PLC y Electroneumática: Diseño de procesos electroneumáticos en ambiente virtuales usando un controlador lógico programable Siemens

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
Unidad Adolfo López Mateos.
Diseño de procesos electroneumáticos en ambientes
virtuales usando una controlador lógico
programable Siemens.
T E S I S
Que para obtener el título de ingeniero en:
Ingeniería en Control y Automatización
Presenta:
Víctor Iván Manzano Osornio.
Asesores:
Ingeniero Antonio Arellano Aceves.
Ingeniero Humberto Soto Ramírez.
MÉXICO, D.F. 30 DE NOVIEMBRE DE 2011

Diseño de sistemas electroneumáticos en ambientes virtuales.
:INDICE.
II
INDICE
Paginas
Objetivo general. 1
Objetivos particulares. 2
Planteamiento del problema. 3
Justificación. 4
Introducción. 5
Capítulo 1 Marco teórico. 7
1.1 Procesos de manufactura automatizados con electroneumática 7
1.2 Dispositivos para automatización electroneumática 9
1.2.1 Dispositivos electroneumáticos 11
1.2.2 Controlador lógico programable (PLC) 14
1.2.3 Dispositivos de mando y señal 16
1.3 Métodos para el diseño de secuencias electroneumáticas 23
1.3.1 Método cascada 23
1.3.2 Método paso a paso 26
1.3.3 Metodología de Grafcet 29
1.4 Servidor OPC. 36
Capítulo 2 El software y su programación. 39
2.1 FESTO FluidSim 39
2.2 Siemens STEP 7 50
2.3 Interfaz Hombre Máquina (HMI) 66
Capítulo 3 Integración de software mediante servidor OPC 72

:INDICE.
II
I
Capítulo 4 Aplicación y análisis de los métodos 90
4.1 Proyecto 1 Secuencia lineal corta. 90
4.2 Proyecto 2 Secuencia lineal larga. 98
4.3 Proyecto 3 Secuencia con repetición de movimientos. 105
4.4 Proyecto 4 Secuencia con movimientos simultáneos. 115
4.5 Proyecto 5 Secuencia con etapas temporizadas. 127
4.6 Proyecto 6 Secuencia con función selectiva. 134
4.7 Proyecto 7 Secuencia con posición intermedia. 143
4.8 Comparación de los métodos de diseño. 152
Conclusiones. 155
Anexos. 156
Simbología. 156
Pasar control por relevadores a programa de PLC usando el método cascada. 159
Pasar control por relevadores a programa de PLC usando el método paso a paso. 161
Bibliografías 164

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica.
1
Objetivo general:
Desarrollar el diseño de sistemas electroneumáticos a través de una metodología práctica, y
mediante la integración de softwares especializados como STEP 7, PLCSim y FluidSim,
verificar el correcto funcionamiento del proyecto.

2
Objetivos particulares:
1) Diseñar sistemas electro-neumáticos aplicando metodologías prácticas como el
método cascada o el método paso a paso. O bien aplicar la metodología del Grafcet.
2) En cada método utilizado, implementar la solución aplicando un controlador lógico
programable, de la marca siemens, con su software de programación y simulación
STEP 7.
3) Mediante un servidor OPC enlazar el software FluidSim, con el software STEP 7 y
su simulador PLCSim. Verificar en un ambiente virtual el correcto funcionamiento
de la solución propuesta.
4) Mediante un servidor OPC enlazar el software FluidSim con STEP 7, su simulador
PLCSim, y su software de programación Grafcet. Verificar en un ambiente virtual el
correcto funcionamiento de la solución propuesta.
5) Llevar a cabo el desarrollo de una interfaz hombre máquina (HMI), para el
monitoreo en un ambiente virtual del funcionamiento del proyecto
electroneumático.
6) Desarrollar una metodología para integrar en un solo sistema la simulación
electroneumática (FluidSim), la simulación del PLC (STEP 7 y PLCSim) y el
monitoreo en una interfaz hombre-máquina.
7) Desarrollar una metodología para integrar en un solo sistema la simulación
electroneumática (FluidSim), la simulación del PLC (STEP 7, PLCSim y Grafcet) y
el monitoreo en una interfaz hombre-máquina.
8) Desarrollar una comparación entre las tres metodologías de solución, para cada tipo
de secuencia de movimientos, para facilitar la elección de algún método de diseño,
según las características de la secuencia.

3
Planteamiento del problema:
La electroneumática es muy utilizada dentro de la industria para el desarrollo de distintas
actividades secuenciales y poco a poco se va incrementando su uso en la industria, debido a
las ventajas que aporta, además si se emplean las propiedades de un controlador lógico
programable se puede obtener un control más potente de los procesos electroneumáticos ya
que se pueden adquirir mayores funciones por menor espacio.
Para la solución de las problemáticas que se presentan en el uso de la electroneumática se
deben emplear de forma correcta alguna de las metodologías prácticas para el diseño de las
secuencias, según las características del proceso electroneumático.
Con la aplicación de la informática dentro de la tecnología es necesario aprovechar la
existencia de software especializado de simulación de procesos electroneumáticos
controlados por PLC y su integración como herramientas de apoyo en un entorno
interactivo que permite crear ambientes virtuales para verificar el correcto funcionamiento
de las soluciones propuestas.

4
Justificación:
Para realizar proyectos electroneumáticos, existen diversas herramientas para implementar
su solución. FluidSim es un software de simulación neumática y electroneumática mediante
el uso de relevadores o PLC, siendo un simulador muy certero y fácil de utilizar. STEP 7,
es un software de programación de PLC Siemens como el S7-300 o el S7-400, además
cuenta con su simulador de PLC, el PLCSim, para comprobar el buen funcionamiento de la
programación. STEP 7 y S7-GRAPH, es un software de programación para el uso de
Grafcet como lenguaje de programación de los PLC siemens S7-300 o S7-400.
Cada uno tiene su propio manual, con diversos ejemplos de aplicación, pero no existe
información que los integre, y mucho menos su aplicación en electroneumática con
soluciones mediante un controlador lógico programable. Es necesaria la existencia de
información que permita conocer el funcionamiento de los softwares integrados y muy
específicamente en soluciones de proyectos electroneumáticos.

5
Introducción
En el siguiente trabajo se documenta y describe, la integración del software de
programación para controladores lógicos programables del fabricante Siemens de las
familias S7-300 y S7-400; con el software de simulación de FESTO FluidSim; con la
finalidad de crear una herramienta óptima en la solución, desarrollo y diseño de procesos
electroneumáticos, controlados mediante algún PLC de la marca Siemens dentro de un
ambiente virtual, para verificar su buen funcionamiento.
Se define ambiente virtual, como el apoyo con herramientas multimediales que hagan más
agradable el desarrollo de proyectos y el aprendizaje en un entorno interactivo de
construcción de conocimiento.
Previamente se tocarán temas para el conocimiento del control mediante electroneumática,
la importancia que tiene la implementación y uso de los mecanismos neumáticos en la
industria, así como sus ventajas y formas de control de estos mecanismos.
Se conocerán dispositivos neumáticos y electroneumáticos, empleados para la
automatización de procesos de manufactura industrial, por lo tanto, también se conocen
dispositivos eléctricos y electrónicos, utilizados para el control o mando de actuadores
neumáticos.
Un tema de vital importancia dentro de este trabajo es el conocimiento del controlador
lógico programable, por lo que se tocan las ventajas del uso de los PLC dentro del control
electroneumático, así como las mejoras que se tienen sobre otros tipos de control de
procesos electroneumáticos.
Una parte importante del trabajo es el conocimiento y aplicación de las metodologías de
resolución de secuencias, empleando cilindros neumáticos. Una de ellas es el conocimiento
del Grafcet, por lo que, es necesario conocer de manera amplia cómo y cuando surgió,
como ha ido evolucionando, como debe ser utilizado y en especial su funcionamiento como
lenguaje de programación en la actualidad para algunos controladores lógicos
programables, siendo el caso de los PLC S7-300 y S7-400 de la marca Siemens.
El segundo capítulo incluye el conocimiento de los softwares que conformarán una
herramienta de simulación en un ambiente virtual, se conocerá el FluidSim, ¿qué es? y
¿para qué? funciona, las opciones que ofrece al usuario para un mejor desempeño en el
manejo de procesos electroneumáticos, también se conocerá el STEP 7, software para
programar los controladores lógicos programables de Siemens, se analizan los lenguajes de
programación que maneja y las ventajas que ofrece el uso de este ambiente para el diseño
de programas para PLC.
Ya que se conocen los softwares a utilizar, se debe conocer cómo se lleva a cabo la
comunicación entre ellos para poder realizar el diseño y prueba del control de secuencias
electroneumáticas mediante una óptima herramienta virtual de simulación.

6
Para el tercer capítulo del trabajo se menciona paso a paso y de forma detallada el proceso a
seguir para lograr la integración de los softwares especializados de programación y
simulación, y mediante esta herramienta virtual simular diferentes tipos de secuencias
electroneumáticas, con las metodologías de diseño Cascada, Paso a paso y Grafcet.
Para el capítulo número cuatro, se describen y se analizan los diferentes ejercicios
seleccionados para llevar a cabo su simulación mediante la integración de los programas de
Festo y Siemens, poder conocer y difundir la metodología que facilitó el diseño de la
secuencia requerida para lograr la comunicación a nivel virtual de los programas.
Dentro de este último capítulo se realiza una comparación de las metodologías de diseño
para los diferentes tipos de secuencias según sus características de funcionamiento y
¿Cómo? producen diferencias en los programas, siendo que deben ejecutar la misma
secuencia electroneumática.

7
CAPÍTULO 1 Marco teórico.
En este capítulo se conocerán las bases para el manejo y el control de proyectos
electroneumáticos gobernados por medio de un controlador lógico programable marca
siemens. Se conocerán las ventajas de la utilización de la electroneumática, las bases, los
dispositivos actuadores y de mando utilizados dentro de los procesos de fabricación donde
se emplea la electroneumática.
1.1 Procesos de manufactura automatizados con
electroneumática.
En la industria se cuentan con varios tipos de actuadores para los procesos de fabricación,
estos actuadores se dividen en hidráulicos, neumáticos y eléctricos, estos actuadores tienen
como finalidad transformar alguna clase de energía o señal en una acción mecánica, la cual
se ocupara para realizar algún trabajo del proceso industrial.
Los sistemas de fabricación automatizados contemplan el desarrollo del proceso con la
menor intervención del hombre, esto es, que las máquinas o automatismos ejecutan la
mayoría de las acciones del proceso, pero debido a los diferentes tipos de procesos no
siempre se tiene que cualquier tipo de actuador puede ejercer dicho proceso.
Los actuadores neumáticos son muy comunes dentro de los procesos de manufactura
automatizados, en especial el uso de actuadores lineales o cilindros neumáticos, estos tipos
de actuadores tienen gran aplicación en los procesos de fabricación debido a su control, y a
las fuerzas con las que pueden realizar sus movimientos. Como por ejemplo en la figura
1.1-1, se tiene un manipulador neumático que se encarga del desplazamiento y acomodo de
piezas pequeñas, como pueden ser pernos, tornillos, etc., utilizando tres cilindros para
ejecutar movimiento en los tres ejes X, Y y Z.
Figura 1.1-1. Manipulador neumático.

8
Estos tipos de actuadores tienen diferentes tipos de control, pueden ser controlados de
forma neumática o mediante la conversión de energía eléctrica a control neumático, a través
de electroválvulas de control. A este último tipo de control, aplicado a procesos
automáticos, se le llama control electroneumático.
El control de procesos automatizados mediante electroneumática, ofrece una gran ventaja
por sobre el control puramente neumático, y esta es las distancias que pueden ser
manejadas, ya que, el gobierno de los cilindros mediante aire, requiere de distancias no
muy grandes entre el control y el elemento final, ya que si la distancia de la fuente de
alimentación de aire es muy grande, se presentará una pérdida de presión del aire para el
control de los actuadores, provocando un bajo desempeño de los actuadores, mientras que
el control electroneumático ofrece la ventaja de poder tener el control a largas distancias de
hasta 1km entre los dispositivos de mando y los actuadores.
El control eléctrico por su parte, presenta el inconveniente que para procesos de fabricación
donde se trabaje dentro de un ambiente explosivo, puede ocasionar una explosión debido a
una chispa provocada por algún corto circuito o el mal funcionamiento de alguno de sus
dispositivos de control, para estos caso es recomendable el uso de un control neumático,
siendo aire el elemento de la señal, no causa explosión en caso de fugas.
Pero si contamos con la parte de ejecución dentro del ambiente explosivo y la parte de
control eléctrica a una larga distancia, por ejemplo, en el cuarto de control, donde las
condiciones de seguridad son diferentes a las del proceso, se tendría un control óptimo y
seguro del proceso de manufactura automatizado.
La automatización de procesos de fabricación empleando el control electroneumático, tiene
muchas aplicaciones dentro de la industria, algunos casos podrían ser:
1. El control de apertura y cierre de compuertas, para el control del paso de fluidos o
de solidos como, tierra, piedras, cemento en polvo y otros.
2. El control de brazos mecánicos.
3. El desplazamiento de objetos.
4. El control de máquinas para realizar barrenos, soldadura, pintura o acomodos, entre
otras aplicaciones.
Como se puede observar la automatización mediante electroneumática puede ser aplicable a
diferentes industrias, ya que los cilindros pueden ser acoplados para desempeñar diferentes
funciones, y controlados por señales eléctricas que serán transformadas a flujo de aire.
En la figura 1.1-2 se tiene un ejemplo de un dispositivo de estampado de ranuras, en el
interior de unas piezas rectangulares, después de que han sido barrenadas en diferentes
posiciones por otro automatismo, las piezas se colocan manualmente en la base del
dispositivo y mediante el accionamiento de un botón de marcha ejecutará el
posicionamiento de la pieza con el cilindro A, y los cilindro B, C y D ejecutarán la pieza
para posteriormente retrocederá y poder soltar la pieza para poder colocar otra.

9
Figura 1.1-2. Dispositivo de estampado.
1.2 Dispositivos para automatización electroneumática.
La electroneumática consta de dos señales, la eléctrica y la de aire o neumática, esto para
aprovechar las ventajas que ambas tienen. La neumática comprende el uso de aire o gas
para realizar movimientos mecánicos, a través de un flujo generado por un compresor
(figura 1.2-1), este compresor se encarga de alimentar o generar un flujo de aire a los
actuadores neumáticos, con una determinada presión.
Figura 1.2-1. Compresor
Ya que se tiene una alimentación de aire comprimido, esta es enviada a los dispositivos de
mando, como lo son las válvulas, estos dispositivos tienen la finalidad de bloquear, regular
o distribuir el flujo de aire comprimido. Las válvulas pueden ser accionadas de forma
mecánica, neumática, hidráulica o eléctrica, en la figura 1.2-2 se observa una válvula de
acción mecánica con rodillo y retorno por muelle, sirve para la distribución de aire a un
cilindro, para desempeñar alguna acción sobre los actuadores neumáticos.

10
Figura 1.2-2. Válvula 3/2 acción mecánica y retorno por muelle.
Después de las válvulas, el aire comprimido puede pasar a válvulas reguladoras, esto con la
finalidad de poder regular el flujo de aire comprimido que entra a los cilindros, esto se verá
reflejado en la velocidad de ejecución del movimiento del actuador. Figura 1.2-3 ejemplo
de una válvula reguladora de flujo controlada manualmente.
Figura 1.2-3. Válvula reguladora.
En la figura 1.2-4 se observa un circuito neumático para el control de un cilindro de doble
efecto, desde el compresor de aire, hasta el elemento final de control que será el cilindro de
doble efecto, pasando por la válvula distribuidora.
Figura 1.2-4. Circuito de control neumático de un cilindro.
Una parte importante en el control de procesos electroneumáticos, son los dispositivos para
enviar señales de activación o desactivación de los actuadores electroneumáticos, estos
dispositivos serán la comunicación entre el operador y el proceso de manufactura.

11
1.2.1 Dispositivos electroneumáticos.
1) Electroválvulas.
Son dispositivos que sirven como interfaz para tener gobierno de un dispositivo neumático,
partiendo de una señal eléctrica.
Las electroválvulas reciben excitación eléctrica proveniente de los dispositivos de control,
pueden ser relevadores o algún autómata programable, que mediante la conexión de
bobinas genera un campo magnético, que produce el desplazamiento de la electroválvula a
una posición donde se encargan de distribuir el aire a la salida deseada. Las válvulas
mandan o regulan la puesta en marcha, paro, inversión de sentido, presión o caudal del
fluido transportado por la bomba. Las válvulas de vías, de varios orificios, son los
componentes que determinan el camino que debe tomar el fluido bajo presión, la figura
1.2.1-1 es un ejemplo de estas electroválvulas, en sus extremos se observa el pilotaje
interno para el gobierno mediante una señal eléctrica del PLC.
Figura 1.2.1-1. Electroválvula biestable 3/2 vías.
Para representar los distribuidores se utilizan símbolos que indican la función de la válvula.
Las válvulas son representadas por cuadros. La cantidad de cuadros colocados
verticalmente indica la cantidad de posiciones del distribuidor. El funcionamiento está
representado en el interior del cuadro. Las líneas esquematizan las canalizaciones internas.
La flecha indica el sentido de circulación del fluido. Las posiciones de cierre se representan
por líneas transversales. Según el tipo de válvula corresponderá su símbolo figura 1.2.1-2.
Figura 1.2.1-2. Símbolos de diferentes electroválvulas.
Las conexiones se representan por trazos que están unidos al cuadro que esquematiza la
posición de reposo del distribuidor o de salida. La otra posición se realiza por

12
desplazamiento lateral de los cuadros, coincidente con las conexiones. Por posición de
reposo, se entiende, en el caso de válvulas con retorno por muelle, la posición que ocupa la
válvula cuando no está accionada.
La designación de un distribuidor está en función de la cantidad de orificios activos y de las
posiciones de trabajo. La primera cifra indica la cantidad de vías, es decir, la cantidad de
orificios activos. La segunda cifra indica la cantidad de posiciones que toma la válvula.
Las válvulas biestables cuentan con dos bobinas, para colocar la válvula en cada una de las
posiciones que tiene, en la figura 1.2.1-3 se tiene un diagrama de la forma de operación de
una biestable, mientras que las válvulas monoestables, únicamente cuentan con una sola
bobina, mientras que el estado de reposo se consigue mediante un resorte o muelle.
Figura 1.2.1-3. Electroválvula biestable 5/2.
Para el control de una electroválvula mediante un autómata programable ocurre lo
siguiente, al activar una salida del autómata, se activa una bobina, de forma que ésta se
posiciona para que permita la circulación de aire hacia el actuador neumático, realizando el
movimiento pertinente.
2) Cilindros neumáticos.
Es un dispositivo neumático que permite, a partir de una presión de aire, obtener un
movimiento lineal alternativo limitado, en el cual la potencia es proporcional a la presión
de aire ejercida. Se tienen tres tipos de cilindros:
1. De simple efecto: Está constituido por un tubo en el cual puede deslizarse un pistón
estanco unido a un vástago que sale por uno de sus extremos. La presión de aire
ejerce su efecto únicamente sobre una de las caras del pistón. Éste es devuelto a su
posición original, al desaparecer la señal en la bobina, por un muelle. Un orifico en
uno de sus extremos (opuesto al muelle), permite la alimentación de aire al cilindro.
En la figura 1.2.1-4 se muestran los símbolos de 2 cilindros de simple efecto, un de
vástago retraído y el otro de vástago expulsado.

13
Figura 1.2.1-4. Símbolos de cilindros de simple efecto.
2. De doble efecto: En este tipo de cilindros no existe muelle y el movimiento se
produce en los dos sentidos por la acción del aire a presión sobre una u otra cara del
pistón según la bobina que tenga señal. Para ello existen dos entradas diferentes de
aire comprimido en cada uno de los extremos del tubo que forma el cilindro figura
1.2.1-5. Estos tipos de cilindros también cuentan con su simbología, la cual se
muestra en la figura 1.2.1-6.
Figura 1.2.1-5. Cilindro de doble efecto.
Figura 1.2.1-6. Símbolo de un cilindro de doble efecto.
3. Especiales: Cilindros con amortiguamiento de caucho, cilindros con tres posiciones
fijas, cilindros con cremallera entre otros tipos. En la figura 1.2.1-7 se pueden
observar algunos de los símbolos para cilindros especiales.
Figura 1.2.1-7. Cilindros especiales.
Los cilindros y las electroválvulas deben estar bien coordinados. Deben ser considerados

14
como uno solo y no como dos dispositivos distintos, esto es, si se va a gobernar un cilindro
de doble efecto la electroválvula debe ser biestable, mientras que para el caso de cilindros
de simple efecto se deben emplear electroválvulas monoestables. Figura 1.2.1-8. [12].
Figura 1.2.1-8. Cilindro de doble efecto gobernado por una
electroválvula biestable 5/2 vías.
1.2.2 Controlador Lógico Programable (PLC).
El controlador lógico programable representa una gran herramienta para el control de
procesos, aunque para utilizarlos se debe tener un conocimiento previo de las
características, del software con el que se programa, de su forma de conexión y de la
cantidad de entradas y salidas con las que cuenta, los PLC son un gran avance en el control
de procesos electro-neumáticos.
El control por PLC tiene grandes ventajas una de ellas es la simplificación, tanto de espacio
como para la ejecución del proceso, el espacio reducido es muy grande, en especial si
consideramos un proceso muy extenso y complicado, donde se requieren de muchos
relevadores, en el caso de control electro-neumático, o muchas válvulas y tuberías, para el
caso de control neumático, el PLC lo puede simplificar a una sola gaveta.
Otra ventaja que ofrece el PLC por sobre otros métodos de control es la distancia, puede
estar ubicado a una larga distancia de los actuadores y no existirán alteraciones en la
velocidad de respuesta. De hecho el PLC puede estar monitoreado a través de una PC que
también puede estar apartada del, y contaremos con los datos en tiempo real.
El PLC da la pauta para que el operador pueda estar cambiando la configuración, cuantas
veces sea necesaria, o de aumentar o decrementar acciones con una mínima inversión
(Hasta donde el PLC lo permita), sin necesidad de tener detenido el proceso por mucho
tiempo. Además de que la mayoría de los softwares de programación de PLC cuentan con
simuladores, de esta forma podemos hacer algunas pruebas para asegurarnos del
funcionamiento o cambiar errores sin tener que gastar los dispositivos.
El PLC cuenta con la gran ventaja de tener diferentes tipos de puertos de comunicación, ya
sea por la pantalla, a través de una PC por puerto RS-232 o USB o por internet, según sea el

15
tipo de PLC, esto ofrece al usuario una herramienta extra para el control del mantenimiento
de las máquinas, tiempos de trabajo o tiempos muertos, monitoreando cada parte del
proceso, e incluso algunos ofrecen enviar información a alguna base de datos.
La ventaja de reducir el espacio con el PLC se debe a sus dimensiones tan pequeñas como
se puede ver en la figura 1.2.2-1, además que los temporizadores y los relevadores de
control, ya no son físicos, al contrario están dentro del controlador lógico programable, y
no altera el funcionamiento, si no lo optimizan, ya que se encuentran en el sistema del PLC
y no expuestos al medio ambiente, a los riesgos de golpes, o desgaste físico. Por lo tanto,
no sufren daño y alteran su funcionamiento.
Figura 1.2.2-1. Controladores lógicos programables de Siemens,
Rockwell y Omron.
Los controladores lógicos programables no solo cuentan con ventajas para mejorar la
eficacia de los procesos, también cuentan con ventajas de energía, por que consumen
menos energía eléctrica que sistemas donde existan muchos relevadores. Y para el caso de
electro-válvulas, el PLC puede ser conectado directamente, ya que pueden manejar
corriente alterna y corriente directa, dependiendo del tipo de PLC y también dependerán los
rangos de operación que por lo regular es de 24Vdc.
Los PLC como se ha comentado, tienen muchísimas ventajas sobre los anteriores tipos de
control, pero en realidad tienen pocas desventajas.
Una seria que aún puede producir chispas, por sus conexiones, por lo tanto no es muy
recomendable emplearlo en ambientes explosivos, claro puede ser colocado a una gran
distancia evitando estar dentro del ambiente explosivo.
Otra desventaja seria que se necesita aprender a programarlo, o en su defecto contratar a
alguien para que lo programe según las necesidades del usuario, y eso resultaría en un costo
extra, que más bien podría llamarse inversión.
La desventaja más grande que tiene un PLC podría ser su aun elevado costo, en especial si
se requiere de uno con una gran variedad de funciones o de funciones muy avanzadas,
además de necesitar el software para su programación, y eso implica estar comprando las
actualizaciones y las licencias. [12].
SIMATIC S7-300.
Este controlador lógico programable de la marca siemens, se encuentra en la gama de mini
autómatas modulares, con un amplio abanico de módulos para una adaptación optima en las
tareas de automatización, cuenta con aplicaciones flexibles gracias a su posibilidad para

16
realizar estructuras descentralizadas e interconexiones por red, la gran cantidad de
funciones con las que cuenta hacen de este PLC un controlador muy potente, además puede
ser ampliado sin problemas para el caso de mejorar el proyecto o de conectar otras tareas,
además puede ser implementado de manera fácil, por su forma de instalación tan simple, su
facilidad de uso y por ser un equipo que no requiere ventilación.
Una característica importante de este PLC es su pequeño tamaño, siendo las medidas de su
CPU 80cm de largo, 12.5cm de alto y 13cm de profundidad, en cuanto a las dimensiones de
sus módulos tiene 40cm de largo, 12.5 de alto y 13cm de profundidad, como puede
visualizarse en la figura 1.2.2-2, donde se señala cada parte del controlador. Además el S7-
300 requiere una alimentación de 24Vdc, por esta razón, los módulos de alimentación de
carga transforman la tensión de alimentación de 115/230Vac a una tensión de 24Vdc.
Figura 1.2.2-2. Estructura física del PLC S7-300 de Siemens.
El sistema modular comprende de cinco CPU, para las diferentes tareas, módulos de
entradas y salidas digitales y analógicas, módulos de contaje rápido, posicionamiento de
lazo abierto y lazo cerrado, así como, módulos de comunicaciones para redes de bus. La
CPU más potente puede ejecutar 1024 instrucciones binarias en menos de 0.3mseg.
El controlador lógico programable S7-300 puede trabajar a temperaturas de hasta 60°C en
una instalación vertical, y de hasta 40°C para una instalación horizontal, soporta humedad
relativa de entre 5 a 95% y es capaz de trabajar con presiones atmosféricas de entre 795 a
1080hPA. [2].
1.2.3 Dispositivos de mando y señal.
Una parte fundamental para la automatización, es el control de las maquinas o actuadores,
para esto se requiere que el controlador conozca algunas variables de estos actuadores,
como lo son posición, presión, nivel, peso, entre otras. Para el suministro de esta
información se es necesario el uso de dispositivos de mando o sensores para que indiquen

17
al controlador la información necesaria.
Por cuestión de seguridad no solo el PLC debe ser informado, existen procesos donde se es
necesario que también el operador conozca dicha información, de esta manera el operador
puede tomar decisiones que le correspondan, para ello se emplean dispositivos indicadores.
o Relevadores y Contactores.
Son dispositivos electromagnéticos que conectan o desconectan un circuito eléctrico de
potencia al excitar un electroimán o bobina de mando. Los relevadores están previstos para
accionar potencias menores a 1kW, mientras que los contactores pueden accionar grandes
potencias.
Los relevadores y contactores se suelen emplear como etapa previa para el accionamiento
de dispositivos con mayor potencia eléctrica, como, electroválvulas, motores y otros. Por lo
regular se encargan de la separación de la parte de control, que trabaja con tensiones y
corrientes mucho menores, que la parte de potencia. Muchas salidas de PLC emplean
relevadores, para tener aislado eléctricamente el dispositivo o autómata de la acción de
potencia. [11]
o Botones pulsadores.
Son dispositivos eléctricos y electrónicos, encargados de la conducción o la interrupción de
corriente eléctrica, por medio, de la acción mecánica, al ser pulsados, internamente produce
que los platinos se junten en caso de ser un pulsador normalmente abierto (NA) y por lo
tanto permitan el paso de la corriente eléctrica, o que los platinos se separen para el caso de
los normalmente cerrados (NC) y produciendo un corte en la corriente eléctrica. Existe una
gran diversidad de formas para botones, incluso en colores o luminosos, como se observa
en la figura 1.2.3-1 la estación de botones cuenta con un botón verde y otro rojo, o en el
lado derecho se tiene un botón rojo de paro de emergencia.
Figura 1.2.3-1. Estación de botones.
También existen "botones virtuales", cuyo funcionamiento debe ser igual al de los "físicos";
su uso queda restringido para pantallas táctiles o gobernadas por otros dispositivos
electrónicos. Figura 1.2.3-2.

18
Figura 1.2.3-2. Botón pulsador virtual en una HMI.
o Detectores final de carrera.
Son captadores de conmutación electro-mecánica, la detección del objeto por medio del
cabezal hace conmutar los contactos eléctricos del dispositivo. Para que la señal del
captador llegue al PLC se debe cablear una terminal del captador a la fuente de
alimentación y la otra terminal al módulo de entradas digitales del PLC.
Estos dispositivos tienen como gran ventaja su bajo costo. Pero como desventaja presentan
la necesidad de entrar en contacto con el objeto, además de tener una baja respuesta. Al ser
necesario el contacto físico con el objeto estará garantizado para un número máximo de
maniobras, siempre que no sean sometidos a mayor esfuerzo del que pueden soportar según
el catalogo. En la figura 1.2.3-3 se puede observar una gran variedad de detectores de
carrera, donde su elemento de contacto puede variar para el tipo de cilindro a detectar. [11].
Figura 1.2.3-3. Diferentes tipos de final de carrera.
o Detectores de proximidad inductivos.
Estos tipos de detectores son empleados para la detección de piezas metálicas en distancias
que oscilan entre los cero a los treinta milímetros.

19
Su principio de funcionamiento consiste en influenciar desde el exterior un oscilador HF
completado con un circuito resonante LC. Un núcleo de ferrita con un bobinado oscilante
genera por encima de la cara sensible un campo magnético variable. Al introducirse una
pieza metálica en el campo magnético se producen corrientes de Faucoult que influencian
el oscilador y provocan una debilitación del circuito oscilante. Un circuito detecta esta
variación de amplitud y determina una conmutación de la señal dada por el sensor ver
figura 1.2.3-4. [11].
Estos detectores cuentan con las siguientes ventajas:
1. Conmutación sin realizar esfuerzo mecánico.
2. No existe desgaste.
3. Insensibilidad a influencias externas.
4. Larga vida útil.
5. Gran precisión en el punto de conmutación.
6. Frecuencia de conmutación elevada.
Figura 1.2.3-4. Detector de proximidad Inductivo.
o Detectores de proximidad capacitivos.
Estos detectores permiten la detección sin contacto de materiales conductores y no
conductores, es decir, materiales metálicos y no metálicos, sólidos o fluidos.
Figura 1.2.3-5. Detector de proximidad Capacitivo.
La cara activa de los detectores capacitivos está formada por dos electrodos metálicos

20
colocados concéntricamente. Las caras de este condensador forman un acoplamiento
reactivo con un oscilador de alta frecuencia, regulado de tal forma que no provoca
interferencias en el caso de la cara activa libre. Si un objeto se aproxima a la cara activa se
introduce en el campo eléctrico de los electrodos y por lo tanto el oscilador comienza a
variar. Un amplificador analiza la variación y la transforma en una conmutación.
Los detectores capacitivos son influenciados tanto por objetos conductores como no
conductores. Los metales, dada su alta conductividad, se detectan a grandes distancias. La
sensibilidad de estos detectores está muy relacionada con el tipo de material que se va a
detectar, así como por el grado de humedad ambiental y el contenido en agua del cuerpo.
Figura 1.2.3-5.
Cuando el objeto a detectar sea un aislante, su distancia de detección será mayor, cuanto
mayor sea la constante dieléctrica, dado que aumenta el acoplamiento capacitivo. Para
reducir este problema estos detectores llevan un ajuste de sensibilidad según el tipo de
material a detectar.
La distancia de trabajo del detector dependerá del valor de la constante dieléctrica del
material ( r). Cuanto mayor sea r, más fácil será detectado el material. Por lo tanto la
distancia de trabajo dependerá de la naturaleza del material. En la tabla 1-1 se pueden
observar diferentes tipos de constantes dieléctricas ( r) y factores de corrección (Fc) para
diferentes materiales. [11].
Distancia de trabajo = Distancia nominal del detector * Factor de corrección (Fc).
Material r Fc Material r Fc
Aire 1 0 Mica 6-7 0,5-0,6
Alcohol 24 0,85 Nylon 4-5 0,3-0,4
Acetona 20 0,8 Papel 2-4 0,2-0,3
Amoniaco 15-25 0,75-0,85 Parafina 2-2,5 0,2
Madera seca 2-7 0,2-0,6 Plexiglás 3,2 0,3
Madera húmeda 10-30 0,7-0,9 Resina poliéster 2,8-8 0,2-0,6
Caucho 2,5-3 0,3 Poliestireno 3 0,3
Cemento 4 0,35 Arena 3-5 0,3-0,4
Agua 80 1 Sal 6 0,5
Gasolina 2,2 0,2 Azúcar 3 0,3
Harina 2,5-3 0,2-0,3 Teflón 2 0,2
Aceite 2,2 0,2 Vidrio 3-10 0,3-0,7
Tabla 1-1. Constante dieléctrica y Factor de corrección para
detectores capacitivos.
o Detector magnético.
Es aplicado fundamentalmente en la detección de la posición de cilindros neumáticos. El
imán permanente fijado en el pistón del cilindro satura con su campo magnético el núcleo

21
de la bobina del detector. De esta forma se varía la corriente que circula por un circuito
oscilante. Esta variación detectada en transformada en una conmutación mediante el
circuito del sensor, en la figura 1.2.3-6 se pueden distinguir diferentes tipos de sensores
magnéticos. [11].
Figura 1.2.3-6. Detectores magnéticos.
o Detectores ópticos.
Este tipo de detectores utilizan fotocélulas como elementos de detección. Algunos tipos
disponen de un cabezal que incorpora un emisor de luz y la fotocélula de detección,
actuando por reflexión y detección del haz luminoso reflejado sobre el objeto a detectar.
Otros tipos trabajan a modo de barrera y están previstos para la detección a mayores
distancias con fuentes luminosas independientes del cabezal detector. Ambos tipos suelen
trabajar con frecuencias luminosas en la gama IR infrarrojos. Figura 1.2.3-7.
Figura 1.2.3-7. Detectores ópticos de reflexión y de barrera.
Estos dispositivos cuentan con una elevada inmunidad a las perturbaciones
electromagnéticas externas, por lo que los convierte ideales para el trabajo en conjunto con
bobinas. Además cuentan con una elevada velocidad de respuesta. Son capaces de
identificar colores.

22
Los detectores ópticos cuentan con distancias de detección grandes, respecto a los
detectores inductivos y capacitivos. Se tienen fácilmente hasta 500 m en modo barrera y
hasta 5 m por reflexión.
Para ambientes muy luminosos pueden emplearse barreras ópticas basadas en detección por
luz polarizada. El emisor emite luz polarizada contra una placa reflectora que hace girar el
plano de polarización 90º y la devuelve hacia el detector previsto para recibirla en el plano
vertical.
Otra variación de estos detectores ópticos son los de fibra óptica, que tienen los puntos de
emisión y recepción de luz separados de la unidad generadora, y unidos a ella mediante la
fibra. De esta forma, la detección puede llevarse a puntos inaccesibles para las fotocélulas
de barrera o reflexión, aprovechando la flexibilidad de la fibra. Estos detectores, tienen
distancias de 3mm hasta 10m, pudiendo detectar objetos muy pequeños. [11].
o Detectores ultrasónicos.
Estos detectores están basados en la emisión y recepción de ondas de tipo ultrasónicas.
Cuando un cuerpo interrumpe el has, el nivel de recepción varía y el receptor lo detecta.
En la cara activa del detector un disco cerámico piezoeléctrico se encarga de transmitir
ondas de sonido a alta frecuencia. Durante un tiempo al disco se le aplica una tensión
eléctrica de alta frecuencia, por lo cual, causa una vibración a la misma frecuencia
emitiendo ondas de sonido de alta frecuencia. A continuación, el sensor no emite durante
un lapso de tiempo en espera de los pulsos reflejados.
Las ondas reflejadas llagan al sensor. Si el tiempo que ha pasado entre la emisión del pulso
y la recepción del eco se encuentra dentro del rango permisible en el que se ha ajustado el
detector, este conmutara indicando la presencia de algún cuerpo. Figura 1.2.3-8.
Como ventaja frente a las fotocélulas, estos detectores pueden percibir con facilidad objetos
transparentes, como lo es el cristal y algunos plásticos, materiales que ofrecen dificultad
para su detección óptica.
Figura 1.2.3-8. Detector ultrasónico señal fuera de rango y señal
dentro del rango ajustado.
Sin embargo, ya que estos detectores emplean ondas ultrasónicas que se mueven por el aire,
no podrán ser utilizados en lugares donde este circule con violencia o gran velocidad, o en
medios con elevada contaminación acústica.
De la misma manera que otros detectores, los ultrasónicos también son fabricados en
diferentes tipos y con diferentes características, como se ven en la figura 1.2.3-9. [11].

23
Figura 1.2.3-9. Diferentes tipos de detectores ultrasónicos.
1.3 Métodos para el diseño de secuencias
electroneumáticas.
En este apartado se conocerán los métodos de diseño para secuencias electroneumáticas
(Cascada, Paso a paso y Grafcet), empleando un controlador lógico programable S7-300 de
siemens, aplicando los métodos de diseño al programa para PLC.
1.3.1 Método cascada.
Para el uso del método en cascada, es necesario primero conocer cada uno de los
movimientos de la secuencia electroneumática. En la figura 1.3.1-1 se tiene una secuencia
de dos cilindros.
/A+/B+/B-/A-/
Figura 1.3.1-1. Ecuación de movimientos.
Posteriormente se debe dividir la secuencia en grupos, para esto se debe tener en cuenta que
dentro de cada grupo no deben existir dos o más movimientos de un solo cilindro, es decir,
el grupo puede contener N movimientos de N cilindros, pero no puede tener un movimiento
de avance y un de regreso del mismo cilindro, en la figura 1.3.1-2 se observa la ecuación de
movimientos (figura 1.3.1-1), dividida en dos grupos.
Figura 1.3.1-2. Grupos de la secuencia.
Ya que se tienen los grupos de la secuencia electroneumática, es necesario del diseño del
circuito electroneumático, como se observa en la figura 1.3.1-3 se tiene el circuito de fuerza

24
y el circuito de control por PLC.
Figura 1.3.1-3. Circuito de fuerza para 2 cilindros y circuito de
control por módulos de PLC.
Teniendo el circuito de control conectado a los módulos de entradas y salidas del
controlador lógico programable, se procede a realizar la tabla de entradas y salidas del
proceso, como se muestra en la tabla 1-2.
Tabla 1-2. Entradas y salidas del proyecto.
Ya que se cuenta con la relación de entradas y salidas del proyecto, se procede a realizar el
programa, para esto se debe tomar en cuenta que cada grupo de movimientos será una
bobina de marca de memoria figura 1.3.1-4, como se observa en la tabla 2, el grupo 1 se
direcciona a m0.0, y el grupo 2 a m0.1. Cada grupo controlará la activación de los
movimientos correspondientes.
Figura 1.3.1-4. Línea 1 del programa, activación del grupo 1 de
movimientos de la secuencia.

25
Debe notarse que se tiene un contacto normalmente cerrado de la bobina grupo2, en serie
con la bobina del grupo1, esto es, con la finalidad de desactivar al grupo1 al instante en que
el grupo2 entre en funcionamiento.
Una vez que el grupo1 está activado, mediante sus contactos normalmente abiertos,
asegurará que únicamente los movimientos del grupo1 sean activados cuando se cumplan
las condiciones. Como se observa en la figura 1.3.1-5, el control de los movimientos del
grupo1.
Figura 1.3.1-5. Líneas 2 y 3 del programa para activar las salidas
de los cilindros A y B.
Siguiendo la regla principal del método en cascada, se prosigue a diseñar todo el programa
como se observa en la figura 1.3.1-6, el programa completo en lenguaje KOP, diseñado con
el método cascada.

26
Figura 1.3.1-6. Programa en PLC diseñado con el método cascada.
Para finalizar el ciclo del programa es necesario que el contacto cerrado del último grupo
sea el último detector final de carrera que sea activado para desactivar al último grupo,
como se puede observar en la figura 1.3.1-6 en la línea 4 correspondiente al grupo2, el
contacto cerrado será la entrada del detector final de carrera A0.
Ya que se ha finalizado el programa se debe verificar su buen funcionamiento, esto se
puede realizar con la ayuda del diagrama de estado que generen los movimientos de los
cilindros, en la figura 1.3.1-7 se puede observar el diagrama de estado obtenido por el
ejemplo.
Figura 1.3.1-7. Diagrama de estado.
1.3.2 Método paso a paso.
Para el diseño de secuencias electroneumáticas con el método paso a paso, deben seguirse
las siguientes etapas. Primero se debe tener la ecuación de movimientos de la secuencia a
desarrollar como ejemplo se tiene la figura 1.3.2-1.
/A+/B+/B-/A-/
Posteriormente cada movimiento se tomará como un paso de la secuencia de control véase
la figura 1.3.2-2.

27
Figura 1.3.2-2. División de la secuencia en pasos.
Ahora se prosigue con el diseño del circuito de fuerza y control por mando de PLC de los
cilindros a ejecutar la secuencia. Se puede ver en la figura 1.3.2-3 los cilindros A y B, sus
electroválvulas y los módulos de entradas y salidas del PLC.
Figura 1.3.2-3. Circuito de fuerza para 2 cilindros y circuito de
control por módulos de PLC.
Ya que se cuenta con el diseño del circuito de fuerza neumático y el circuito de control
mediante PLC, se procede a realizar la tabla de entradas y salidas del proyecto, esto con la
finalidad de tener un control de la cantidad de entradas y salidas a usar, el tipo y las
direcciones y símbolos del programa a utilizar.
Como se puede observar en la tabla 1-3, para este método no se emplearán marcas de
memoria para el control de los pasos, se utilizan las bobinas de las salidas digitales del PLC
como las bobinas para el control de los pasos, siempre y cuando el uso de la salida no se
repita.

28
Una vez que las entradas y salidas están definidas, se procede al diseño del programa de
PLC, para esto se debe tomar en cuenta que al activarse el nuevo paso, este desconecta al
paso anterior y así sucesivamente al que le sigue, esto se ejemplifica con la figura 1.3.2-4.
Figura 1.3.2-4. Línea básica del método.
Como se muestra en la figura 1.3.2-4, el contacto abierto BA, activará el paso, en este caso
la salida del cilindro A, mientras que el contacto cerrado B+ provocará que al entrar en
funcionamiento el siguiente paso, el paso actual quedará desactivado.
Se debe tomar en cuenta que para algunos pasos se deben cumplir algunas condiciones, por
ejemplo que algún cilindro este expulsado o que concluya su movimiento de retracción, por
lo que será necesario utilizar dos contactos abiertos para la activación del paso. En la figura
1.3.2-5 se observa el programa completo de la secuencia de ejemplo.
Figura 1.3.2-5. Programa del PLC con el método paso a paso.

29
Para finalizar el ciclo de la secuencia es necesario de utilizar en el último paso un contacto
cerrado del detector final de carrera A0, como se puede ver en la figura 1.3.2-5 en el paso 4,
esto debido a que, el último movimiento es la retracción del cilindro A y cuando llega al
final, activa al detector final de carrera A0 y produce que se abra el circuito, desactivando
el paso 4 y por lo tanto la secuencia.
De la misma forma que el método cascada, se puede hacer uso del diagrama de estado
como el de la figura 1.3.2-6, para verificar el buen funcionamiento del proyecto.
Figura 1.3.2-6. Diagrama de estado de la secuencia.
1.3.3 Método de Grafcet.
La complejidad en el diseño de procesos y la disponibilidad de controladores más potentes,
eficientes y con un mayor número de funciones, obligan a replantearse los métodos de
diseño en los sistemas de control electroneumático.
Normalmente los automatismos controlados a base de relevadores han sido diseñados con
métodos intuitivos a base de prueba y error, estos métodos se han sido empleados en los
controladores lógicos programables, debido a que la mayoría pueden ser programados a
base de diagramas o lenguajes de contactos.
En 1975, uno de los grupos de trabajo de la AFCET (Asociation Francaise pour la
Cibernétique Economique et Technique), decidió crear la normalización de la
representación de la especificación de los controladores lógicos. En Agosto de 1977 una
comisión formada por 12 académicos e investigadores y 12 representantes de algunas
compañías firmó el informe final.
Es entonces cuando nació el Grafcet, gráfico de mando etapa-transición, en principio se
pretendía satisfacer la necesidad de disponer de un método de descripción de procesos, con
total independencia de la tecnología, mediante una serie de gráficos de fácil interpretación
no solo por especialistas en automatización.
El Grafcet es un formalismo inspirado en las redes de Petri, merced a una interpretación

30
singular, donde se manejan eventos, condiciones y acciones en forma análoga a los clásicos
diagramas de estado, siendo la variable local de estado intrínsecamente binaria.
El Grafcet está definido por unos elementos gráficos y unas reglas de evolución, las cuales
reflejan la dinámica del comportamiento del sistema. Todas las secuencias pueden ser
estructuradas en una serie de etapas, dichas etapas representan estados o subestados del
sistema en los cuales se realizan una o varias acciones, igual que transiciones, que son las
condicionantes para que se dé un cambio de una etapa a otra. En pocas palabras se podría
decir, que el Grafcet es una representación gráfica del automatismo compuesto por etapas y
transiciones. [11], [12].
Etapas:
Una etapa corresponde a una acción del proyecto indicando un comportamiento estable. Se
conviene en representar una etapa por un cuadro en el que se indica el número de la etapa
como lo muestra la figura 1.3.3-1.
Figura 1.3.3-1. Símbolo de la etapa 1.
Las etapas de inicio son representadas por dobles cuadros, es decir, un cuadro estará dentro
de otro cuadro más grande como se muestra en la figura 1.3.3-2. Estas etapas son las únicas
que serán activadas al iniciarse la secuencia en Grafcet.
Figura 1.3.3-2. Símbolo de una etapa inicial.
Para indicar que una etapa está en ejecución o está activa, debe estar con algún relleno de
color, es decir, una etapa fuera de funcionamiento estará de color blanco como en las
figuras 1.3.3-1 y 1.3.3-2, mientras que una etapa en ejecución estará colorada o en su
defecto será en negro, como en la figura 1.3.3-3. [11].
Figura 1.3.3-3. Etapa en ejecución.

31
Acciones:
En las etapas se desarrollan una serie de acciones sobre el sistema. Estas acciones se
representan mediante un rectángulo situado en la parte derecha del símbolo de la etapa,
como se muestra en la figura 1.3.3-4. Estas acciones pueden ser de tipo impulso como seria
activar un temporizador o incrementar en uno un contador, o pueden ser continuas como
seria activar un motor o activar un solenoide de una electroválvula, mientras la etapa
correspondiente se mantenga activa.
Figura 1.3.3-4. Etapa con acción asociada.
Pueden existir etapas a las que no se les asocia una acción, esto puede ser correspondiente a
estados de reposo, ya sea de una máquina o en una etapa temporizada, para una toma de
decisión o para esperar un acontecimiento. [11].
Transiciones:
Las transiciones son elementos que permiten la evolución de la secuencia de Grafcet. Una
transición entre dos etapas se representa mediante una línea perpendicular a las uniones
orientadas, en la figura 1.3.3-5 se observa el símbolo de la transición. Para facilitar la
comprensión del Grafcet, cada transición puede o no ir numerada a la izquierda del
símbolo.
Figura 1.3.3-5. Símbolo de la transición.
Para que una transición pueda ejercer el paso de una etapa a otra, debe cumplir con los
siguientes requerimientos:

32
1. La etapa inmediata anterior debe encontrarse activa.
2. La receptividad asociada a la transición debe ser verdadera.
La receptividad asociada a una transición es una condición booleana que expresa la lógica
de la que depende el avance de una etapa a otra (véase figura 1.3.3-6), es decir, las
condiciones de transición deberán ser verdaderas para que la transición permita el paso de
una etapa a otra. [11].
Figura 1.3.3-6. Transición con su condición.
Etapas simultaneas:
Cuando la transición de una etapa produce la activación de más de una etapa o acción al
mismo tiempo, se dice que son etapas simultaneas. Después de la activación de las etapas
simultaneas, estas son independientes una de la otra.
Para las etapas simultáneas se debe cumplir una transición en común para todas las etapas a
accionarse, por lo tanto debajo de la transición se deben dibujar dos líneas paralelas
horizontales a lo largo de las etapas a accionar, en la figura 1.3.3-7 se tienen dos etapas
simultaneas.
Figura 1.3.3-7. Símbolo para conectar etapas simultaneas.
Cuando es necesario desactivar varias etapas simultáneas, es necesario utilizar la misma

33
estructura, después de las etapas se dibujan otras dos líneas paralelas horizontales a lo largo
de todas las etapas y después de las líneas se conecta una sola transición para pasar a otra
etapa, así como se muestra en la figura 1.3.3-8. [11].
Figura 1.3.3-8. Estructura de etapas simultaneas.
Etapas alternas:
Las etapas alternas son secuencias donde se presenta una selección de la evolución del
proceso, puede representarse con tantas etapas que representen la cantidad de selecciones,
mediante la misma cantidad de transición validas como evoluciones se tengan, una para
cada etapa a seleccionar, para representar una selección en Grafcet, se tiene una sola línea
horizontal como en la figura 1.3.3-9, la cual conecta todas las transiciones de las diferentes
evoluciones, y posteriormente las etapas, la transición que se cumpla primero será la rama
que se active. [11].
Figura 1.3.3-9. Estructura de etapas alternas.
Repetición:
Por medio de la repetición se puede volver a ejecutar una o varias etapas o la secuencia
completa al momento de que una transición se cumpla, se representa mediante una flecha

34
que relacione la transición a cumplir y la etapa que se va a volver a ejecutar como se
muestra en la figura 1.3.3-10. [11].
Figura 1.3.3-10. Estructura de la repetición.
Ya con el conocimiento sobre la simbología y las reglas para el uso de Grafcet, se puede
realizar el diseño de una secuencia electroneumática. Igual que en los otros métodos se
debe tener primero la ecuación de movimientos de la secuencia a diseñar figura 1.3.3-11.
/A+/B+/B-/A-/
Posteriormente se procede al diseño del Grafcet, observar la figura 1.3.3-12, se debe tener
en cuenta que esta secuencia no tiene ninguna rama alterna o rama simultánea, por lo que
será una secuencia lineal, también se debe tomar en cuenta que la primera etapa será una
etapa de reposo y no tendrá acción, pero si deberá regresar el punto inicial cada vez que
finalice el ciclo.
Figura 1.3.3-12. Grafcet 1 de la secuencia.

35
Después se procede a realizar la tabla de entradas y salidas del proyecto, como se puede ver
en la tabla 1-4, se emplearan entradas y salidas digitales y no serán necesarias las marcas de
memoria para el desarrollo del programa con Grafcet.
Ya teniendo la relación de entradas y salidas se procede a traducir el Grafcet diseñado al
programa de PLC utilizando la simbología del Grafcet como lenguaje de programación
como puede observarse en la figura 1.3.3-13.
Figura 1.3.3-13. Programa para PLC S7-300 utilizando Grafcet.
Mediante el diagrama de estado de los cilindros en la figura 1.3.3-14, se verifica el correcto
funcionamiento de la secuencia con respecto a la ecuación de movimientos.

36
Figura 1.3.3-14. Diagrama de estado de los cilindros.
1.4 El servidor OPC.
El servidor OPC por sus siglas en ingles OLE for Process Control, OLE para control de
procesos, a su vez OLE es incrustación y enlazado de objetos, es un estándar de
comunicación en el campo del control y supervisión de procesos industriales, basado en una
tecnología Microsoft, ofreciendo una interfaz común para el intercambio de datos entre
diferentes softwares, como se ve en la figura 1.4-1, una comunicación entre distintas
aplicaciones. La comunicación OPC entre diferentes softwares se lleva a cabo mediante una
metodología cliente-servidor.
Este servidor es una fuente de datos, donde cualquier software con aplicación basada en
OPC puede entrar al servidor y escribir o leer datos que ofrezca el servidor. Este tipo de
software ofrece una solución al problema de drivers dentro de los softwares especializados
siendo una solución abierta y flexible para ejercer el intercambio de datos.
Figura 1.4-1. Diagrama básico del servidor OPC.
El servidor OPC ofrece algunas ventajas para los usuarios de softwares especializados en el
control, supervisión y adquisición de datos.
Los fabricantes de Software especializado únicamente deben crear un conjunto de

37
aplicaciones, de ese modo los usuarios solo deben configurar o direccionar estos
conjuntos de aplicaciones para intercambiar datos entre sus softwares.
Los fabricantes no deben realizar cambios significativos en los drivers debido a
cambios en el hardware.
Simplificar la integración de softwares en un entorno homogéneo.
o Arquitectura OPC Cliente / Servidor.
La arquitectura básica del servidor OPC se representa de manera sintética con la siguiente
figura 1.4-2.
Figura 1.4-2. Diagrama a bloques de la comunicación vía OPC.
o Aplicaciones del servidor OPC.
Como ya se ha dicho el servidor OPC sirve para el intercambio de datos entre softwares,
pero puede emplearse en las siguientes aplicaciones:
 Bases de datos.
 Obtener datos para sistemas SCADA o DSC.
 Monitoreo y control de procesos (HMI).
 Simulación de procesos.
Para lograr la comunicación entre los softwares especializados de simulación y
programación, FluidSim y STEP7 con sus programas PLCSim y S7-GRAPH, es necesario
del uso de un servidor OPC específico. El servidor OPC que será utilizado para llevar a
cabo una herramienta para simular procesos electroneumáticos, será el Festo Didactic
EzOPC V5.3 versión en inglés. En la figura 1.4-3 se observa la pantalla principal del
servidor OPC que se utiliza para realizar el enlace entre FluidSim y STEP 7.

38
Figura 1.4-3. Pantalla del servidor OPC.
Se puede observar en la figura 1.4-3 que se encuentra seleccionado para la comunicación
entre el simulador FluidSim, y el controlador S7-PLCSim, mediante un controlador virtual
o servidor.
Se debe tener cuidado al momento de realizar la instalación del servidor Festo Didactic
EzOPC V5.3, de que la PC no se encuentre descargando actualizaciones, ya que puede
producir errores o impedir la instalación del servidor.
Con el tema del servidor OPC se concluyen las bases teóricas para el diseño y simulación
de secuencias electroneumáticas gobernadas mediante un controlador lógico programable
S7-300 de la marca Siemens en un ambiente virtual.

39
CAPÍTULO 2 El software y su programación.
Dentro de este capítulo se conocerán los softwares especializados de simulación y
programación para la creación de una óptima herramienta virtual, para el diseño y
verificación de secuencias electroneumáticas gobernadas por un controlador lógico
programable, dentro de un ambiente virtual.
2.1 Festo FluidSim.
Es un popular software, desarrollado por la empresa alemana Festo, sirve para la
simulación de sistemas neumáticos y electroneumáticos, funciona en el ambiente de
Microsoft Windows.
FluidSim es de fácil manejo para cualquier persona que desee obtener conocimientos
básicos, enseñar y relacionarse con la neumática, este software es completamente didáctico
y ofrece un fácil manejo del programa para el diseño y simulación de sistemas neumáticos
y electroneumáticos, debido a esta característica el usuario no necesitara más que un tiempo
breve de práctica para poder desenvolverse ágilmente en el uso del software para poder
diseñar diversos sistemas.
El software esta creado no solo con la finalidad del diseño y simulación, también tiene
como objetivo la enseñanza, es decir, el software mediante su simbología, fotos,
presentaciones y breves pero concisas explicaciones de cómo funcionan los dispositivos,
ofrece los conocimientos básicos de los elementos neumáticos y eléctricos que se emplean
para el control neumático y electroneumático.
Figura 2.1-1. Ventana de descripción de un cilindro de doble
efecto.
Como una herramienta para la enseñanza el software ofrece una sección donde se puede
obtener información del dispositivo deseado, en la ventana de la figura 2.1-1 se puede ver
un ejemplo, una breve definición de lo que es un cilindro de doble efecto, la características
de funcionamiento del dispositivo, símbolo y vínculos a internet para obtener información

40
más detallada sobre los dispositivos. Esta información se presenta en diferentes idiomas y
el usuario puede seleccionarlo.
También ofrece, para algunos dispositivos, mostrar una ventana donde se ven las fotos de
los dispositivos físicos. En la figura 2.1-2 se observa la pantalla de FluidSim con el símbolo
y la fotografía de un cilindro de doble efecto.
Figura 2.1-2. Ventana de FluidSim con la foto de un cilindro de
doble efecto.
El software también ofrece la ventaja de mostrar un diagrama donde se puede observar el
funcionamiento del dispositivo seleccionado, en la figura 2.1-3 se observa un ejemplo de
esta acción con un cilindro de doble efecto.
Figura 2.1-3. Funcionamiento de un cilindro de doble efecto.
Para hacer uso de estas ventajas, es necesario de dar clic derecho sobre el símbolo del
dispositivo a conocer, posteriormente seleccionar los que se desea conocer, foto,
funcionamiento o descripción del dispositivo. Se debe tomar en cuenta que estas acciones
no se encuentran disponibles para todos los dispositivos que trabaja el software.
FluidSim ofrece la característica que de forma automática revisa el circuito, para evitar que
existan dispositivos ocupando el mismo espacio, que se produzcan cortocircuitos o que se
tengan declaraciones repetidas con lo cual produciría una mala actuación de la simulación
neumática.

41
Como se ha dicho anteriormente el software de simulación FluidSim es fácil de utilizar, a
continuación se presenta la forma de trabajar en el software, para el desarrollo de procesos
electroneumáticos controlados por PLC.
Dentro del ambiente de FluidSim se pueden diferenciar dos ventanas principales, la primera
y más importante es la ventana de trabajo del software, esta se sitúa a la derecha y se
caracteriza por que al iniciar se encuentra en blanco. Del lado izquierdo se tiene la
biblioteca de componentes, en esta ventana se encontraran todos los dispositivos que
trabaja el software, en la figura 2.1-4 se tiene la ventana de la biblioteca de componentes.
Figura 2.1-4. Biblioteca de componentes de FluidSim.
Para comenzar a diseñar el proyecto, es necesario de arrastrar de la biblioteca de
componentes al área de trabajo del software, en la figura 2.1-5 se observa la colocación de
un cilindro de doble efecto, dos válvulas estranguladoras y una electroválvula 5/2.
Figura 2.1-5. Comienzo de un circuito electroneumático.
Como se puede ver en la figura 2.1-5 la válvula no tiene ningún tipo de control, para ello se
debe dar doble clic a la válvula colocada y especificar sus características dentro de la
pantalla que abrirá el software como la de la figura 2.1-6; para el ejemplo se le colocara un
solenoide a cada extremo, para que sea una electroválvula biestable, y gobierno mecánico

42
mediante palancas. [1].
Figura 2.1-6. Configuración de la válvula.
Ahora se procede a conectar, esto se realiza mediante la selección de la primera terminal, se
da clic y sin soltar el curso se lleva hacia la otra terminal, donde se debe soltar el curso, en
este proceso se observa que cada que el curso se coloca sobre un posible punto de conexión
cambia su forma. En la figura 2.1-7 se observa el circuito de fuerza conectado entre el
cilindro, las válvulas estranguladoras y la electroválvula.
Figura 2.1-7. Conexión del circuito de fuerza.
Para la configuración de las salidas de aire en la electroválvula se debe dar dos clics en las
terminales de salida y se podrá configurar la conexión de estas salidas y aceptar, en la
figura 2.1-8 se observa el ejemplo donde se colocaron silenciadores.
Figura 2.1-8. Configuración de conexiones de la electroválvula.

43
Ahora se le configura la regla de distancia al cilindro, donde se ubicarán los detectores final
de carrera, para realizar se debe dar doble clic sobre el cilindro, en la figura 2.1-9 se
observa la ventana que despliega el software.
Figura 2.1-9. Configurar cilindro.
Dar clic en configurar marcas de accionamiento, elegir la cantidad y las posiciones de los
detectores llenando la tabla y colocando los detectores con la distancia, considere que el 0
es la posición totalmente retraída y el 100 la posición totalmente expulsada. En la figura
2.1-10 se tiene la configuración de dos detectores finales de carrera A0 y A1 colocados a
los extremos de la carrera del cilindro.
Figura 2.1-10. Regla de distancia.
Ahora se procede a dar nombre a las solenoides de la electroválvula, para esto se debe
realizar doble clic sobre la electroválvula a configurar, en la figura 2.1-11 se muestra el
apartado para dar marca o nombre a la solenoide.

44
Figura 2.1-11. Configuración de solenoide.
Ahora se colocar la alimentación de aire comprimido para el circuito de fuerza, puede
colocarse el símbolo de alimentación de aire para cuando es un solo cilindro o se desea
alimentación independiente, pero en la figura 2.1-12 se observa que se utiliza 1
alimentación para cinco cilindros, por lo tanto es necesario colocar entre la alimentación de
aire comprimido y las electroválvulas una unidad de mantenimiento.
Figura 2.1-12. Unidad de alimentación de aire comprimido.
Ya finalizado el circuito de fuerza, se procede a insertar los módulos o puertos de entradas
y salidas del PLC, así como la conexión del circuito de control por PLC. Para esto se deben
buscar y arrastrar al área de trabajo los módulos o puertos de entradas y salidas de
FluidSim, como se muestra en la figura 2.1-13, cada módulo consta de ocho terminales y
pueden ser colocados tantos módulos como se requieran para el control del proceso y como
lo permitan las características del PLC.

45
Figura 2.1-13. Módulos de entradas y salidas de FluidSim a PLC.
Se debe tener en cuenta que la lógica de estos puertos es la siguiente, los módulos de
entradas al PLC son los puertos de salida de FluidSim (FluidSim Out), mientras que los
módulos de salidas del PLC serán los puertos de entrada a FluidSim (FluidSim In).
Ya que se han colocado los puertos de entradas y salidas necesarios, se procede a conectar
los dispositivos de señal para el control de la secuencia en los módulos de entradas del
PLC, es decir, los detectores final de carrera, los botones pulsadores y sensores, así como,
las solenoides en los módulos de salida del PLC. En la figura 2.1-14 se muestra la inserción
de un botón pulsador, el cual será configurado con el nombre (INI), para dar etiquetas o
nombres a los detectores y los botones pulsadores se debe dar doble clic sobre el
dispositivo.
Figura 2.1-14. Marca para un botón pulsador.
De la misma forma se insertan obturadores y se les da el mismo nombre que a los
detectores final de carrera, para que actúen al momento que el cilindro los active, al dar
doble clic sobre un obturador muestra una ventana como la de la figura 2.1-15.

46
Figura 2.1-15. Marca de un obturador.
Una vez que se tienen los detectores, sensores y pulsadores configurados y conectados a los
puertos de salida de FluidSim se procede a colocar los solenoides en los puertos de entradas
a FluidSim como se muestra en la figura 2.1-16.
Figura 2.1-16. Inserción de los solenoides.
Para dar una marca o nombre a las solenoides se debe dar doble clic sobre el dispositivo a
marcar, el sistema abrirá la ventana de la figura 2.1-17, se debe dar los nombres a los
solenoides igual que en las electroválvulas, de lo contrario el sistema marcará un error, se
deben tener tantos solenoides con en las electroválvulas.
Figura 2.1-17. Solenoide de la electroválvula A.

47
Una vez que se tengan los solenoides configurados y conectados al puerto de entradas a
FluidSim, se deben colocar las alimentaciones, de 24Vdc ya que se simulan electroválvulas
a 24 volts de corriente directa, para los dispositivos de señal se deben colocar el positivo o
+24Vdc, mientras que para los solenoides deben ser conectados a 0Vdc, como se muestra
en la figura 2.1-18.
Figura 2.1-18. Alimentación del circuito de control por PLC.
Una vez que se tienen configurados los circuitos de fuerza y de control por PLC, se deben
configurar los puertos de entradas y salidas de FluidSim, para esto se debe hacer doble clic
sobre el puerto a configurar, el sistema desplegará una ventana como la de la figura 2.1-19.
Figura 2.1-19. Configuración de puerto de FluidSim.
En la ventana desplegada se puede visualizar dos selecciones, el de la parte superior
corresponde a la selección del servidor OPC, mientras que el de la parte inferior
corresponde a la configuración de la dirección del puerto de FluidSim con respecto al
módulo de entradas o salidas digitales del PLC; al dar clic en el botón seleccionar… de la
parte superior mostrará la figura 2.1-20, para el ejemplo de esta integración debe ser
seleccionada el “FestoDidactic.EzOPC.1 (FestoDidactic.EzOPCV4.x)”, ya que ha sido
seleccionado el servidor dar clic en OK.

48
Debe tomarse en cuenta que para la configuración de los puertos de entradas y salidas de
FluidSim se debe tener abierto y configurado el proyecto en el administrador SIMATIC, se
debe tener cargado el programa en el PLCSim, esto se realizará en el tema 2.2 y debe estar
ejecutado el servidor OPC.
Figura 2.1-20. Selección del servidor OPC.
Ya que se ha seleccionado el servidor OPC, regresará a la pantalla de la figura 74, y se
prosigue con la configuración de la dirección del puerto, esta dirección debe corresponder a
los módulos del controlador lógico programable, de lo contrario no reconocerán el
intercambio de datos. Al pulsar el botón de seleccionar… de la parte inferior desplegará la
ventana de la figura 2.1-21, en donde se pueden visualizar los puertos de PLC, primero se
debe seleccionar el PLCSim, para que muestre los módulos disponibles, estos se verán en la
parte derecha de la ventana, se prosigue a seleccionar los módulos dando doble clic en la
dirección deseada, se debe tomar en cuenta que los puertos EB son para los módulos de
entradas en el PLC y los AB corresponden a los módulos de salida del PLC.
Figura 2.1-21. Dirección del puerto de salida de FluidSim.

49
Una vez que se seleccionó la dirección se debe dar clic en OK, en la pantalla de
configuración del puerto aparecerá la dirección seleccionada, como se muestra en la figura
2.1-22, si todo ha sido correcto se debe dar clic en aceptar.
Figura 2.1-22. Puerto de salida de FluidSim configurado.
Esta configuración se debe realizar para cada módulo, verificando que cada puerto tenga su
propia dirección y que correspondan con las entradas y salidas digitales del controlador
lógico programable, para lograr un buen desempeño. En la figura 2.1-23 se observa el
circuito de fuerza y control finalizados en el software FluidSim.
Figura 2.1-23. Circuito de fuerza y de control por PLC para un
dispositivo de control de pesado de latas.

50
Con este ejemplo se pueden adquirir los conocimientos necesarios para la configuración de
los Circuitos de control por PLC y de fuerza en FluidSim, para la simulación de procesos
electroneumáticos mediante la integración de softwares.
2.2 Siemens STEP 7.
El programa STEP 7, es el software estándar desarrollado por la empresa alemana Siemens
para la programación y configuración de los sistemas de automatización SIMATIC.
Dentro de este software se encuentran cuatro tipos distintos de lenguajes de programación,
proporcionando al usuario una variedad para el uso de estos dispositivos, según le sea más
cómodo.
1) Lenguajes literales.
Lenguaje AWL; (Alemán Anweisungsliste), Lista de instrucciones, en esta forma se
insertaran los comandos con un formato de texto con lo cual se crean las funciones
del programa, con códigos predeterminados. Ejemplo de un programa con lenguaje
AWL en la figura 2.2-1.
Figura 2.2-1. Programa de control de la secuencia A+B+B-A- en
lenguaje AWL.
2) Lenguajes gráficos.
Lenguaje KOP; (Alemán Kontaks plan), Este lenguaje ofrece como funciones los
símbolos para crear el diagrama en escalera con lo cual se crea el programa para el
PLC S7. Figura 2.2-2.
Lenguaje FUP; (Alemán Funktions plan), Este tipo de lenguaje utiliza bloques y los
ordena según la secuencia deba cumplir las condiciones, para la creación de los
programas. Figura 2.2-3.

51
Lenguaje S-7 GRAPH, este lenguaje utiliza la lógica del Grafcet, para la creación
de los programas.
Figura 2.2-2. Programa de control manual de un cilindro de doble
efecto en lenguaje KOP.
Esta variedad de lenguajes aporta un ajuste de comodidad para la programación y uso del
STEP 7, ya que dependerá de cada programador según sus conocimientos y su habilidad de
manejo del software la programación con alguno de estos lenguajes o el conocimiento de
todos, de la misma manera siemens pone a disposición algunos manuales básicos de
operación con los diferentes lenguajes de programación.
Figura 2.2-3. Programa de control de la secuencia A+B+B-A- en
lenguaje FUP.
El software STEP 7 de siemens opera con diferentes tipos de datos, para que se realicen
operaciones, con la finalidad de dar al programador un mayor alcance en la realización de
programas empleando algún PLC S-7. [10].

52
La programación con STEP 7 da una pauta a realizar programas que controlen procesos
muy sofisticados, ya que, cuenta con librerías no solo para funciones básicas como
contactos abiertos, cerrados y salidas, si no tiene una gran gama de librerías para emplear
funciones más avanzadas como son, temporizadores, contadores, comparadores,
operaciones matemáticas y convertidores de señal, entre otras funciones.
El STEP 7 es un software que no es necesario ser un programador para poder realizar
ejercicios o secuencias en él, debido a sus distintos lenguajes de programación es muy
accesible y permite su uso mientras se va aprendiendo, incluso puede ser utilizado para el
aprendizaje de PLC y su programación.
Este software no solo ayuda a programar y descargar las secuencias a los PLC de la familia
S7 de Siemens, también nos ayuda a monitorear el funcionamiento del PLC, por medio del
administrador SIMATIC, se reúnen todas las aplicaciones del software, para crear dentro de
un proyecto todos los datos y ajustes necesarios para la solución de su tarea de
automatización.
Por medio del STEP 7 es que se sincronizan o se comunican los PLC S7 de Siemens con la
PC, se debe de configurar para que el sistema lo reconozca, pero el mismo software nos
ayuda a realizar todo esto, siguiendo las instrucciones de los manuales de usuario, tanto de
los PLC como del software para manejarlo, que es el STEP 7, simplemente es la base para,
el aprendizaje, la operación, el monitoreo y la programación de los PLC de Siemens de la
familia S7.
El STEP 7 ofrece la ventaja de poder observar el funcionamiento del programa con un
código de colores, que indican cuando cada elemento esta energizado o en funcionamiento
y cuando no, mientras el programa se encuentra en ejecución.
S7-PLCSim.
El PLCSim es una aplicación, del software STEP 7 de Siemens, que está diseñado para la
simulación de los módulos de un PLC S7.
Este simulador puede ser diseñado, según el programador necesite de los módulos, es decir,
el programador se encargara de ir insertando los módulos de entradas y de salidas en el
simulador del PLC, serán direccionados, y configurados para responder a los impulsos del
programa, en la figura 2.2-4 se observa la ventana del S7-PLCSim.
Figura 2.2-4. Ventana del simulador de PLC de Siemens PLCSim.

53
Este simulador también cuenta con su panel para el estado del PLC, donde se puede
controlar para mandarlo al estado de RUN o STOP, mediante la selección de la casilla del
módulo, de esta forma el PLC simulara estar en el modo de operación correspondiente al
seleccionado por el programador.
El programador podrá colocar tantos módulos requiera, y no únicamente de módulos de
entra y salida, también pueden ser insertados módulos de contadores, de temporizadores,
marcas de bits, y acomodarlos como más le convenga. Además este software puede
encontrarse en modo ON u OFF, esto es, que puede manipular el programa en ejecución o
que únicamente sea una simulación.
Para configurar algún módulo en el PLCSim, es necesario ir al menú insertar y seleccionar
el tipo de módulo que se desea insertar, también puede efectuarse desde la barra de
herramientas, seleccionar el módulo deseado, o de manera más directa pueden ser
insertados mediante pulsar la tecla F2 para entradas, F3 para salidas, F4 para marca, F11
para temporizador y F12 para contador, en la figura 2.2-5 se puede observar la ventana de
PLCSim con un módulo de entradas, uno de salidas y uno de marcas, cabe mencionar que
cada módulo tiene 8 bits.
Figura 2.2-5. S7-PLCSim – SimView1.
Este simulador es una parte fundamental en el desarrollo de nuestra herramienta virtual, ya
que es el punto en donde se conecta el servidor OPC, con el programa creado en el STEP 7
para que sea enlazado y ejecutar la secuencia programada con el FluidSim.
S7-KOP, AWL, FUP.
Esta aplicación del STEP 7 sirve para realizar bloques de programación, es decir, con esta
función se diseñaran los programas para los controladores lógicos programables de la
marca Siemens de la familia S7. Como se ha mencionado anteriormente el software STEP 7
cuenta con cuatro lenguajes de programación, de los cuales tres pueden ser empleados para
el diseño de los bloques con la función S7-KOP, AWL, FUP.
Para el caso de este trabajo se empleara el lenguaje de programación KOP o lenguaje de
contactos, para el diseño de secuencias con los métodos cascada y paso a paso. Como
primer paso para comenzar con el diseño algún programa se debe ejecutar el bloque OB1 la
figura 2.2-6 muestra la pantalla del administrador SIMATIC con el bloque listo para ser
ejecutado.

54
Figura 2.2-6. Bloque de programación OB1.
Una vez que el bloque a sido ejecutado el sistema desplegará una ventana como la de la
figura 2.2-7, en esta ventana se puede dar una etiqueta o símbolo al bloque de
programación, también se puede dar comentario, visualizar la dirección donde se ha
guardado el bloque, elegir el lenguaje de programación, como a sido mencionado antes se
seleccionará el lenguaje KOP.
Figura 2.2-7. Propiedades del bloque de programación.
Ya que el bloque a sido configurado como el usuario lo requiera, se debe pulsar el boton de
aceptar, de este manera el sistema abrira la pantalla del S7-KOP, AWL, FUP y se podra
comenzar con el diseño.
Dentro de la pantalla principal del bloque de programación se deben dintinguir cuatro areas
principales, las cuales seran fundamentales para el diseño de los programas, estas areas son
las siguientes:
1. La barra de elementos del programa; dentro de esta barra se encontraran
diferentes tipos de operaciones, con la finalidad de dar al usuario herramientas potentes
para la solución de diferente proyectos, y dar al PLC ventajas de aplicación por sobre otros

55
tipos de control, a pesar de sus dimensiones y costo; a continuación se mencionan los
diferentes tipos de operaciones que se ofrecen al programa con el lenguaje KOP. En la
figura 2.2-8 se observa la barra de elementos, la cual se bserva del lado izquierdo de la
pantalla principal.
o Operaciones lógicas con bits.
o Operaciones de comparación.
o Operaciones de conversión.
o Operaciones de contaje.
o Operaciones con bloques de datos.
o Operaciones de salto.
o Operaciones aritmeticas.
o Operaciones de temporización.
Figura 2.2-8. Barra de elementos del programa.
2. Barra de herramientas; Esta barra esta constituida por iconos en los que se pueden
distinguir las funciones de abrir, nuevo, guardar, cargar, observar si/no, nuevo segmento y
algunas de las operaciones logicas del programa, estos iconos ayudan para el diseño y
cnfiguración del programa, esta barra se muestra en la imagen 2.2-9.
Figura 2.2-9. Barra de herramientas.
3. Barra de menus; En esta barra se encuentran los menus de archivo, edición,
insertar, sistema de destino, test, ver, herramientas, ventana y ayuda, estos menus ayudan
para el diseño o configuración ya sea del sistema, un ejemplo es dentro del menu ver se
pude cambiar el lenguaje de programación o el zoom del programa, en la figura 2.2-10 se
puede observar la barra de menus.

56
Figura 2.2-10. Barra de menus.
4. Espacio de trabajo; Este es el área de diseño del programa se distingue por que es
el área mas grande y de inicio se tiene un segmento por default y espacios para realizar
comentarios.
Una vez que se tiene la ventana abierta y lista para comenzar con el diseño, se recomienda
dar un nombre y un breve comentario del funcionamiento del programa. En la figura 2.2-11
se tiene el comienzo de un programa para el control de un dispositivo de pesado de latas.
Figura 2.2-11. Inicio de un programa.
Posteriormente se procese a ingresar las operaciones necesarias para el control del
programa, esto se hace con la selección del segmento, después ya sea desde la barra de
herramientas o desde la barra de elementos del programa se seleccionan las operaciones
necesarias, tocando en la barra de herramientas las operaciones, o arrastrando desde la barra
de elementos del programa la operación deseada, para el ejemplo de la figura 2.2-12 será
necesario el uso de dos contactos abiertos para las entradas del botón de inicio y del
detector A0 como condiciones de activación del segmento.
Figura 2.2-12. Inserción de dos contactos abiertos.
Nótese que sobre los contactos aparecen tres signos de interrogación en color rojo, eso es
debido a que no están direccionados los contactos, para realizar este proceso es necesario
de seleccionar los signos de interrogación dando un solo clic sobre el signo, aparecerá un
cuadro de texto, dentro de este cuadro se debe escribir la dirección correspondiente al

57
dispositivo de señal en el puerto de FluidSim considerando para las direcciones de entradas
físicas digitales la letra i seguida del byte y separando del byte mediante un punto el bit
correspondiente, por ejemplo i0.0, o utilizando el símbolo si es que se configuro la tabla de
símbolos. En la figura 2.2-13 se tienen los contactos direccionados mediante su símbolo.
Figura 2.2-13. Contactos abiertos direccionados al botón de inicio
y al detector final de carrera A0.
Para las direcciones de las salidas físicas se debe ocupar la letra O seguida del byte y el bit
deseado, O4.1, para las direcciones de las marcas será necesario utilizar la letra M, por
ejemplo M0.0, las marcas pueden ser utilizadas para funciones internas, los temporizadores
utilizan la letra T, pero estas operaciones ya no tendrán byte o bit, solamente llevará el
número del temporizador comenzando por el numero 4 ya que no se pueden utilizar T1, T2
o T3, por cuestiones del sistema, para la configuración del tiempo se debe usar la siguiente
nomenclatura: S5T# el tiempo deseado con dígitos decimales y la unidad en segundo (s) o
en milisegundos (ms), por ejemplo S5T#15ms.
Ahora se prosigue a conectar un contacto de enclave, esto con el fin de mantener la línea
energizada, para esto es necesario seleccionar la línea que se encuentra antes del primer
contacto abierto, en la barra de herramientas se encuentra el icono abrir rama, se distingue
por ser una flecha que apunta hacia el lado derecho, se da clic e insertará una línea debajo
de los contactos, ahora se inserta otro contacto abierto y por último la flecha que se
encuentra después del contacto se toma y se arrastra a la salida del contacto A0. En la
figura 2.2-14 se tiene el contacto de enclave insertado.
Figura 2.2-14. Contacto paralelo.

58
Para finalizar el segmento 1 se deben colocar un contacto cerrado y una bobina de salida
como se ha dicho anteriormente se encuentran en la barra de herramientas o en la de
elementos de programa, y las cuales deben ser direccionadas a la bobina VA1, mientras que
el contacto que se encuentra en paralelo se direcciona a la misma que la bobina, como se
muestra en la figura 2.2-15 el ejemplo del programa.
Figura 2.2-15. Segmento 1 terminado.
Después se deben insertar los segmentos necesarios e ir configurando los dispositivos
cumpliendo con el método de diseño utilizado para la solución de la secuencia
electroneumática. Para la inserción de otros segmentos se debe realizar igual que los otros
dispositivos, desde la barra de herramientas o de la barra de elementos de programa. En la
figura 2.2-16 se tiene un segundo segmento para el ejemplo del control del peso de latas.
Figura 2.2-16. Inserción de segmento.
Para la integración de operaciones más complejas, deben ser arrastradas desde la barra de
elementos de programa, hasta el segmento deseado. Cuando ya se tenga el programa
finalizado se debe guardar ya sea desde la barra de menús en archivo guardar o en la barra
de herramientas con el icono de guardar, automáticamente el sistema compilará el

59
programa y en caso de errores notificará desde la barra de estado en la parte inferior, pero si
el programa no contener errores debe ser cargado el PLC desde la barra de herramientas en
el icono cargar, en la figura 2.2-17 se tiene el programa del control de paso de latas,
resaltando el icono de cargar desde la barra de herramientas. [3], [4].
Figura 2.2-17. Programa de PLC usando lenguaje KOP.
S7-GRAPH.
Esta aplicación del STEP 7 sirve para el uso del método de Grafcet como lenguaje de
programación para los controladores lógicos programables S7-300 y S7-400 de Siemens.
Para poder diseñar un programa con la metodología de Grafcet es necesario seguir los
siguientes pasos.
Cuando se llegue en el administrador SIMATIC a la carpeta de bloques, se debe insertar un
bloque de función, para esto se elige el menú insertar bloque S7 y por último bloque de
función, como se muestra en la figura 2.2-18.
Figura 2.2-18. Insertar un bloque de función.

60
Una vez que fue seleccionado el comando para la inserción del bloque de función
desplegará la pantalla de propiedades del bloque figura 2.2-19, para que el usuario pueda
configurar los parámetros de símbolo y comentarios del bloque, además de visualizar la
dirección donde se guarda el bloque, el nombre e incluso las fechas de creación y
modificación del bloque.
Figura 2.2-20. Propiedades del bloque de función.
Se debe notar que esta pantalla es igual a la de propiedades del bloque de programación,
pero con la diferencia que en esta pantalla en el apartado de lenguaje, ahora tenemos el
GRAPH, indicativo del Grafcet como lenguaje de programación para PLC Siemens.
Una vez que el bloque se ha configurado, se debe pulsar el botón de aceptar, para que el
sistema cree dentro del proyecto el bloque FB1, después de dar clic en aceptar deberá
aparecer el icono como en la figura 2.2-21.
Figura 2.2-21. Bloque FB1 insertado en el proyecto.
Ya que se tiene el bloque insertado debe ser ejecutado para poder comenzar con el diseño
del programa empleando la metodología del Grafcet, esto se realiza dando doble clic sobre
el icono del FB1, el sistema abrirá una nueva ventana como la que se tiene en la figura 2.2-
22.

61
Figura 2.2-22. Pantalla principal del S7-GRAPH.
Nótese que el sistema por default tiene la etapa 1 y la transición 1, esta será la referencia
para comenzar a programar la secuencia del diseño en Grafcet. En esta pantalla se tienen
dos barras muy importantes para el diseño del Grafcet como lenguaje de programación.
1. Barra de herramientas; Esta barra se encuentra en la parte superior del área de
trabajo, en ella se encuentran los iconos de la funciones como nuevo, abrir, guardar, cargar,
observar si/no, dar zoom al área de trabajo, e incluso para insertar contactos abierto o
cerrados en las transiciones. En la figura 2.2-23 se observa la imagen de la barra de
herramientas del S7-GRAPH.
Figura 2.2-23. Barra de herramientas.
2. Barra de comandos; Esta barra se encuentra en la parte izquierda de la pantalla
principal de S7-GRAPH, con esta barra se da el formato de la secuencia de Grafcet, se
encuentran las funciones para realizar secuencias alternas o de selección y para secuencias
simultaneas, también se tienen las funciones para insertar cadenas o inicios de cadena y
saltos, esto con la finalidad de dar un mayor alcance en la programación del Grafcet. En la
figura 2.2-24 se tiene la barra de comandos. [6].
Figura 2.2-24. Barra de comandos.
Ya que se tiene conocimiento de la pantalla y las funciones del S7-GRAPH, se puede
comenzar con la edición de cadenas, el primer paso es realizar la estructura coincidente con
el Grafcet diseñado previamente, para ello es necesario insertar etapas y transiciones, un
modo es utilizando la barra de comandos, pero un modo más ágil seria dando clic derecho
sobre la última transición, insertar y por último seleccionar insertar etapa + transición. Un
ejemplo de esto se muestra en la figura 2.2-25.

62
Figura 2.2-25. Inserción de etapa + transición.
Para la configuración de una rama simultánea es necesario el uso de la barra de comandos,
seleccionar el icono de abrir rama simultánea, posteriormente se debe seleccionar la
transición de donde saldrá la rama, el sistema insertará otra etapa, si es necesario insertar
más etapas se debe clic derecho sobre la etapa insertada y volver a seleccionar insertar
etapa + transición, para finalizar se debe seleccionar de la barra de comandos el icono
cerrar rama simultánea, se debe elegir la rama a cerrar y posteriormente seleccionar el
punto donde se va a cerrar. En la imagen 2.2-26 se tiene un ejemplo de una rama
simultánea.
Figura 2.2-27. Rama simultánea.
Para realizar una etapa temporizada como indica la normatividad de Grafcet existen tres
formas, dentro de S7-GRAPH pueden ser empleadas las tres formas, la primera se realiza
como una condición de la transición desde la barra de comandos insertar una supervisión de
tiempo, la segunda también puede realizarse como una etapa si ninguna acción y solo que
cumpla la condición de tiempo en la transición o la tercera puede configurarse desde la
acción de la etapa un retardo para la ejecución de la acción. En la figura 2.2-28 se muestra
la inserción de una supervisión de tiempo en la transición 3 con un retardo de 5 segundos.

PLC y Electroneumática: Diseño de procesos electroneumáticos en ambiente virtuales usando un controlador lógico programable Siemens

PLC y Electroneumática: Diseño de procesos electroneumáticos en ambiente virtuales usando un controlador lógico programable Siemens

Empfohlen

Empfohlen

Weitere ähnliche Inhalte

Was ist angesagt?

Was ist angesagt? (20)

Ähnlich wie PLC y Electroneumática: Diseño de procesos electroneumáticos en ambiente virtuales usando un controlador lógico programable Siemens

Ähnlich wie PLC y Electroneumática: Diseño de procesos electroneumáticos en ambiente virtuales usando un controlador lógico programable Siemens (20)

Mehr von SANTIAGO PABLO ALBERTO

Mehr von SANTIAGO PABLO ALBERTO (20)

Kürzlich hochgeladen

Kürzlich hochgeladen (20)

PLC y Electroneumática: Diseño de procesos electroneumáticos en ambiente virtuales usando un controlador lógico programable Siemens