3. Funciones Lógicas en el Relé LOGO! de Siemens
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1. INTRODUCCIÓN
Los avances tecnológicos en el sector industrial y la
utilización de autómatas programables (PLC) y relés
inteligentes (Siemens LOGO!), han sido de gran impacto
en el desarrollo industrial. Ésta es la motivación de este
recurso de aprendizaje enfocado al Siemens LOGO! y
dirigido a los estudiantes de primeros semestres de
ingeniería en su formación profesional.
El uso de los PLC tuvo sus inicios en la industria
automotriz con la empresa General Motors en 1960. La
razón principal de su implementación fue la necesidad de
eliminar el gran costo que se producía al reemplazar el
complejo sistema de control basado en relés y contactores
[1], por ese motivo la industria buscó una solución más
eficiente para reemplazar los sistemas de control basados
en estos instrumentos, ya que requerían que su cadena de
ensamble pudiera producir más unidades por día para
aumentar sus ingresos y ganancias mensuales. [2]
Actualmente la implementación de sistemas
automatizados en la industria utiliza PLC, estos no
solamente controlan la lógica de funcionamiento de plantas
y maquinarias, sino que también realizan complejas
operaciones aritméticas y tratamiento de señales analógicas
para crear estrategias de control como el PID [2]. Los PLC
son creados usando lo último en diseño de
microprocesadores y electrónica, proporcionando mayor
confiabilidad para procesos complejos y peligrosos. [1]
Empresas como Renault, Hyundai, Mitsubishi
Electric, Pintuco e Imusa, utilizan sistemas como bandas
transportadoras, brazos hidráulicos, prensas hidráulicas y
líneas de ensamble, los cuales son controlados
automáticamente por PLC. [3]
Los PLC presentan características como disminución
en los tiempos de puesta en marcha, mantenimientos
económicos, dimensiones reducidas del hardware y
posibilidades de expansión para módulos de entrada y
salida, estas caracteristicas han llevado a los PLC a ser
bastante costosos [1]. Es por eso que si los procesos a
manejar son relativamente sencillos no se recomienda
utilizar PLC sino relés programables, como el LOGO! de
Siemens, el SRW01 de WEG o Zelio Logic de Schneider
Electric, los cuales a nivel de hardware tienen
especificaciones muy buenas y son capaces de realizar
tareas simples a un bajo costo. [3]
4. Funciones Lógicas en el Relé LOGO! de Siemens
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Dentro de las tareas que pueden desarrollar estos relés
programables se encuentran: el control de motores, bombas
y válvulas, control a distancia, ascensores y plataformas
elevadoras. [4]
Este recurso de aprendizaje “Funciones Lógicas en el
Relé LOGO! de Siemens”, no solo cuenta con este artículo,
también presenta ejercicios de autoevaluación con su
respectivo solucionario, presentaciones en diapositivas del
tema y un video didáctico [5] dirigido a la parte práctica a
modo de tutorial.
El presente artículo tiene en su desarrollo una sección
de aplicaciones industriales, que corresponde a la sección
dos y hace énfasis a la implementación de los relés
programables dentro de la industria, además en la sección
tres se explican las funciones lógicas con las que opera el
LOGO!, una cuarta sección dedicada a ejemplos y por
último una quinta sección dedicada a ejercicios, con sus
respectivos solucionarios en la sexta sección, apuntando a
la adquisición de conocimientos por parte del estudiante en
la utilización de las funciones lógicas que utiliza el
LOGO!.
2. APLICACIONES INDUSTRIALES
Debido al buen funcionamiento que los relés
programables tienen, se han utilizado en áreas como
climatización, domótica e inmótica, sistemas de vigilancia
a nivel de infraestructura y en el área industrial como en
equipos de transporte, control de maquinarias y soluciones
especiales. [6]
En el área de climatización, se han utilizado para el
control de calefacción, ventilación y sistemas de aires
acondicionados [6]
En domótica e inmótica, se han implementado en el
control y monitoreo del funcionamiento general de
edificaciones en los sistemas de iluminación (interior y
exterior) [7], de riego y humidificación de jardines o zonas
verdes, en el control de persianas y marquesinas, y también
se han utilizado en el control de puertas y portones para el
ingreso y salida de personas y/o vehículos. [6]
En el área industrial el LOGO! también se ha
empleado en el control de equipos de transporte como
bandas transportadoras, ascensores y plataformas
elevadoras. En soluciones especiales como en condiciones
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extremas, plantas fotovoltaicas y semaforización. Estos
relés también tienen gran utilidad en el área de control de
maquinaría donde realizan tareas de control de motores,
válvulas, bombas, compresores, sierras, cepilladoras e
instalaciones de aspiración y filtración. [6]
3. FUNCIONES LÓGICAS DEL SIEMENS
LOGO!
El LOGO! cuenta con una programación basada en el
uso de compuertas lógicas y bloques de funciones, que
permiten la elaboración de algoritmos de control
simplificados y eficaces. Al unir varios bloques de
funciones, de forma específica, se pueden implementar
programas de control complejos.
3.1. Funciones Generales (GF)
Las General Function (GF, por sus siglas en inglés) o
funciones generales en el LOGO!, están basadas en el
Álgebra de Boole [8], la cual está definida por operaciones
lógicas como Y, O ó NO (And, Or, Not). La electrónica
digital emplea este sistema en conjunto con los números
binarios, donde, un nivel bajo de señal significa “0” que a
su vez significa “Falso” y un nivel alto de señal significa
“1” o “verdadero”. En la Tabla 1 se ilustra la simbología de
las operaciones básicas y sus tablas de verdad, donde A y B
son los pines de entrada a la compuerta y Y la salida de la
misma.
En la Figura 1, Figura 2 y Figura 3 se representa la
Tabla 1. Representación Funciones Lógicas básicas
Nombres Símbolo Tablas de Verdad
And
Or
Not
6. Funciones Lógicas en el Relé LOGO! de Siemens
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simbología de algunas compuertas lógicas en el LOGO!.
Figura 1.Compuerta AND
Figura 2.Compuerta OR
Figura 3.Compuerta NOT
3.2. Funciones Especiales (SF)
El relé LOGO! no solamente cuenta con funciones
generales como las mencionadas anteriormente, este
dispositivo también cuenta con temporizadores, contadores,
generadores de pulsos y memorias de estados, que
conforman las Special Functions (SF, por sus siglas en
inglés) o funciones especiales. Estas permiten al usuario
realizar algoritmos de control más avanzados y complejos.
La lista a continuación contiene una breve descripción
de algunas SF con las que cuenta el LOGO! y son
ilustradas en la Tabla 2.
Retardo por conexión: en el cual la salida Q es
activada mediante un tiempo parámetrizable de la
entrada A.
Retardo de Desconexión: en el cual la salida Q es
desactivada mediante un tiempo parámetrizable de
la entrada Trg y este presenta un flanco
descendente (cambia de 1 a 0).
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Retardo de Conexión/Desconexión: en el cual la
salida Q se activa y desactiva tras un tiempo
parámetrizable.
Retardo de conexión memorizable: en el cual la
salida Q es activada después de un tiempo
parámetrizable, y este ignora los pulsos de entrada
mientras pasa el tiempo parámetrizable.
Relé disipador: en el cual al generar un pulso en la
entrada Trg, no importa que tan largo sea, la salida
Q se desactivará tras un tiempo parámetrizable al
iniciar Trg.
Relé Disipador activado por flanco: al hundir Trg
se generan un número determinado de pulsos de
conexión y desconexion parámetrizables en la
salida Q reactivables mediante un tiempo
parámetrizable.
Generador de Pulsos Asincrónicos: a través de En
se activa y desactiva la generación de impulsos
asíncronos y mediante el parámetro Inv se puede
invertir la señal del generador asíncrono.
Tabla 2.Funciones Especiales en el LOGO!
Designación de SF Representación gráfica en
el LOGO!
Retardo por conexión
Retardo de Desconexión
Retardo de
Conexión/Desconexión
Retardo de conexión
memorizable
Relé disipador
8. Funciones Lógicas en el Relé LOGO! de Siemens
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Las SF a continuación pueden ser ubicadas en la
sección 4 del Manual del Siemens LOGO! edición 2 del
2005, donde son explicadas con detalle en español. [9]
Temporizador Semana y Anual: la salida se
activará luego de una fecha de activación y
desactivación parametrizable.
Contador avance/retroceso: según se configure, el
contador aumenta o decrementa el conteo cuando
este alcanza el valor configurado, lo cual produce
que la salida se active o desactive.
Relé Autoenclavador: la salida Q es activada por
un impulso en la entrada R, y se desactiva con un
impulso en la entrada S.
Relé de Impulsos: la salida Q es activada tras un
impulso de Trg y en S, y cuando R recibe un
pulso la salida Q es 0.
Comparador Analógico: la salida Q se activa y
desactiva en función de la diferencia entre Ax - Ay
(entradas al sistema), las cuales son dos valores de
umbral ajustados manualmente.
4. EJEMPLOS
Con el objetivo de aclarar el uso de las GF y las SF
con las que opera el LOGO!, se elaboran los siguientes
ejemplos que permitan al estudiante una mayor
comprensión del temario. Estos serán explicados y
solucionados a continuación.
1. Diseñar un algoritmo en el cual una vez presionado el
botón de START, se active la válvula de 2 posiciones,
extrayendo el émbolo del pistón totalmente y, luego,
retraiga el mismo, usando la información de los detectores
de inicio y fin de carrera.
Definido el problema, se implementa el uso de las
compuertas lógicas GF y SF, donde el estudiante utilizará
para el circuito neumático, un cilindro de doble efecto el
cual estará conectado a una válvula de 2 posiciones (ver
Figura 4), esta válvula actuará conforme a la lógica
programada en el LOGO!. Con el botón START y los
sensores de fin e inicio de carrera se definen las entradas
que tendrá el sistema de la siguiente manera I1 START, I2
sensor de inicio de carrera, I3 sensor de fin de carrera, Q1
9. Funciones Lógicas en el Relé LOGO! de Siemens
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accionamiento de la válvula para la salida del émbolo y
Q2 accionamiento de la válvula para la entrada del
émbolo. Utilizando el programa de simulación LOGOsoft,
se desarrolla la siguiente lógica para realizar la secuencia
planteada que se visualiza en la Figura 5.
El proceso inicia al activar I1, este envia una señal a
B1 (SF-RS) que en conjunto con I2 activan a B2 (AND),
este activa a B3 (SF-RS) e inmediatamente B3 activa a Q1
(salida del émbolo). Una vez el émbolo del pistón llega al
final de su recorrido se activa I3, esta envía dos señales al
mismo tiempo, la señal 1 es enviada al reset de B1 (SF-RS)
y de B4 (SF-RS) inactivando Q1, y la señal 2 activa a B2
(SF-RS) e inmediatamente B2 activa a Q2 retrayendo el
émbolo del pistón y terminar un ciclo del proceso.
Figura 4. Esquema neumático de conexión ejemplo 1, 2 y 3 simulado en
FluiSim, a) estado Inicial y b) estado Final
Figura 5. Circuito Esquemático ejemplo 1 simulado en LOGO!soft
10. Funciones Lógicas en el Relé LOGO! de Siemens
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2. En el siguiente ejemplo se utiliza una función
temporizadora, la cual, una vez iniciado el proceso
presionando el botón START, extenderá el émbolo del
pistón, finalizará su recorrido, esperará 5 s y procederá a
retraer el émbolo para finalizar la secuencia (ver Figura 6).
La función temporizadora a utilizar es retardo de
conexión (B4). Basado en el ejemplo anterior, la secuencia
se realiza con la siguiente lógica. El proceso inicia al
activar I1, este envia una señal a B1 (SF-RS) que en
conjunto con I2 activan a B2 (AND), este activa a B3 (SF-
RS) e inmediatamente B3 activa a Q1 (salida del émbolo).
Una vez el émbolo del pistón llega al final de su recorrido
I3 es activada, este manda una señal al temporizador B4, el
cual cuenta 5 s, pasado el tiempo, envia dos señales, la
señal 1 activa a B5 (SF-RS), y la señal 2 manda una señal
de reset de B3 (SF-RS), inactivando Q1 y activando Q2
retrayendo el émbolo del pistón a su posición inicial.
5. EJERCICIOS
A continuación se presentan dos ejercicios.
Ejercicio 1. Utilizando la lógica de compuertas,
realizar un algoritmo que permita extender el émbolo
de un cilindro al pulsar el botón de START y una vez
extendido todo el cilindro esperar 5 segundos y
retraerlo, pero si es presionado el botón de PARO DE
EMERGENCIA, el émbolo debe retraerse
inmediatamente.
Nota: el botón de START no debe iniciar el proceso si se
pulsa en repetidas ocasiones durante el ciclo primario.Figura 6. Circuito Esquemático ejemplo 2 simulado en LOGO!soft
11. Funciones Lógicas en el Relé LOGO! de Siemens
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Ejercicio 2. Utilizando las SF, realizar el ciclo de
proceso que se repita cinco veces y una vez finalizado
genere una alarma sonora.
6. SOLUCIONARIO
A continuación se presentan las soluciones a los ejercicios
de la sección anterior, los cuales utilizan la conexión
neumática ilustrada en la Figura 4.
Ejercicio 1. Este ejercicio tiene como objetivo
implementar el botón de PARO DE EMERGENCIA,
esto es debido a que es esencial en procesos del sector
industrial cuando se presenta algún accidente.
En primera instancia se definen las entradas al
sistema. I1 START, I2 sensor inicio de carrera, I3 sensor
final de carrera, I4 botón paro de emergencias, Q1
accionamiento de la válvula para la salida del émbolo y
Q2 accionamiento de la válvula para la entrada del
émbolo. En la Figura 7 se puede observar el algoritmo de
control realizado en LOGOSoft para el desarrollo de este
ejercicio, utilizando la siguiente lógica.
El proceso inicia al activar I1, este envia una señal a
B1(SF-RS) que en conjunto con I2 activan a B2(AND), B2
activa a B3(SF-RS) e inmediatamente B3 activa a Q1
(salida del émbolo). Una vez el émbolo finalice su
recorrido se activa I3, la cual está condicionada con I4 para
activar B7 (OR), esta envía una señal al temporizador B4
para que empiece el conteo de los cinco segundos, pasado
el tiempo B4 se activa y manda una señal a B8 (OR) la cual
también está condicionada por I4, B8(OR) activa B5(SF-
Figura 7. Circuito Esquemático ejercicio 1 simulado en LOGO!soft
12. Funciones Lógicas en el Relé LOGO! de Siemens
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RS) y envía una señal de reset a B3(SF-RS), inactivando
Q1 y activando Q2 (entrada del émbolo del pistón). Una
vez el embolo regresa a su posición, Q2 se desactiva a la
espera de empezar el ciclo cuando se presione I1
nuevamente.
Ejercicio 2. Este ejercicio tiene como objetivo dar a
conocer los tipos de alarmas que se emplean en la
industria para identificar un evento.
Se asignan las variables de entrada al sistema I1
START, I2 sensor inicio de carrera, I3 sensor final de
carrera, Q1 accionamiento de la válvula para extracción
del émbolo, Q2 accionamiento de la válvula para
retracción del émbolo y Q3 señal de alarma sonora. En la
Figura 8 se puede observar el algoritmo de control
realizado en LOGOSoft para el desarrollo de este ejercicio,
utilizando la siguiente lógica para su secuencia.
Al activar I1 inicia el proceso, este envia una señal a
B1(SF-RS) que en conjunto con I2 activan a B2(AND), B2
activa a B3(SF-RS) e inmediatamente B3 activa a Q1
(salida del émbolo). Una vez el émbolo finalice su
recorrido se activa I3 y manda dos señales al mismo
tiempo, la señal 1 es enviada al temporizador B4 que
realiza el conteo de 5 s, una vez pasado el tiempo, envía
una señal de activación a B5(SF-RS) y de reset a B3,
inactivando Q1 y activando Q2 para retraer el émbolo del
pistón. La señal 2 generada por I3 es enviada al contador
B6, el cual suma una unidad cada vez que I3 es activada,
una vez realizado el conteo programado en B6, este envía
una señal de reset a B1(SF-RS) y finaliza el proceso.
Figura 8. Circuito Esquemático ejercicio 2 simulado en LOGO!soft
13. Funciones Lógicas en el Relé LOGO! de Siemens
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AGRADECIMIENTO
Francisco F. Beltrán agradece a sus padres, hermana y tíos
que con su compañía y motivación colaboraron para llevar
a cabo este su proyecto de vida.
REFERENCIAS
[1] H. D. Vallejo, «Los Controladores Lógicos Programables,» Saber
Electrónica , vol. 166, p. 11.
[2] QUIMINET.COM, «¿Cómo surgen los Controladores Lógicos
Programables (PLC’s)?,» 20 ENERO 2006. En línea:
http://www.quiminet.com/articulos/como-surgen-los-
controladores-logicos-programables-plcs-5001.htm. [Último acceso:
01 julio 2014].
[3] QUIMINET, «¿Qué es un sistema PLC? ¿Cómo surgen los PLC´s?
¿Para qué se utiliza un PLC? ¿Cuántos tipos de PLC existen?,»
QUIMINET, 12 07 2011. En línea:
http://www.quiminet.com/articulos/sistemas-de-automatizacion-
en-procesos-industriales-63179.htm. [Último acceso: 02 07 2014].
[4] J. Asade, Interviewee, Tecnología inteligente de uso sencillo.
[Entrevista]. 4 Octubre 2012.
[5] F. Beltran, M. Cadavid, M. Betancur y M. Osorio, «Funciones Lógicas
en el relé LOGO! de Siemens,» 10 Agosto 2014. En línea:
http://youtu.be/ZcyBQXCecAw. [Último acceso: 10 Agosto 2014].
[6] SIEMENS, «LOGO! Ahora 2 igual de geniales,» 2012. En línea:
https://c4b.gss.siemens.com/resources/images/articles/e20001-
a1120-p271-x-7800.pdf. [Último acceso: 2 julio 2014].
[7] Cedom, «Qué es inmotica-Cedom,» En línea:
http://www.cedom.es/sobre-domotica/que-es-inmotica. [Último
acceso: 3 julio 2014].
[8] R. Arnold, «Logic and Boolean Algebra,» Prentice-Hall, New York,
1962.
[9] SIEMENS, SIEMENS LOGO! Manual, Numberg: Siemens AG, 2005.
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AUTORES
Francisco Fabián BELTRÁN DE LA HOZ, nacido
en Montería, Colombia; estudiante X semestre de
Ingeniería Electrónica en la Universidad Pontificia
Bolivariana (2014), bachiller académico Colegio La
Salle de Montería (2006), experiencia en
Mantenimiento Industrial en Electricaribe
S.A.(2013).
Mariano Andrés CADAVID EUSSE, nacido en
Medellín, Colombia; estudiante X semestre de
ingeniería electrónica en la Universidad Pontificia
Bolivariana, bachiller del Colegio de la Universidad
Pontificia Bolivariana (UPB, 2014).
Manuel José BETANCUR BETANCUR, nacido en
Medellín, Colombia; Ing. Electrónico de la
Universidad Pontificia Bolivariana (UPB, 1987),
Esp. en Automática, M.Sc. en Ing., Dr. en Ing. de la
Universidad Nacional Autónoma de México;
cofundador de Tecnología Apropiada Ltda (1990),
de la Asociación Colombiana de Automática (1994)
y del Grupo de Investigación en Automática (1998) luego fusionado en
el grupo A+D (A1 Colciencias 2013); investigador asistente en la
Université Catholique de Louvain (2003), investigador Senior
Colciencias (640/2013), Profesor Titular de la Facultad IEE en la
Escuela de Ingenierías de la UPB.
Marisol OSORIO, nacida en Medellín, Colombia;
Ing. Electrónica de la Universidad Pontificia
Bolivariana (UPB, 1993), M.Sc. en Ing. y
Especialista en Automática, Dra. en Ing. Eléctrica de
la Universidad Nacional Autónoma de México
(2009). Profesora Titular e investigadora en la
Universidad Pontificia Bolivariana, cofundadora del
Grupo de Investigación en Automática (1998) luego fusionado en el
grupo A+D, clasificado A1 en Colciencias (2014). Intereses: control y
observadores no lineales, educación e historia de la ingeniería.
