GUÍA PARA LAS PRÁCTICAS DE
LABORATORIO, TALLER O CAMPO.
CÓDIGO: SGC.DI.505
VERSIÓN: 2.0
FECHA ULTIMA REVISIÓN:
12/04/2017
DEPARTAMENTO:
Energía y Mecánica
CARRERA:
Mecatrónica
ASIGNATURA:
PLC y Redes Industriales
PERIODO
LECTIVO:
2023-51
NIVEL:
8
DOCENTE:
Ing. Diego González MSc.
NRC:
12562/17563
PRÁCTICA N°:
2
LABORATORIO DONDE SE DESARROLLARÁ LA PRÁCTICA
TEMA DE LA
PRÁCTICA:
INTRODUCCIÓN:
PLC
Tia Portal y Factory IO – Sensores capacitivos, bandas transportadoras y actuadores neumáticos
SENSORES CAPACITIVOS
Los sensores capacitivos son dispositivos que detectan cambios en la capacitancia eléctrica para medir o detectar propiedades
específicas del entorno. La capacitancia es la capacidad de almacenar carga eléctrica en un condensador, y los sensores capacitivos
aprovechan la variación de esta capacidad en función de factores externos, como la presencia de objetos, la distancia, la humedad
o incluso propiedades físicas de materiales.
Figura 1: Sensor capacitivo
Aquí hay algunas características clave y aplicaciones comunes de los sensores capacitivos:
Características Principales:
Capacidad de Detección de Objetos:
Los sensores capacitivos son comúnmente utilizados para la detección de objetos sin necesidad de contacto físico. Cuando un objeto
altera el campo eléctrico del sensor, provoca un cambio en la capacitancia detectable.
Distancia y Posicionamiento:
Pueden utilizarse para medir la distancia o el posicionamiento de objetos en función de la variación de la capacitancia. Estos sensores
son sensibles a la presencia de objetos, y la distancia se puede determinar según la intensidad de la señal capacitiva.
Detección de Humedad:
Algunos sensores capacitivos se utilizan para medir la humedad en el aire o en materiales. La humedad afecta la capacitancia de
ciertos materiales dieléctricos, lo que se refleja en la señal del sensor.
Interfaces Táctiles:
Los sensores capacitivos son comunes en interfaces táctiles de dispositivos electrónicos, como pantallas táctiles de teléfonos móviles
y tabletas. La interacción táctil se detecta mediante la capacitancia que cambia cuando un dedo u otro objeto toca la superficie
capacitiva.
Detectores de Líquidos:
Se utilizan en algunos casos para detectar la presencia de líquidos o niveles de líquidos al medir cambios en la capacitancia causados
por la presencia de un líquido dieléctrico.
Aplicaciones en Automatización Industrial:
Los sensores capacitivos son comunes en entornos industriales para la detección de objetos, control de nivel en recipientes, y otras
aplicaciones de automatización donde se requiere la detección sin contacto.
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Inmunidad a la Suciedad y Polvo:
A diferencia de algunos sensores ópticos, los sensores capacitivos son menos susceptibles a la suciedad o el polvo en la superficie
del sensor, lo que los hace adecuados para entornos más desafiantes.
Funcionamiento Básico:
Un sensor capacitivo típicamente consiste en dos placas conductoras separadas por un material dieléctrico. Cuando un objeto o un
cambio en el entorno afecta la capacitancia del sistema, esto se traduce en una variación de la señal eléctrica que el sensor puede
detectar.
La capacidad de los sensores capacitivos para operar sin contacto físico y su capacidad para detectar cambios sutiles en el entorno
los hace útiles en una amplia gama de aplicaciones, desde electrónica de consumo hasta automatización industrial.
BANDAS TRANSPORTADORAS
Las bandas transportadoras son sistemas de transporte continuo que utilizan una cinta o banda flexible para mover productos o
materiales de un lugar a otro. Estas bandas están hechas de diversos materiales, como goma, PVC, tela de nylon o metal, y pueden
ser planas o tener una superficie texturizada para mejorar el agarre del material transportado.
Figura 2. Bandas transportadoras
Características Principales de las Bandas Transportadoras:
Transporte Continuo:
Las bandas transportadoras permiten el movimiento continuo de materiales a lo largo de una trayectoria predeterminada. Esto es
especialmente útil en entornos de fabricación, almacenes, aeropuertos y otras aplicaciones logísticas.
Variedad de Materiales y Diseños:
Las bandas transportadoras pueden construirse con una variedad de materiales según las necesidades específicas de la aplicación.
Las bandas pueden ser lisas o tener perfiles para contener o guiar los materiales.
Sistemas de Accionamiento:
La cinta de la banda transportadora puede ser impulsada por diversos sistemas de accionamiento, como motores eléctricos, motores
hidráulicos o neumáticos. Esto permite ajustar la velocidad y la dirección del transporte según sea necesario.
Aplicaciones Versátiles:
Se utilizan en una amplia variedad de industrias y aplicaciones, desde la manipulación de equipaje en aeropuertos hasta la producción
en líneas de montaje, la minería, la agricultura y la distribución de productos en almacenes.
Eficiencia en el Transporte de Materiales a Granel:
Las bandas transportadoras son eficientes para manejar materiales a granel, como carbón, grava, arena, productos agrícolas,
productos químicos a granel, entre otros.
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Sistemas Automatizados:
En entornos de fabricación modernos, las bandas transportadoras a menudo forman parte de sistemas automatizados donde se
integran con otros equipos y maquinaria para facilitar la producción y la manipulación de materiales.
Seguridad:
Se implementan dispositivos de seguridad, como sensores de proximidad y sistemas de parada de emergencia, para garantizar la
seguridad de los operadores y prevenir accidentes.
Mantenimiento y Reparación:
Las bandas transportadoras requieren un mantenimiento regular para garantizar su funcionamiento óptimo. Esto puede incluir la
limpieza de la banda, la inspección de los rodillos y la tensión adecuada de la banda.
ACTUADORES NEUMÁTICOS
Los actuadores neumáticos son dispositivos que convierten la energía del aire comprimido en movimiento mecánico. Estos
actuadores se utilizan comúnmente en sistemas de automatización industrial y maquinaria para realizar diversas tareas, como el
accionamiento de válvulas, el movimiento de brazos robóticos, la apertura y cierre de puertas, entre otras aplicaciones.
Características Principales de los Actuadores Neumáticos:
Fuente de Energía:
Los actuadores neumáticos utilizan aire comprimido como fuente de energía. Este aire se suministra a través de un sistema de
tuberías y válvulas controladas.
Conversión de Energía:
La energía del aire comprimido se convierte en movimiento mecánico lineal o rotativo para realizar una tarea específica. Este proceso
se logra mediante la expansión y contracción de un pistón o un diafragma dentro del actuador.
Simplicidad y Robustez:
Los actuadores neumáticos son conocidos por su simplicidad y robustez. Tienen menos piezas móviles en comparación con algunos
actuadores eléctricos, lo que los hace menos propensos a fallas mecánicas.
Rapidez y Precisión:
Los actuadores neumáticos pueden proporcionar movimientos rápidos y precisos, especialmente en aplicaciones donde se requiere
una respuesta rápida y ciclos de trabajo repetitivos.
Costo:
En comparación con algunos actuadores eléctricos, los actuadores neumáticos a menudo tienen un costo inicial más bajo. Además,
el aire comprimido, que es la fuente de energía, es generalmente menos costoso que la electricidad.
Aplicaciones en Ambientes Hostiles:
Son adecuados para entornos industriales agresivos, ya que son resistentes a la contaminación y al polvo. Además, suelen ser más
resistentes a condiciones adversas que algunos actuadores eléctricos.
Control Sencillo:
El control de los actuadores neumáticos es relativamente sencillo mediante el uso de válvulas de control neumáticas. Pueden ser
controlados manualmente, eléctricamente o mediante sistemas de control automatizado.
Amplia Variedad de Diseños:
Existen diversos diseños de actuadores neumáticos, incluyendo cilindros de simple efecto, cilindros de doble efecto, actuadores
rotativos y actuadores lineales, que permiten adaptarse a diferentes tipos de tareas y movimientos.
Bajo Mantenimiento:
En general, los actuadores neumáticos tienden a requerir menos mantenimiento que algunos sistemas mecánicos más complejos.
Es importante destacar que, a pesar de sus ventajas, los actuadores neumáticos también tienen algunas limitaciones, como la
necesidad de un suministro de aire comprimido, la posibilidad de vibraciones y la dificultad para lograr un control de posición muy
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preciso en comparación con algunos actuadores eléctricos avanzados. La elección entre actuadores neumáticos y eléctricos
dependerá de los requisitos específicos de la aplicación.
CONTROL DE CAJAS DE BEBIDAS
El control de cajas de bebidas mediante un PLC (Controlador Lógico Programable) se refiere a la automatización y supervisión de
procesos relacionados con el manejo, transporte y manipulación de cajas de bebidas utilizando un sistema basado en PLC. Este
enfoque proporciona un método eficiente y preciso para gestionar diferentes aspectos de la producción, almacenamiento y
distribución de productos empaquetados, como cajas de bebidas.
Aquí se describen algunos aspectos clave del control de cajas de bebidas mediante un PLC:
Detección y Clasificación:
Los sensores, posiblemente incluyendo sensores capacitivos, pueden utilizarse para detectar la presencia y la posición de las cajas
de bebidas en diferentes etapas del proceso. La información recopilada por estos sensores se utiliza para clasificar y coordinar el
movimiento de las cajas.
Transporte Automatizado:
El PLC controla las bandas transportadoras y otros mecanismos automatizados que se encargan de mover las cajas de bebidas a lo
largo de la línea de producción. Puede programarse para sincronizar la velocidad y la dirección de las bandas transportadoras para
garantizar un transporte eficiente y coordinado.
Manipulación y Empaquetado:
Los actuadores neumáticos o eléctricos, controlados por el PLC, pueden utilizarse para manipular las cajas de bebidas, como la
apertura y cierre de compuertas, la dirección de las cintas transportadoras o la activación de mecanismos de empaquetado.
Control de Calidad:
Sensores adicionales pueden integrarse para realizar el control de calidad de las cajas de bebidas. Esto podría incluir la verificación
de etiquetas, la inspección visual o la medición de parámetros específicos para garantizar que las cajas cumplan con los estándares
establecidos.
Sistema de Almacenamiento Automatizado:
El PLC puede gestionar sistemas de almacenamiento automatizado donde las cajas de bebidas se almacenan y recuperan
automáticamente según sea necesario. Esto optimiza el espacio de almacenamiento y facilita el seguimiento del inventario.
Integración con la Línea de Envasado:
Si hay una línea de envasado, el PLC puede integrarse con ella para garantizar una sincronización precisa entre la producción de
bebidas y la colocación de las cajas en envases.
Monitoreo y Diagnóstico:
El PLC proporciona capacidades de monitoreo en tiempo real y diagnóstico de posibles problemas en el sistema. Puede generar
alertas o interrumpir automáticamente la operación en caso de anomalías.
OBJETIVOS:
• Lograr una integración efectiva entre el PLC (Controlador Lógico Programable), los sensores capacitivos, las bandas
transportadoras y los actuadores neumáticos. Esto incluye la correcta simulación en Factory IO y la implementación y
verificación de la programación en el PLC Siemens S7-1200.
• Optimizar los procesos de transporte automatizado mediante la aplicación de los sensores capacitivos para la detección
de objetos, las bandas transportadoras para el movimiento eficiente de materiales y los actuadores neumáticos para el
control preciso de los mecanismos
• Aplicar los conocimientos sobre sensores capacitivos, bandas transportadoras y actuadores neumáticos para el control de
un sistema que simula la detección de botellas llenas o vacías.
MATERIALES:
REACTIVOS:
INSUMOS:
Dejar en blanco / No aplica
Dejar en blanco / No aplica
EQUIPOS:
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• Software de Factory IO.
• Software Tia Portal
• Laptop
• Cable Ethernet (2-3m)
• Extensión eléctrica
• Regleta de conexiones eléctrica
MUESTRA:
Dejar en blanco / No aplica
INSTRUCCIONES:
Realizar la programación de la secuencia en el software TIA Portal y Factory IO y probar en el PLC S7-1200 de los módulos del
laboratorio de PLC.
ACTIVIDADES POR DESARROLLAR:
Control de cajas de bebidas
Un equipo de control basado en un autómata programable controla si las cajas están llenas de botellas o no. Las que no lo están se
desvían de forma automática mediante un cilindro de doble efecto (biestable). Diseñe un sistema de control para ejecutar esta tarea.
Figura 4. Control de cajas de bebidas
Condiciones generales
• Se utilizará cilindros de doble efecto.
• En caso de una parada de emergencia, el vástago de los cilindros deberá retroceder hasta la posición final posterior (vástago
retraído) y el sistema se detendrá inmediatamente.
• El sistema tendrá dos modos de operación:
• Manual: Activación de los actuadores mediante pulsadores
• Automático: El sistema funcionará cíclicamente al presionar el botón de marcha y al presionar el botón de paro se
detendrá una vez finalizado el ciclo.
• Implementar el Remover para evitar la acumulación de cajas procesadas.
• El sistema tendrá al menos 3 sensores, detección de emisión de caja, detección de caja llena o vacía, detección de caja
vacía.
• El panel de control tendrá una baliza que indicará los estados del sistema: verde: en marcha, rojo: en paro, amarillo: en
emergencia.
• Como materia prima usar una base de pallet cuadrada y una caja grande, configurar el emisor para que genere pallets con
y sin caja.
• El conveyor principal será de 6m y el secundario de 2m
• En el extremo final del conveyor secundario se implementará otro cilindro (CilindroB) en cual expulsará las cajas vacías hacia
el Remover
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Entregables:
• Verificación de la conexión con el PLC S7-1200(Laboratorio)
• Programación Tia Portal (Aula Virtual)
• Simulación Factory IO (Aula Virtual)
• Informe (Aula Virtual)
Estructura del informe: (Realizado en Overleaf)
• Titulo
• Objetivos
• Introducción
• Desarrollo
o Descripción del problema
o Grafcet
o Tabla de IO
o POU (Captura de las POU creadas)
o Captura del código de cada POU
o Funcionamiento (Capturas del funcionamiento del sistema)
o Planos de conexiones, plano de emplazamiento interno y externo del tablero.
• Conclusiones
• Recomendaciones (sugerir variaciones del ejercicio)
RESULTADOS OBTENIDOS:
Desarrolla la destreza de la interpretación del sistema de control automático basados en controladores lógicos programables y su
correlación con sensores, actuadores neumáticos y bandas transportadoras.
Desarrolla destrezas en la utilización, identificación y conexión de componentes neumáticos
CONCLUSIONES:
- El conocimiento de las especificaciones técnicas de los equipos destinados al uso durante los laboratorios permite una la
prolijidad en la elaboración de las prácticas y mejora el tiempo de ejecución de estas.
RECOMENDACIONES:
- Utilizar el EPP sugerido por el docente y el encargado de laboratorio
- Asistir puntualmente a la hora indicada para el desarrollo de la práctica del laboratorio
FIRMAS
F: …………………………………………….
F: ……………………………………………….
F: ……………………………………………………
Nombre: Ing. Diego González Mtr.
Nombre: Ing. Hugo Ortíz Mtr
COORDINADOR DE ÁREA DE
CONOCIMIENTO
Nombre: Ing. Hugo Ortíz Mtr
COORDINADOR/JEFE DE LABORATORIO
DOCENTE