trabaja sobre actuadores
elctricos de potencia, como es el caso de resistencias elctricas para caldeo, es el hecho de que los
elementos de ajuste para poder variar el valor medio de tensin entregado a estos elementos suelen ser
caros si se trata de circuitos que incorporan componentes electrnicos de potencia tales como
transistores, tiristores, etc.
Una solucin econmica aplicable a procesos con gran inercia, como es el caso de las regulaciones de
temperatura, es la modulacin por impulsos de la tensin entregada al actuador.
En el caso concreto de la regulacin de temperatura mediante resistencias elctricas, la tcnica se basa
en alimentar estas de forma intermitente, con un periodo fijo, variando el regulador segn la necesidad
el tiempo de conexin (Ton) y el tiempo de reposo (Toff).
5.2. PWM (PULSE WIDTH MODULATION)
La modulacin por amplitud de impulsos (PWM) se basa pues,
en entregar de forma pulsatoria y peridica una tensin Vlnea
durante un tiempo Ton, dejando de entregar esta tensin durante
un tiempo Toff.
Con esta tcnica, se consigue que la carga, resistencias en este
caso, no reciban la totalidad de tensin de lnea Vlnea, sino que
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recibiran una tensin reducida equivalente a la siguiente expresin.
Vcarga = Vlnea* (Ton/T)
Siendo T=Ton+Toff
Manteniendo constante el periodo de la modulacin T, o lo que
es lo mismo, realizando siempre la modulacin con frecuencia
constante, se consigue que variando la amplitud del pulso Ton,
vare el promedio de tensin que recibe la carga (Vcarga).
En el siguiente diagrama de tiempo podemos ver podemos
observar tres situaciones diferente de una modulacin PWM.
Es importante observar que el periodo T de la frecuencia de
modulacin es siempre el mismo, variando en cada uno de los
casos el tiempo Ton durante el que se alimenta la carga T.
En el caso ATon es muy elevado, de forma que se aproxima a
T y por tanto, el promedio de tensin de salida es casi la tensin de alimentacin del modulador.
En el caso B, Ton=(T/2) i por tanto la tensin de salida s justamente la mitad de la tensin de
alimentacin del modulador. Asi pues, si estuvisemos alimentando el conjunto con una tensin de lnea
de 230 V de corriente alterna, la tensin promedio que llegara a la carga en esta situacin seria de 115
Finalmente tenemos que en el caso C, Ton
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EL REGULADOR DE TEMPERATURA CONTNUO CON SALIDA PWM FB58
Esta es un una funcin que nos permite realizar una regulacin PID completa, pensada para la
regulacin de temperatura , y que incorpora dentro de la misma funcin un generador de pulsos
destinado a controlar una salida binaria del PLC .
Asociando a esta salida un rel de potencia que nos controle la alimentacin de las resistencias
calefactores, obtendremos un equipo de regulacin de altas prestaciones y bajo coste.
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5.3. FUNCIONAMIENTO
El valor de consigna se introduce en la entrada SP_INT en formatocoma flotante.
La toma del valor actual del proceso se puede hacer por PV_IN mediante un real, o por PV_PER. En el
segundo caso, se puede seleccionar directamente el tipo de sensor asociado a la entrada.
La salida Qpulse, es la que debemos asociar a la salida del PLC que alimenta el rel al que se asocian
las resistencias.
Tal y como pasa en otras funciones destinadas a regulacin, la llamada del mdulo se debe de realizar deformaequidistante. Es por ello que se llamar el mdulo desde un bloque de interrupcin cclica.
5.4. EJERCICIO: REGULACIN DE TEMPERATURA
En el presente ejercicio realizaremos una regulacin de temperatura de una lmpara de 24 V que se
alimenta directamente de la salida A125.0 del PLC, para lo cual conectaremos esta entre la salida
(Terminal rojo) y el negativo (Terminal negro).
La medida del valor real de la temperatura la haremos
mediante un sensor de temperatura tipo LM35,
alimentado directamente a 24V ( Rojo-Negro) y que nos
entrega una tensin a su terminal de salida ( central )
que varia linealmente de forma proporcional a la
temperatura a razn de 10mv/C (sensibilidad).
Para tener una lectura en C, realizaremos un escalado
utilizando la funcin FC105.
Tanto el escalado de la lectura analgica como la regulacin se programarn en el mdulo de alarma
cclica OB35.
Para ello, durante la configuracin del Hardware, seleccionaremos un tiempo de ejecucin de alarma
cclica de 100 ms en las propiedades de la CPU.
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.
La funcin FB58, tiene asociado un mdulo de datos, destinado a contener los parmetros del
regulador.
El mdulo de datos que asociaremos ser el DB10, que podremos editar posteriormente con el objeto de
sintonizar el regulador.
Por tanto, el presente proyecto incorporar los siguientes mdulos:
OB1 - Vaco
FC105 - Escalado con salida en C
OB35 - Alarma cclica que contendr el programa
FB58 - Funcin de regulacin de continua de temperatura con PWM
DB10 .- Modulo de datos que contendr la parametrizacin del regulador.
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5.4.1 PROCEDIMIENTO
Crea un nuevo proyecto y configura el hardware segn lo indicado.
Crea un mdulo de organizacin OB35.
Programa en el mdulo los siguientes segmentos:
Este segmento escala de 10mV/C a Grados centgrados, librando la salida como real en la MD10.
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Este segmento transfiere el valor real de temperatura de consigna a una doble word. Este paso es
necesario ya que el modulo de regulacin toma el setpoint de una posicin de memoria interna.
Este segmento contiene la implementacin de un regulador contnuo completo. Observamos que en
PV_IN se introduce el valor real del proceso en unidades de C gracias al escalado previo hecho en el
segmento 1.
El Setpoint viene indicado por el contenido de la MD20 de tipo real.
Finalmente, utilizamos las entradas del PLC E124.0 a E124.3 con el propsito de experimentar en la
activacin y desactivacin de las diferentes opciones.
La salida del regulador utilizada, la QPULSE, nos entrega directamente una seal modulada en anchura
que servir para controlar la lmpara calefactora.
Esta salida la asociamos a la salida del PLCA125.0
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5.4.2 CONFIGURACIN DE LOS PARMETROS DE CONTROL
La configuracin de los parmetros de control se realiza a partir del DB asociado a la funcin de
regulacin FB58, que en este caso es el DB10.
Observamos que nos permite ajustar los parmetros tpicos de un PID.
Es importante recordar el activar el generador de impulsos durante la edicin del DB. Esto se hace
seleccionando la casilla activar del generador de impulsos.
Un parmetro importante en esta configuracin es el periodo de la seal moduladora, que indica la
periodicidad con que se activar la salida.
1. Ajusta los parmetros de control con el fin de conseguir una temperatura del proceso lo mas fiel
posible al Setpoint ( sin oscilaciones)
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5.5. PREGUNTAS
1. Que pasar si se elige un tiempo de ciclo excesivamente largo?
2. Que ventajas tiene el sistema de regulacin con salida PWM respecto al sistema con salida
continua?
3. Crees que es adecuado este tipo de regulador para cualquier tipo de proceso? Razona la
respuesta.
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6. REGULADORES CON PLC UTILIZACIN DE LA FUNCIN DE REGULACIN CONTINUA
SFB 41
Se trata de realizar una regulacin continua utilizando una funcin para el PLC SIEMENS S7-300 en el
que disponemos de un mdulo de entradas unipolares para leer la magnitud de referencia (W) y la
medida (X).
El autmata con CPU 314C-2DP ejecutar una funcin, la SFB 41 que har las funciones de regulador.
Podemos observar en forma de bloques las diversas partes de que consta:
En primer lugar, se trata de regular el valor de apertura de una
compuerta accionada por un flujo de aire de la cual podemos
conocer su ngulo. El valor de la apertura deseada, se dar
mediante un potencimetro externo que entregue un valor a la
salida entre 0-10 voltios en funcin de si el ngulo deseado vara
entre 0-90 grados.
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6.1. FUNCIONAMIENTO
El funcionamiento del programa se el siguiente:
El mdulo OB1 no realiza ninguna funcin significativa, puesto que para evitar que el tiempo cada
cuando se ejecuta la funcin PID vare en funcin de la longitud del ciclo de scan, se utiliza un mdulo de
ejecucin cclica, el OB35, el cual, configuraremos para que se ejecute cada 100 ms.
Ser dentro de este mdulo, dnde programaremos la funcin PID. En primer lugar, haremos un
escalado de la primera entrada analgica con la funcin FB105.
Introduciremos el valor del Set Point (0-10V) y lo escalaremos de forma que tengamos la salida en MD10(real) un valor entre 0 y 100 (que indicar 0 a 100 % de apertura).
Una vez hecha la lectura, ejecutaremos la
funcin PID SFB41.
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El significado de cada uno de los parmetros lo puedes consultar a la documentacin adjunta. En todo
caso, puedes observar que la medida PVPER del proceso se toma directamente desde la segunda
entrada del mdulo de analoga.
Este valor se escalar entre 0 y 100 utilizando las propias funciones del mdulo PID.
En el diagrama anterior, se puede observar que la magnitud de ajuste se descarga en MD18.
Esta magnitud que ser variable entre 0 y 100, se desescalar utilizando la funcin de desescalado
FB106.
El valor de desescalado lo volcaremos directamente en la periferia de salidas analgicas.
Este valor se entregar en la primera salida del mdulo de salidas analgicas del PLC.
En resumen, los mdulos de programa utilizados son: OB1, OB35, FC105, FC106 y FB41.
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1. Indica resumidamente la funcin de cada uno de estos mdulos:
MDULO FUNCIN
OB1
OB35
FC105
FC106
FB41
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2. Ajusta el regulador como regulador proporcional y indica valor y significado de los siguientes
parmetros:
PARMETRO VALOR SIGNIFICADO
MAN_ON
PVPER_ON
P_SEL
I_SEL
I_ITL_ON
D_SEL
CYCLE
SP_INT
PV_PER
MAN
GAIN
TI
TD
LMN
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3. Ajusta el setpoint para obtener los siguientes valores de ngulo con el mnimo error posible sin
que el sistema oscile:
ANGULO SP % GAIN ERROR
25
35
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4. Ajusta el regulador como regulador PI.
Que cambios has tenido que hacer?
5. Vuelve a ajustar el regulador para los siguientes ngulos actuando tambin sobre el parmetro
TI.
ANGULO SP % GAIN TI ERROR
15
35
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6. Cambia ahora la maqueta anterior por una maqueta de regulacin de luz y temperatura.
Esta maqueta calienta mas o menos una resistencia interior (bombilla) en funcin de la tensin de
entradaV(ll) , variable entre 0 y 10 V.
Un sensor interior que mide la temperatura de la bombilla, da una medida Vo(t) de 0V cuando la
temperatura es de 20 C y 10Vcuando esta es de 100C.
PAW752PEW754-0v
PLC SIEMENS S7314-2DP
Utiliza de nuevo la tensin de la entrada analgica 1 (potencimetro del PLC) para obtener la
magnitud de referencia de temperatura (Setpoint) en el rango de 0 a100%.
Introduce la medida de temperatura Vo(t) en la entrada analgica 2 del PLC y escala esta para
obtener la lectura de temperatura. Escala este valor de 0-10V para obtener una lectura en grados
centgrados entre 0 y 100 % de temperatura (correspondera a un valor entre 20 y 100 grados).
Utiliza la salida analgica 1 como salida de magnitud de ajuste (Y).
7. Ajusta el setpoint para una temperatura de 60 C. Prueba el sistema.
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PREGUNTAS:
1. Que ventajas y inconvenientes crees que tiene el regulador PLC respecto un regulador
convencional?
2. Crees que influye el tiempo programado en la interrupcin cclica del OB35?. Explica como y
porque.
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