´ UNIVERSIDAD AUTONOMA DE ZACATECAS

´ ´ ˜ DE UNA MAQUINA DISENO EXPENDEDORA DE SOPAS INSTANTANEAS CONTROLADA CON EL PLC S7-200 Sara Paloma Ruiz Nava Ma. Gabriela Vargas Hurtado Eduardo Quintero Luna

Tesis de Licenciatura presentada a la Unidad Acad´emica de Ingenier´ıa El´ectrica de acuerdo a los requerimientos de la Universidad para obtener el t´ıtulo de

´ INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRONICA

Directores de tesis: M. M. Rafael Villela Varela e Ing. Alejandro Chac´on Ruiz

´ ´ UNIDAD ACADEMICA DE INGENIER´IA ELECTRICA 24 de febrero de 2006

´ DE TEMA DE TESIS DE LICENCIATURA APROBACION

Sara Paloma Ruiz Nava Ma. Gabriela Vargas Hurtado Eduardo Quintero Luna PRESENTES De acuerdo a su solicitud de tema de Tesis de Licenciatura del Programa de Ingenier´ıa en Comunicaciones y Electr´onica, con fecha 5 de diciembre de 2005, se acuerda asignarle el tema titulado: ´ ´ ˜ DE UNA MAQUINA DISENO EXPENDEDORA DE SOPAS INSTANTANEAS CONTROLADA CON EL PLC S7-200 Se nombran revisores de Tesis a los profesores M. M. Rafael Villela Varela y Ing. Alejandro Chac´on Ruiz, notific´andole a usted que dispone de un plazo m´aximo de seis meses, a partir de la presente fecha, para la conclusi´on del documento final debidamente revisado.

Atentamente Zacatecas, Zac., 8 de diciembre de 2005

´ Ing. Jos´e Antonio Alvarez Director de la Unidad Acad´emica de Ingenier´ıa El´ectrica

´ DE IMPRESION ´ DE TESIS DE LICENCIATURA AUTORIZACION

Sara Paloma Ruiz Nava Ma. Gabriela Vargas Hurtado Eduardo Quintero Luna PRESENTES La Direcci´on de la Unidad Acad´emica de Ingenier´ıa El´ectrica le notifica a usted que la Comisi´on Revisora de su documento de Tesis de Licenciatura, integrada por los profesores M. M. Rafael Villela Varela y Ing. Alejandro Chac´on Ruiz, ha concluido la revisi´on del mismo y ha dado la aprobaci´on para su respectiva presentaci´on.

Por lo anterior, se le autoriza a usted la impresi´on definitiva de su documento de Tesis para la respectiva defensa en el Examen Profesional, a presentarse el 24 de febrero de 2006

Atentamente Zacatecas, Zac., 20 de febrero de 2006

´ Ing. Jos´e Antonio Alvarez Director de la Unidad Acad´emica de Ingenier´ıa El´ectrica

´ DE EXAMEN PROFESIONAL APROBACION

Se aprueba por unamimidad el Examen Profesional de Sara Paloma Ruiz Nava, Ma. Gabriela Vargas Hurtado y Eduardo Quintero Luna, presentado el 24 de febrero de 2006 para obtener el t´ıtulo de: ´ INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRONICA

Jurado: Presidente: M. M. Rafael Villela Varela

Primer vocal:

Ing. Alejandro Chac´on Ruiz

Segundo vocal: M.en C. M. Eduardo Gonz´alez El´ıas

Tercer vocal: MATI Claudia Reyes Rivas

Cuarto vocal: Ing. Aurelio Beltran Telles

´ ´ ˜ DE UNA MAQUINA DISENO EXPENDEDORA DE SOPAS INSTANTANEAS CONTROLADA CON EL PLC S7-200 Sara Paloma Ruiz Nava Ma. Gabriela Vargas Hurtado Eduardo Quintero Luna Directores de tesis: M. M. Rafael Villela Varela e Ing. Alejandro Chac´on Ruiz

RESUMEN Las m´aquinas autom´aticas en la actualidad han venido a innovar el sistema de venta de productos alimenticios, es por ello que en este proyecto se desarrolla un prototipo de este sistema.

Este dise˜no consta de botones de selecci´on de producto, sistemas para dosificaci´on de agua y vasos, un sistema autom´atico de cobro por monedas, indicadores de existencia e imagen de la marca del producto, teniendo como resultado producto listo para consumir.

El control de estos mecanismos se hace con un Controlador L´ogico Programable (PLC) S7-200 SIEMENS. El cual es muy accesible y f´acil de programar.

v

A nuestros padres y familia a quienes queremos y agradecemos todo lo que nos han dado. Este triunfo es de todos.

A nuestros amigos por compartir al m´aximo cada momento en esta etapa de la vida.

Paloma, Gaby y Lalo

vi

Agradecimientos Agradecemos a los profesores, Ing. A. Chac´on y M. en M. R. Villela por ayudarnos hacer realidad este proyecto, brindandonos apoyo y confianza

A los maestros que han forjado parte esencial en nuestra formaci´on profesional y personal

vii

Contenido General Pag. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

iv

Lista de figuras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ix

Lista de tablas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xii Nomenclatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiii Introducci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1

1

3

Descripci´on General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1

1.2

1.3 2

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . .

3 4 5 7 7 9 10 10 11 11

Manual de Operador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.1

2.2 3

Panel Principal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.1 Dise˜no frontal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.2 Mensajes de usuario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.3 Monedero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.4 Botonera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Proceso de adquisici´on de producto . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.1 Almacenamiento de los vasos de sopa . . . . . . . . . . . . 1.2.2 Expulsi´on del vaso a la tolva . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.3 Control de motor para la penetraci´on del popote al producto Proceso de inyecci´on de agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Mantenimiento de la m´aquina y del sistema 2.1.1 M´aquina . . . . . . . . . . . . . . 2.1.2 Sistema . . . . . . . . . . . . . . . Gu´ıa del operador . . . . . . . . . . . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

16 16 19 20

Circuiter´ıa y conexiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 3.1

Entradas al PLC . . . . . . . . . . . . . . . ´ 3.1.1 Entradas Digitales en el MODULO 0 ´ 3.1.2 Entradas Digitales en el MODULO 1 3.1.3 Entradas Anal´ogicas en el CANAL 0 3.1.4 Sensor de temperatura . . . . . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

24 25 27 28 29

viii

Pag.

3.2

4

3.1.5 Sensor de Nivel . . . . . . ´ 3.1.6 Sensor Optico . . . . . . . Salidas del PLC . . . . . . . . . ´ 3.2.1 Salidas en el MODULO 0 ´ 3.2.2 Salidas en el MODULO 2 ´ 3.2.3 Salidas en el MODULO 3 ´ 3.2.4 Salidas en el MODULO 4

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

30 31 32 33 34 35 36

Programa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6

Diagrama de flujo principal del programa . . . . . . . . . . . . . . 4.1.1 Subrutina de inyecci´on del agua . . . . . . . . . . . . . . . Timers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Memorias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Contadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Marcas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C´odigo de programa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.6.1 Control de botones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.6.2 Control del tiempo de los motores de selecci´on de productos 4.6.3 Control de motores de selecci´on de producto . . . . . . . . 4.6.4 Control de selecci´on de los productos . . . . . . . . . . . . 4.6.5 Control de encendido y apagado de leds de mensajes . . . . 4.6.6 Control general de la inyecci´on del agua . . . . . . . . . . 4.6.7 Control de motores de la puerta de acceso . . . . . . . . . . 4.6.8 Control de fases del motor de pasos . . . . . . . . . . . . . 4.6.9 Control de apertura de v´alvulas y acci´on de bombas . . . . 4.6.10 Control de apertura y cierre de la puerta de acceso . . . . . 4.6.11 Control de Temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . .

40 42 43 44 44 45 46 46 47 48 49 57 58 60 61 62 63 66

Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Ap´endices Ap´endice A: Ap´endice B: Ap´endice C:

Caracter´ısticas del PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Hojas de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Construcci´on del prototipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

ix

Lista de figuras Figura

Pag.

1.1

Dise˜no gr´afico de la car´atula principal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

1.2

Mensajes de Proceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

1.3

Puerta de acceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

1.4

Monedero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

1.5

Botones y Leds indicadores de selecci´on de producto . . . . . . . . . . . . . . . .

8

1.6

Mecanismo General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

1.7

Espirales en la bandeja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.8

Vista frontal de tolva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.9

Motor de pasos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.10 Posiciones del motor de pasos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.11 Proceso de inyecci´on del agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.12 Diagrama esquem´atico de fluidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.13 Tanque I con electroniveles

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.14 Calentador con resistencia el´ectrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.1

Gabinete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.2

Vaso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.3

Llenado de tanque de agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2.4

Llenado de producto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

x

Figura

Pag.

2.5

Revisi´on de conexiones

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.1

Simbolog´ıa en los diagramas de entrada y salida . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3.2

Entradas selecci´on de producto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.3

Entradas de Sensores de Nivel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.4

´ Entradas de Sensor Optico y Reset

3.5

Entrada amplificada del sensor de temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3.6

Amplificador operacional para LM35 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

3.7

Circuito de electroniveles

3.8

Sensor o´ ptico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

3.9

Salidas del M´odulo 0

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

3.10 Salidas del Modulo 2

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

3.11 Salidas del M´odulo 3

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

3.12 Salidas del M´odulo 4

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

3.13 Carga L1 y L2 Electrov´alvulas

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

3.14 Carga L3 Resistencia El´ectrica

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

3.15 Carga L4 Y L5 Bomba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 3.16 Circuito Puente H

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

A.1

Par´ametros de Timers

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

A.2

Resoluci´on de Timers

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

A.3

Contador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

C.1

M´aquina LASAGA

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

C.2

Tanque de agua fr´ıa

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

xi

Figura

Pag.

C.3

Electroniveles en tanque de agua fr´ıa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

C.4

Calentador con bomba y v´alvula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

C.5

Tolva montada en entrepa˜no . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

C.6

Motor de puerta con puente H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

C.7

Circuiter´ıa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

C.8

Conexiones e interruptores

C.9

Rack de conexiones

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

C.10 Espirales montados en rieles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 C.11 Motor con popote inyector de agua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 C.12 Bombas y v´alvulas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 C.13 Circuiter´ıa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

xii

Lista de tablas Tabla

Pag.

1.1

Tiempos de apertura de v´alvulas y bombas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.1

Dimensiones del gabinete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.2

Dimensiones del Vaso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.1

Voltajes y Corriente de los dispositivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.2

Asignaci´on de direcciones de entradas en el Modulo 0 . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.3

Asignaci´on de direcciones de entradas en el Modulo 1 . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.4

Direcci´on asignada al sensor de temperatura

3.5

Asignaci´on de direcciones de salidas en el M´odulo 0 . . . . . . . . . . . . . . . . 33

3.6

Asignaci´on de direcciones de salidas en el M´odulo 2 . . . . . . . . . . . . . . . . 34

3.7

Asignaci´on de direcciones de salidas en el M´odulo 3 . . . . . . . . . . . . . . . . 35

3.8

Asignaci´on de direcciones de salidas en el M´odulo 4 . . . . . . . . . . . . . . . . 36

3.9

Valores de los dispositivos del circuito de cargas L . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

4.1

Asignaci´on de direcciones de Timers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

4.2

Asignaci´on de direcciones de Timers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

4.3

Localidades de Memoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

4.4

Asignaci´on de direcciones de contadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

4.5

Asignaci´on de direcciones de MARCAS

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

xiii

Nomenclatura V

Voltaje

A

Ampere

W

Watts

Ω

Resistencia el´ectrica

Rx

Fototransistor

Tx

Fotoemisor

o

Grados centigrados

C

1

Introducci´on En el presente trabajo se describe el desarrollo de la implementaci´on de una m´aquina expendedora de sopas instant´aneas. Las ventajas de este tipo de sistemas son su autonom´ıa, su f´acil acceso y su portabilidad. Por ello nace la inquietud de desarrollar un prototipo que cumpla con los requerimientos de una m´aquina de e´ sta indole, automatizado con un Controlador L´ogico Programable (PLC) S7-200 Siemens. Se ha desarrollado la construcci´on de la m´aquina y programaci´on del PLC para controlar los mecanismos que e´ sta requiere para llevar a cabo los multiples procesos, que se describen en los cap´ıtulos de e´ ste trabajo. En la actualidad estas m´aquinas han marcado una nueva forma de venta, resultan realmente sencillas en su operaci´on y son confiables. Se pueden instalar en lugares p´ublicos como escuelas, oficinas, edificios o en lugares muy concurridos por personas. La comodidad y falta de tiempo es un factor determinate para el e´ xito de estas maquinas. A la fecha se encuentran diferentes m´aquinas de autoservicio en el mercado como de caf´e, botanas, refrescos, combos, etc´etera. Pero resultan costosas por que su tecnolog´ıa es extranjera y se fabrican fuera del pais. Una opci´on para solucionar este problema es el dise˜no de m´aquinas expendedoras de productos alimenticios, construidas con materiales mas econ´omicos pero de igual calidad as´ı como el ingenio de mejores mecanismos automatizados. Existe una diversidad de controladores para automatizar estos procesos como los microcontroladores de la serie HC-11 y microprocesadores 16F84 entre otros. El PLC por sus especiales caracter´ısticas de dise˜no tiene un campo de aplicaci´on muy extenso. La constante evoluci´on del hardware y software ampl´ıa constantemente este campo para poder satisfacer las necesidades reales que se presenten. Su utilizaci´on se da fundamentalmente

2 en aquellas instalaciones en donde es necesario un proceso de maniobra, control, se˜nalizaci´on, etc. , por tanto, su aplicaci´on abarca desde procesos de fabricaci´on industriales de cualquier tipo a transformaciones industriales, control de instalaciones, hasta procesos tan sencillos como se quiera. Es una m´aquina electr´onica la cual es capaz de controlar m´aquinas e incluso procesos a trav´es de entradas y salidas. Las entradas y las salidas pueden ser tanto anal´ogicos como digitales. Un PLC t´ıpico esta compuesto por las siguientes partes: • Unidad central de procesamiento • Secci´on de entradas y salidas • Unidad programadora Los elementos importantes en un programa para PLC al igual que un alambrado l´ogico con elementos el´ectricos como relevadores son: • Contactos normalmente abiertos y normalmente cerrados • Bobinas • Temporizadores (Timers) • Contadores.

3

Cap´ıtulo 1 Descripci´on General En este cap´ıtulo se hablar´a en un contexto general del funcionamiento y principales procesos de la m´aquina, considerando caracter´ısticas el´ectricas y mec´anicas. El desarrollo de este proyecto se fundamenta en tres procesos principales: • Panel principal • Proceso de adquisici´on del producto • Proceso de inyecci´on del agua El control de la m´aquina es con el PLC SIMATIC S7-200 de SIEMENS y con la circuiter´ıa necesaria para algunos de los procesos se describe continuaci´on.

1.1 Panel Principal En este apartado trata acerca del dise˜no, control y manejo del panel principal, que con el estar´a interactuando directamente el usuario. • Dise˜no del panel frontal • Mensajes del usuario • Monedero • Botonera En e´ sta parte es donde el PLC recibe la mayor´ıa de las se˜nales de entradas para poder ejecutar el programa.

4

1.1.1

˜ frontal Diseno

Es el dise˜no gr´afico de la car´atula de la m´aquina en donde se imprime el logotipo, las instrucciones y se da el espacio para colocar la puerta de acceso y el monedero as´ı como los botones y los mensajes para el usuario. En la figura 1.1 se muestra el dise˜no de la car´atula de la m´aquina con dimensiones de 1m de alto y 0.70 de ancho.

Figura 1.1 Dise˜no gr´afico de la car´atula principal

5 Cuenta con una puerta automatizada, que se desliza al terminar el proceso permitiendo al usuario tomar la sopa lista. La automatizaci´on consiste en un mecanismo basado en un motor de cd 1 .

1.1.2

Mensajes de usuario

Al mandar un mensaje al usuario se encienden los leds que est´an al lado advirtiendo lo que puede pasar, esto est´a dado por las o´ rdenes que env´ıa el PLC seg´un el mensaje. Existen cinco mensajes en la car´atula. El mensaje LIBRE INSERTE MONEDA est´a definido cuando el PLC se encuentra libre de todo proceso y esta listo para ingresar la ficha y llevar acabo el proceso, los leds son de color verde y se mantienen encendidos. El mensaje PROCESANDO esta definido cuando el programa del PLC esta corriendo e inhibe toda acci´on en la m´aquina,lo que significa que el usuario no puede llevar nada acabo, indicado con leds color amarillo que est´an parpadeando hasta que el proceso termina su operacion. El mensaje CALENTANDO AGUA este mensaje se encender´a cuando el agua este fuera de rango, por ende no esta lista para preparar la sopa, advirtiendo al usuario esperar unos segundos para procesar la preparaci´on de su sopa. Esta asignado con leds encendidos de color rojo. El mensaje TOME SU SOPA se enciende con una serie de leds de colores ubicados en los extremos de la puerta de acceso, cuando el programa termina su ejecuci´on y la sopa esta lista, la puerta se desliza para que el usuario tome el producto. La apertura de la puerta esta controlada por un motor que se activa al terminar el proceso de inyecci´on, se controla con un puente H que permite que el motor gire en ambos lados. Figura 1.3. El sensor de presencia se desactiva al retirar la sopa, y est´a listo par una nuevo proceso, activando el mensaje de ”Libre inserte su moneda”, activando que se cierre la puerta.

1

Consultar en el Cap´ıtulo 3. El circuito del motor y su control

6 Los indicadores de todos los mensajes constan de 4 led conectados en serie y asignados a las 4 salidas correspondientes que se describen en la Figura 3.9. Por u´ ltimo el mensaje de NO FUNCIONA, asignado a un s´olo led m´as grande, e´ ste enciende cuando el programa reporta alg´un problema, al activarse el mensaje la m´aquina inhibe cualquier proceso. Las posibles causas que provocan se active son: • Al no haber producto existente • Nivel bajo de agua • Fallas en los sensores • Fallas en conexi´on con el PLC • Fallas el´ectricas de alimentaci´on Los mensajes est´an localizados en la parte media del panel de control y se muestra en la figura 1.2.

Figura 1.2 Mensajes de Proceso

7

Figura 1.3 Puerta de acceso

1.1.3

Monedero

Es donde el usuario ingresa su ficha para adquierir su producto, es un mecanismo que tiene como funci´on dar una se˜nal al PLC para comenzar el proceso. Formado por un balanc´ın y un im´an que detectan las fichas que pasan , deben de ser de cobre y peso determinado. El balancin es calibrado para permitir el acceso de fichas de un peso especifico, el im´an detecta fichas de material f´erreo y las devia a la puerta de retorno de moneda, si la ficha es correcta se desplaza por la canelta principal activando el interruptor que da la se˜nal para comenzar el proceso. El monedero se encuentra en la parte inferior derecha de la m´aquina. Como se muestra en la Figura 1.4

1.1.4

Botonera

Formada de 4 botones asignados a cada tipo de producto existente. Los botones activan a los interruptores normalmente cerrados, que al presionarlos dan un pulso activando una se˜nal de entrada para ejecutar la rutina de motores en el programa. Su funci´on es la de activar al motor y espiral. Cuando no existe producto se enciende una serie de leds, si el usuario presiona el bot´on aun cuando estos se encuentren encendidos, el programa permite elegir una nueva selecci´on haciendo parpadear los leds de la selecci´on equivocada.

8

Figura 1.4 Monedero

Los leds de la botonera son 4 led conectados en serie, y asignados a las 4 salidas correspondientes que se describen en el cap´ıtulo 3. Los leds est´an ubicados al a una lade del tipo de producto, en la parte superior izquierda del panel principal. Y est´an asignados como se muestra en la figura 1.5

Figura 1.5 Botones y Leds indicadores de selecci´on de producto

9 Existe una secci´on de instrucciones donde se advierte al usuario de como operar la m´aquina y los riesgos que corre si no lleva acabo las instrucciones de manera adecuada. Como se muestra en el panel de control en la secci´on de instrucciones figura 1.1.

1.2 Proceso de adquisici´on de producto El mecanismo interno para preparar la sopa esta fomado por una serie de rutinas que se activan por medio de las las entradas seleccionadas en el panel principal. • Almacenamiento de los vasos de sopa • Expulsi´on del vaso a la tolva • Control de motor para la penetraci´on del popote al producto En la figura 1.6 se muestran las partes y mecanismos que compone este proceso.

Figura 1.6 Mecanismo General

10

1.2.1

Almacenamiento de los vasos de sopa

Las sopas est´an montadas en espirales sin fin ubicados en los rieles en el entrepa˜no del gabinete. La m´aquina cuenta con 4 rieles para los diferentes tipos de sopas como se muestra en la figura 1.7, con una capacidad de 5 productos por espiral.

Figura 1.7 Espirales en la bandeja

Para abastecer los espirales de prducto y dar mantenimiento a los motores se accesa por la puerta principal, moviendo la bandja de rieles.

1.2.2

Expulsi´on del vaso a la tolva

El motor tiene un control on-off que hace girar al espiral un tiempo determinado para que el producto llegue a deslizarse por la tolva. La tolva est´a hecha de material derrapante y ubicada en el frente de la maquina. Con dimensiones de: 42cm de ancho, cm de largo y una profundidad de 10.5cm. Como se muestra en la figura 1.8 Al desplazarse por la tolva el vaso de sopa, cae al lugar designado activando un sensor de presencia que a su vez acciona el control del motor de pasos para llevar a cabo el proceso de inyecci´on del agua.

11

Figura 1.8 Vista frontal de tolva

1.2.3

Control de motor para la penetraci´on del popote al producto

Para activar el motor que mueve el inyector del agua, el vaso debe de estar en la posici´on correcta, donde es detectado por el sensor de presencia que activa el motor haciendolo girar. El motor de pasos figura 1.9 se controla mediante una secuencia de fases programada en el PLC que hace que gire 100o de desplazamiento para llegar al posici´on final.

Figura 1.9 Motor de pasos

En la figura 1.10 se representa el motor en las tres posiciones que se encuentra durante la inyecci´on. (A) Penetrando el papel encerado (B) Al accionarse el mecanismo y movi´endose (tantos grados) para llegar a su objetivo (C) En su posici´on inicial.

1.3 Proceso de inyecci´on de agua La funci´on de este proceso es la de proveer de agua al producto. Formado por dos tanques para el agua, dos bombas, dos electrovalvulas y el sistema de inyecci´on.

12

Figura 1.10 Posiciones del motor de pasos

El tanque I tiene una capacidad de 7.5 litros mientras que el tanque II es de 1 litros de agua figura 1.11. Equipados cada uno con una bomba y una v´alvula conectadas entre s´ı. Es importante el control de los niveles en el tanque I figura 1.13, controlado por dos electroniveles2 . Ya que los tiempos de apertura han sido determinados para un volumen espec´ıfico, descritos en la tabla 1.1. Al tanque II figura 1.14 lo hemos denominado ”Calentador”, ya que est´a equipado con una resistencia el´ectrica sumergida que es la que calienta el agua contenida en dicho tanque, cabe mencionar, que el nivel de l´ıquido en e´ ste calentador es constante con la finalidad de mantener la misma presi´on. La resistencia el´ectrica debe estar sumergida a un 80 % de su capacidad. Este tanque esta equipado con un sensor de temperatura LM35 que sensa peri´odicamente la temperatura del agua para que se mantenga a 80 ◦ C con un rango de error de ± 10 grados. La resistencia el´ectrica se enciende cuando la temperatura reportada por el sensor LM353 est´e por debajo del limite inferior del rango, lo que asegura que el agua este siempre en el rango de temperatura deseada. Este proceso s´olo se apaga cuando se da un paro ”reset” o esta en estado de No Funciona. El popote es de acero inoxidable y tiene un corte en la punta de 60◦ para poder romper el papel encerado sin dejar ninguna basura. Al transcurrir el tiempo de apertura de la v´alvula se cierra y el popote met´alico regresara a su posici´on inicial, esto mediante el mecanismo de forma inversa. 2

Consultar Cap´ıtulo 3, circuito de electroniveles

3

Consultar en Cap´ıtulo 3, circuito del sensor

13

Figura 1.11 Proceso de inyecci´on del agua

Al perforar el papel con el popote e´ ste no estar´a en contacto con el contenido del vaso, ya que existe una separaci´on aproximada de 2cm entre el papel encerado y el contenido. Esto evita que el popote acumule sustancias org´anicas que al descomponerse provoquen contaminaci´on en otros productos.

14

Figura 1.12 Diagrama esquem´atico de fluidos

El tiempo de apertura de las v´alvulas de los dos tanques, se obtuvo por aproximaci´on y tanteos, se determinaron haciendo varias pruebas ya que la mangueras son de diferentes di´ametros y los tanques de diferente volumen. Los tiempos obtenidos se muestran en la tabla 1.1.

Tabla 1.1 Tiempos de apertura de v´alvulas y bombas

TANQUE 1

CALENTADOR

Nivel medio

Nivel bajo

V´alvula

9.5 seg

11.5 seg

17.5 seg

Bomba

9 seg

11 seg

17 seg

15

Figura 1.13 Tanque I con electroniveles

Figura 1.14 Calentador con resistencia el´ectrica

16

Cap´ıtulo 2 Manual de Operador Este cap´ıtulo est´a designado a los operarios y usuarios finales de la m´aquina. Se consideran tres puntos principales. • Mantenimiento de la m´aquina y el sistema • Gu´ıa para el operador Es importante leer este manual antes de utilizar por primera vez la m´aquina, se recomienda tenerlo como apoyo para poder darle mantenimiento. Ya que cuenta con gu´ıa general para el operador, diagramas de conexiones y caracter´ısticas de los dispositivos y mecanismos, por si es necesario reemplazar alguno de ellos.

2.1 Mantenimiento de la m´aquina y del sistema Est´a secci´on es de gran ayuda para el operario ya que se describen las parte mec´anicas y electr´onicas, as´ı como las conexiones principales para el funcionamiento de la m´aquina.

2.1.1

M´aquina

La m´aquina consta de procesos determinados donde la parte mec´anica es la que debe estar en continuo mantenimiento para evitar cualquier tipo de desperfecto que produzca un problema mayor. La parte el´ectrica est´a conectada a una toma de 120V CA a 60Hz sin embargo la mayor´ıa de sus componentes funcionan a voltajes menores de CD por lo que est´a equipada con una serie de transformadores para entregar la tensi´on necesaria para los dispositivos electr´onicos.

17 Es importante mencionar que esto es posible por lo vers´atil de PLC S7-SIEMENS ya que se toma el voltaje y corriente de los transformadores y fuentes que se conectan a e´ ste para alimentar las cargas conectadas a las salidas. Esto se describe ampliamente en la parte de sistema. El operador es la persona que est´a en continuo contacto con la m´aquina y para poder dar un mantenimiento oportuno y correcto. se dan las siguientes recomendaciones: 1. Revisar la alimentaci´on de 127V sea continua. 2. Revisar las conexiones con el PLC. 3. Revisar funcionamiento del motor, engranes y parte mec´anica del proceso de alimentaci´on del producto . 4. Revisar panel principal, que funcionen los leds y que est´en los precios y mensajes correctos y visibles para el usuario. As´ı como los botones de selecci´on. 5. Revisar sensores y etapas de potencia. 6. En un periodo no mayor de 6 semanas vaciar ambos contenedores y pasar por ellos una soluci´on de desinfectante para mantenerlos libres de bacterias. 7. Revisar que funcione de manera adecuada la resistencia el´ectrica que e´ sta caliente el agua de manera correcta y en tiempo determinado. 8. Revisar que las bombas y v´alvulas est´en funcionando correctamente que la apertura de estas sea la correcta y que este entregando la cantidad de agua necesaria en el tiempo determinado. 9. Apagar la m´aquina en el bot´on on/off. 10. Proveer de producto a los espirales 11. Llenar el contenedor grande de agua, purificada y baja en sales para evitar la oxidaci´on por las sales de las mangueras y popote met´alico.

18 12. Limpiar el panel principal. 13. Revisar el funcionamiento correcto del monedero. 14. Encender la maquina nuevamente 15. Al cubrir toda las recomendaciones anteriores. Reiniciar los contadores de producto.

2.1.1.1

Dimensiones de la m´aquina Tabla 2.1 Dimensiones del gabinete

Dimensi´on Largo Total

100 cm

Largo del Entrepa˜no

60 cm

Ancho

68 cm

Profundidad

70 cm

Peso

35 kg

Figura 2.1 Gabinete

19

Tabla 2.2 Dimensiones del Vaso

Dimensi´on Alto

15 cm

Di´ametro superior

10 cm

Di´ametro Inferior

7 cm

Contenido Neto

300 gr

Masa Drenada

65 gr

Porci´on de Agua

250 ml

Figura 2.2 Vaso

2.1.2

Sistema

El sistema de la m´aquina est´a controlada con la programaci´on del PLC. Desarrollado para el funcionamiento o´ ptimo de la m´aquina con capacidad de controlar la selecci´on de producto, sensado de niveles y temperatura, con contadores de ventas, con ejecuci´on de procesos mec´anicos. Con una capacidad de selecci´on de cuatro productos a criterio del operario. El programa es vers´atil para modificar, sin embargo eso es decision del programador. El operario tiene acceso para modificar u´ nicamente el limite de los contadores, eso es por si se decide seg´un la demanda del producto aumentar o disminuir la capacidad de la m´aquina, as´ı como el nivel m´aximo de agua, inhibir algunas de las salidas y modificar el precio.

20 Esto significa que las salidas y entradas est´an asignadas desde un principio. Es posible modificarlas pero es labor del programador el realizar estos cambios, as´ı como controlar los motores y sensores con los que cuenta la m´aquina.

2.2 Gu´ıa del operador El operador de la m´aquina debe cumplir b´asicamente dos funciones: dar mantenimiento preventivo y correctivo a la m´aquina, y proveer del producto. La rutina de provisi´on del producto puede describirse como sigue: 1. Verificar la limpieza de los contenedores del producto (espirales, canales, dep´ositos de agua y panel principal). 2. Depositar la cantidad m´axima de productos en los espirales para garantizar el funcionamiento correcto de los contadores. 3. Colocar el producto en el espiral indicado, asegur´andose de que corresponda al sabor asignado en el panel principal. En caso de no ser el indicado, avisar al usuario en el panel principal que el producto ha sido cambiado. 4. Llenar el contenedor grande a su nivel m´aximo con agua purificada y baja en sales para evitar la oxidaci´on de las mangueras y popote met´alico. 5. Colectar las monedas del monedero, revisando su correcto funcionamiento. 6. Revisar en forma general las conexiones el´ectricas, verificando que la corriente el´ectrica no sobrepase los l´ımites adecuados. 7. Revisar en forma general las conexiones al PLC. 8. Reiniciar los contadores de producto. Las figuras 2.3,2.4 y 2.5 muestran algunos de los procedimientos descritos.

21

Figura 2.3 Llenado de tanque de agua

Figura 2.4 Llenado de producto

Figura 2.5 Revisi´on de conexiones

22

Cap´ıtulo 3 Circuiter´ıa y conexiones En este cap´ıtulo se describen la circuiter´ıa y conexiones al PLC. As´ı como los circuitos de amplificaci´on, relevadores y diferentes sensores utilizados. Los datos t´ecnicos de los dispositivos utilizados en la m´aquina est´an descritos en la tabla 3.1 la simbolog´ıa se describe en la Figura 3.1

Figura 3.1 Simbolog´ıa en los diagramas de entrada y salida

23

Tabla 3.1 Voltajes y Corriente de los dispositivos

ETIQUETA

DISPOSITIVO

VOLTAJE

AMPERE

(V)

(A)

L4

Electrobomba 1

5 cd

0.8

L5

Electrobomba 2

5 cd

0.8

L4

Electrov´alvulas 1

120 ca

1.2

L5

Electrov´alvulas 2

120 ca

1.2

L3

Resistencia El´ectrica

120 ca

4

M

Motor de pasos

5.4 cd

1.5 1

H

Motor de puerta

5 cd

0.3

M1

Motor 1

3cd

1.5

M2

Motor 2

3cd

1.5

M3

Motor 3

3cd

1.5

M4

Motor 4

3cd

1.5

Leds (37)

5cd

0.3

24

3.1 Entradas al PLC El PLC S7-200 esta conformado por entradas anal´ogicas o´ digitales, la diferencia entre e´ stas es que el margen de voltaje para las entradas anal´ogicas es de 0 a 10 V y para las entradas digitales el PLC solo acepta 24 V. Los diagramas de conexion figuras 3.2 al 3.5 y la asignaci´on de direcciones en las tablas 3.2 a la 3.4. Entradas Digitales Las entradas digitales pueden separarse en varios bloques por donde pasar´a la se˜nal, hasta convertirse en un 0 o un 1 para el CPU. Estos bloques pueden ser: • Rectificador: En el caso de una entrada de CA, convierte la se˜nal en continua. En el caso de una se˜nal de CC, limita o impide da˜nos por inversi´on de polaridad. o Acondicionador de se˜nal: Elimina ruidos el´ectricos, detecta los niveles de se˜nal para los que conmuta el estado l´ogico, y lleva la tensi´on al nivel manejado por el CPU. • Indicador de estados: Dispone de un indicador luminoso por canal, que est´a encendido mientras exista tensi´on de entrada. • Aislaci´on: Las entradas de la mayor parte de los PLCs son optoaisladas para que, en caso de sobre tensiones externas, el da˜no causado no afecte m´as que a ese punto, sin perjudicar al resto de la tarjeta ni propagarse al resto del PLC. • Circuito l´ogico de entrada: Es el encargado de informar a la CPU el estado de la entrada cuando e´ sta la interrogue. Entradas anal´ogicas Las se˜nales de entrada analogica pueden ser por tensi´on o por corriente; en e´ ste u´ ltimo se utiliza una resistencia calibrada donde se mide la ca´ıda de tensi´on. Los valores m´as comunes de se˜nal son 4 a 20 mAcc, 1 a 5 Vcc, -5 a +5 Vcc o´ 0 10 Vcc

25

3.1.1

´ Entradas Digitales en el MODULO 0

En este modulo se conectan la entrada del monedero, los botones de selecci´on de producto y los sensores de nivel. En las figuras 3.2 y 3.3 se muestra la conexi´on al PLC.

Figura 3.2 Entradas selecci´on de producto

En la tabla 3.2 se describen las entradas y direcci´on asignada

Figura 3.3 Entradas de Sensores de Nivel

En la figura 3.7 se describe la conexi´on de este sensor

26

Tabla 3.2 Asignaci´on de direcciones de entradas en el Modulo 0

´ DIRECCION

ETIQUETA

´ DESCRIPCION

I 0.0

MONEDERO

Interruptor para el pase de la ficha

I 0.1

SOPA1

Bot´on interruptor de selecci´on 1

I 0.2

SOPA2

Bot´on interruptor de selecci´on 2

I 0.3

SOPA3

Bot´on interruptor de selecci´on 3

I 0.4

SOPA4

Bot´on interruptor de selecci´on 4

I 0.6

NIVELMEDIO

sensor de nivel medio

I 0.7

NIVELBAJO

Sensor de nivel inferior

Conectado al PLC +24Volts

27

3.1.2

´ Entradas Digitales en el MODULO 1

A este m´odulo se conecto el reset de contadores y el sensor o´ ptico de la tolva.

´ Figura 3.4 Entradas de Sensor Optico y Reset

La descripci´on de estas entradas se muestran en la tabla 3.3. El circuito o´ ptico se describe ampliamente en la figura 3.8 Tabla 3.3 Asignaci´on de direcciones de entradas en el Modulo 1

´ DIRECCION

ETIQUETA

´ DESCRIPCION

I 1.0

RESETCONT

Interruptor de reinicio de contadores

I 1.1

SENSORTOLVA

Sensor o´ ptico de presencia

Conectado al PLC +24Volts

28

3.1.3

Entradas Anal´ogicas en el CANAL 0

Figura 3.5 Entrada amplificada del sensor de temperatura

Tabla 3.4 Direcci´on asignada al sensor de temperatura

´ DIRECCION

ETIQUETA

´ DESCRIPCION

AIW0

SENSORTEMP

Sensor de temperatura LM35

Conectado la fuente A+ al sensor voltaje varialbe

29

3.1.4

Sensor de temperatura

Para medir la temperatura del agua se hace uso del sensor LM351 . Este es un sensor de precisi´on de temperatura con un voltaje de salida linealmente proporcional a la temperatura en grados cent´ıgrados (◦ C). Las caracter´ısticas principales son: • Factor de escala de 10mV por 1◦ C lineal. • Este sensor no requiere de ninguna calibraci´on externa para promover una precision t´ıpica de ± 1/4 ◦ C en temperatura ambiente y ± 3/4 • Rango completo de temperatura de -55 a 150 ◦ C. • Impedancia de salida 1 ohm para 1mA de consumo Se utiliza una etapa de amplificaci´on para la se˜nal del sensor LM35 utilizando el amplificador operacional LM3242 en su configuraci´on no inversor, con una ganancia de 10 obtenida de la Ec. 3.1.[4]

G=1+

Rf R1

(3.1)

donde,

Rf = (G − 1)R1

(3.2)

Para un valor de resistencia R1 = 1kΩ y una ganancia G = 10, el valor de Rf en la Ec. 3.2 se tiene:

Rf = (10 − 1)1kΩ = 9kΩ

1

Sensor de Temperatura

2

Amplificador Operacional

30 En la figura 3.6 se muestran las conexiones del amplificador operacional LM324 conectado con el la salida del sensor.

Figura 3.6 Amplificador operacional para LM35

3.1.5

Sensor de Nivel

Los electroniveles son tiras de cobre sumergidas dentro del dep´osito de agua. Su funcionamiento radica en la conducci´on de voltaje siempre y cuando est´en sumergidas en el agua, al bajar el nivel de agua, la tira deja de conducir y no se reporta se˜nal en el PLC. Las tiras est´an conectadas a 24V por tanto son consideradas entrada digital. En la figura 3.7 se muestra como se encuentran conectadas al PLC.

Figura 3.7 Circuito de electroniveles

31

3.1.6

´ Sensor Optico

El sensor o´ ptico esta formado por un fototransistor como receptor (Rx) y un diodo emisor de luz como transmisor (Tx). Tal como se muestra en la figura 3.8. Su funcionamiento radica en el enlace existente entre el diodo Tx y el fototransistor Rx, el transistor Q2 permanece en estado de no conducci´on y por consecuencia el relevador se encuentra desactivado. Cuando la comunicaci´on entre Tx y Rx es interrumpida, es decir un cuerpo opaco se interpone entre ellos la base de Q2 es excitada, permitiendo as´ı la conducci´on entre emisor y colector, logrando con esto la conducci´on hacia tierra de la bobina del relevador, en consecuencia las terminal NA del relevador se cierra permitiendo el paso de la se˜nal.

Figura 3.8 Sensor o´ ptico

32

3.2 Salidas del PLC Estas salidas se encuentran en el panel principal y corresponden a las direcciones descritas en las Tablas 3.2 al 3.9.

Salidas digitales Al igual que a las entradas, se denomina tiempo de respuesta de salida al tiempo que insume una se˜nal para pasar por todos los bloques. Las alternativas de selecci´on para la conexi´on del circuito son tres: salidas por rel´e, por triac, o por transistor. Las salidas de rel´e pueden utilizarse en cargas de CA o CC Las del transistor en CC, y las del triac s´olo en CA. En todos los casos debe verificarse que la potencia sea compatible con el circuito elegido. Las salidas por triac o transistor se prefieren a las de rel´es en los casos que requieren mayor velocidad de operaci´on. El tiempo t´ıpico de respuesta para un transistor es de 1mseg tanto para conexi´on como para desconexi´on, mientras que la salida del triac se aproxima a los 10mseg. Los m´odulos con salida por rel´e tienen mayor flexibilidad, en cuanto a que manejan CA o CC indistintamente. Adem´as, pueden manejar cargas mayores que un m´odulo con salida por triac o transistor.

Salidas anal´ogicas Para las salidas anal´ogicas el CPU emite un n´umero binario a trav´es del bus de datos, que debe convertirse en una se˜nal anal´ogica de corriente o tensi´on. A diferencia del m´odulo de entradas anal´ogicas, es frecuente que en de salida anal´ogica se disponga de un conversor D/A por canal.

33

3.2.1

´ Salidas en el MODULO 0

En la figura 3.9 se muestran las salidas asignadas

Figura 3.9 Salidas del M´odulo 0

En la tabla 3.5 se describe las direcciones y tipo de carga conectada Tabla 3.5 Asignaci´on de direcciones de salidas en el M´odulo 0

´ DIRECCION

NOMBRE

´ DESCRIPCION

Q 0.0

NO HAY1

Juego de Leds rojos

Q 0.1

NO HAY2

Juego de Leds rojos

Q 0.2

NO HAY3

Juego de Leds rojos

Q 0.3

NO HAY4

Juego de Leds rojos

Q 0.4

LIBRE

Juego de Leds verdes

Q 0.5

PROCESO

Juego de Leds amarillos

Q 0.6

NO FUNCIONA

Led rojo

Q 0.7

FIN

Juego de Leds de colores Tomar Sopa

Conectado a la fuente 1L a +5Volts

34

3.2.2

´ Salidas en el MODULO 2

En este m´odulo se conectan las fases del motor de pasos como se muestra en la figura 3.10

Figura 3.10 Salidas del Modulo 2

En la tabla 3.6 se describe las direcciones y tipo de carga conectada Tabla 3.6 Asignaci´on de direcciones de salidas en el M´odulo 2

´ DIRECCION

ETIQUETA

NOMBRE

´ DESCRIPCION

Q 2.0

FASE1

FASE1

Motor de pasos inyector

Q 2.1

FASE2

FASE2

Motor de pasos inyector

Q 2.2

FASE3

FASE3

Motor de pasos inyector

Q 2.3

FASE4

FASE4

Motor de pasos inyector

Conectados a la fuente 2L1 a +5Volts

35

3.2.3

´ Salidas en el MODULO 3

Los cicuitos de las cargas conectadas se ilustran en las figuras 3.13 y 3.14.

Figura 3.11 Salidas del M´odulo 3

Tabla 3.7 Asignaci´on de direcciones de salidas en el M´odulo 3

´ DIRECCION

ETIQUETA

NOMBRE

´ DESCRIPCION

Q 3.0

M1

MOTOR1

Motor CD selecci´on sopa 1

Q 3.1

M2

MOTOR2

Motor CD selecci´on sopa 2

Q 3.2

M3

MOTOR3

Motor CD selecci´on sopa 3

Q 3.3

M4

MOTOR4

Motor CD selecci´on sopa 4

Conectados a la fuente 3L1 a +3Volts Q 3.4

L1

VALVULA1

Electrov´alvula I de 120Volts

Q 3.5

L2

VALVULA2

Electrov´alvula II de 120Volts

Q 3.6

L3

RESELECT

Resitencia el´ectrica de 120Volts

Conectados a la fuente 3L2 a +5Volts

36

3.2.4

´ Salidas en el MODULO 4

Los cicuitos de las cargas conectadas a las salidas de e´ ste modulo figura 3.12 se ilustran en las figuras 3.15 y 3.16.

Figura 3.12 Salidas del M´odulo 4

En la tabla3.9 se describe las direcciones y tipo de carga conectada. Tabla 3.8 Asignaci´on de direcciones de salidas en el M´odulo 4

´ DIRECCION

ETIQUETA

NOMBRE

´ DESCRIPCION

Q 4.0

L4

BOMBA1

Bomba I de 5V-1A

Q 4.1

L5

BOMBA2

Bomba II de 5V-1A

Conectados a la fuente 4L1 a +12Volts Q 4.4

H

MPUERTA

Motor CD para corrimiento de la puerta

Conectado a la fuente 4L2 a +5Volts

37 Los circuitos descritos en las salidas en los modulos 3 y 4 como L est´an conectados a un circuito que tiene como funci´on la de activar las cargas que requieren mas voltaje y corriente que la que puede proveer el PLC. Este circuito se utiliza en 5 cargas descritas en las figuras 3.13 a la 3.15. Su comportamiento es cuando la bobina de la salida del PLC se encuentra en estado alto, es decir se cierra, manda un pulso a la base del transistor Q permitiendo as´ı la conducci´on entre emisor y colector logrando con esto la conducci´on hacia tierra de la bobina del relevador, como consecuencia la terminal NA del relevador se cierra permitiendo el paso de voltaje a la carga. Mientras el PLC no mande el pulso a la base del transistor este permanece en estado de no conducci´on y por lo tanto no hay conducci´on en la carga.

Figura 3.13 Carga L1 y L2 Electrov´alvulas

Figura 3.14 Carga L3 Resistencia El´ectrica

38

Figura 3.15 Carga L4 Y L5 Bomba

Tabla 3.9 Valores de los dispositivos del circuito de cargas L

NOMENCLATURA

DISPOSITIVO

´ DESCRIPCION

R

Resistencia

220Ω

Q

Transistor

2QN2222

Solo cambia la cargas L. A +12Volts

Figura 3.16 Circuito Puente H

39

Cap´ıtulo 4 Programa En este capitulo se describe la programaci´on en el editor STEP7 Micro/WIN 32, adem´as de comentarios y referencia a las entradas y salidas asignadas. As´ı como resoluci´on y direcciones de timers y marcas utilizados en el programa.

La programaci´on se realizo en el esquema de contactos KOP, que es un lenguaje de programaci´on gr´afico con componentes similares a los elementos de un esquema de circuitos, tipo escalera Los elementos b´asicos de KOP para crear programas son: Contactos: un contacto representa un interruptor por el que circula la corriente cuando esta cerrado. Bobinas: una bobina representa un relevador que se cierra cuando se le aplica tensi´on. Cuadros: un cuadro representa una funci´on que se ejecuta cuando la corriente circula por e´ l. Segmentos: cada uno de estos elementos constituye un circuito completo. La corriente circula desde la barra de alimentaci´on izquierda pasando por los contactos cerrados para alimentar las bobinas o cuadros.

40

4.1 Diagrama de flujo principal del programa

41 Continuaci´on ...

42

4.1.1

Subrutina de inyecci´on del agua

43

4.2 Timers Los timers utilizados en el programa son tipo TON1 . Tabla 4.1 Asignaci´on de direcciones de Timers

´ DIRECCION

´ DESCRIPCION

ETIQUETA Resoluci´on de 1ms

T 104

TIMERELEC1

Apertura de la electrov´alvula I

T 105

TIMERELEC2

Apertura de la electrov´alvula II

Resoluci´on de 10ms T 97

TIMERMOTOR1

Acciona el motor CD 1

T 98

TIMERMOTOR2

Acciona el motor CD 2

T 99

TIMERMOTOR3

Acciona el motor CD 3

T 100

TIMERMOTOR4

Acciona el motor CD 4

Resoluci´on de 100ms

1

T 101

TIMERINICIO

Control de secuencia de ida motor de paso

T 102

TIMERINICIO

Control de secuencia de ida motor de paso

T 103

TIMERINICIO

Control de secuencia de ida motor de paso

T 32

CICLOIDA

Control de fases para la secuencia de ida

T 96

CICLOREGRESO

Control de fases para la secuencia de regreso

T 106

TIMERFRIA

Apertura electrv´alvula II

T 107

TIMERPUERTA

Control del ciclo Apertura y cierre de la puerta

T 108

TAPERTURA

Apertura de la puerta

T 109

TCIERRA

Cierre de la puerta

T 110

TESPERA

Tiempo de espera para recoger el producto

Tipo de TIMER del s7-200. Para obtener sus datos t´ecnicos consultar Ap´endice A

44

Tabla 4.2 Asignaci´on de direcciones de Timers

´ DIRECCION

´ DESCRIPCION

ETIQUETA

Resoluci´on de 100ms T 111

TAUXILIAR

Temporizador de tiempo de espera para declarar error

T 112

TMUESTREO

Muestras de Temperatura

T 113

TOTRA1

Da oportunidad de escoger otro producto

T 114

TOTRA2

Tiempo de espera para recoger el producto

T 115

TOTRA3

Tiempo de espera para recoger el producto

T 116

TOTRA4

Tiempo de espera para recoger el producto

T 120

TOTRA

Timer para encender la resistencia el´ectrica

4.3 Memorias Tabla 4.3 Localidades de Memoria

´ DIRECCION

ETIQUETA

´ DESCRIPCION

VW100

LECTURA

Localidad de memoria para almacenar la lectura del sensor

4.4 Contadores Tabla 4.4 Asignaci´on de direcciones de contadores

´ DIRECCION

ETIQUETA

´ DESCRIPCION

C1

CSOPA1

Contador descendente para sopa 1

C2

CSOPA2

Contador descendente para sopa 2

C3

CSOPA3

Contador descendente para sopa 3

C4

CSOPA4

Contador descendente para sopa 4

45

4.5 Marcas Las marcas que se utilizaron el programa de describen en la tabla. 4.5. Tabla 4.5 Asignaci´on de direcciones de MARCAS

´ DIRECCION

ETIQUETA

´ DESCRIPCION

M 1.1

MPROCESO

Inicio del proceso

M 1.2

MPRODUCT1

Marca de selecci´on del producto 1

M 1.3

MPRODUCT2

Marca de selecci´on del producto 2

M 1.4

MPRODUCT3

Marca de selecci´on del producto 3

M 1.5

MPRODUCT4

Marca de selecci´on del producto 4

M 1.6

MARCAIDA

Control de motor de pasos de ida

M 1.7

MARCAREGRESO

Control de motor de pasos de regreso

M 2.0

MARCASENSOR

Sensor de presencia, listo para preparar

M 2.1

MFRIA

Apertura de agua fr´ıa del tanque I

M 2.2

MPUERTA

Abre y cierra la puerta

M 2.3

MCIERRA

Cierra la puerta

M 2.4

MMUESTREO

Detecta temperatura dentro del rango

M 5.0

MAUXILIAR

No se recogi´o el producto

M 5.1

MNOHAY1

Indica que no hay producto 1

M 5.2

MNOHAY2

Indica que no hay producto 2

M 5.3

MNOHAY1

Indica que no hay producto 3

M 5.4

MNOHAY1

Indica que no hay producto 4

M 6.4

MLIBRE

Indica cuando se puede comenzar el proceso

M 6.5

MCALIENTE

Indica cuando la resistencia el´ectrica enciende

M 6.6

MPROCESO2

Marca para iniciar el segundo proceso

46

4.6 C´odigo de programa 4.6.1

Control de botones

Las direcciones de entrada est´an descritas en la tabla 3.2.

47

4.6.2

Control del tiempo de los motores de selecci´on de productos

Las direcciones de los timers se describen en la tabla 4.2.

48

4.6.3

Control de motores de selecci´on de producto

Las direcciones de salida descritas en la tabla 3.5.

49

4.6.4

Control de selecci´on de los productos

50

51

52

53

54

55

56

57

4.6.5

Control de encendido y apagado de leds de mensajes

58

4.6.6

Control general de la inyecci´on del agua

59

60

4.6.7

Control de motores de la puerta de acceso

61

4.6.8

Control de fases del motor de pasos

Las fases del motor est´an asignadas a las direcciones de salida tabla 3.6.

62

4.6.9

Control de apertura de v´alvulas y acci´on de bombas

Las bombas y electov´alvulas est´an asignados a las direcciones de salida tabla 3.9 y 3.7 descritos en el cap´ıtulo 3.

63

4.6.10

Control de apertura y cierre de la puerta de acceso

64

65

66

4.6.11

Control de Temperatura

Procedimiento para la lectura de la temperatura.

67 Procedimiento para accionar y controlar la resistencia el´ectrica.

68

Conclusiones • Se dise˜no´ y construy´o la m´aquina expendedora con mayor ingenio en los mecanismos, en la programaci´on e implementaci´on de sistemas, obteniendo excelentes resultados.

• Se mejor´o la idea original, implementando controles y mecanismos m´as eficientes.

• El PLC S7-200 esta subutilizado por lo que se recomienda un PLC de menor capacidad y mas econ´omico.

• El dise˜no es flexible y permite operar con otros dispositivos de control.

• Su funcionamiento es f´acil de operar y el mantenimiento es sencillo.

• Su portabilidad y autonom´ıa permite instalarla en lugares p´ublicos como escuelas, oficinas, centros comerciales, hospitales y lugares concurridos por personas.

• Fue necesario vincular con otras a´ reas de la ingenier´ıa para el dise˜no y construcci´on, ya que al transcurso de la fabricaci´on nos encontramos con problemas de indole mec´anicos e hidr´aulicos.

• El monedero que utilizamos en esta m´aquina permite ingresar solo el valor exacto, por lo que recomendamos implementar un monedero con capacidades de cambio.

69 • La fabricaci´on de la m´aquina fue de manera artesanal utilizando materiales que encontramos a nuestras posibilidades. • Creemos oportuno un estudio de mercado, para construir estas m´aquinas en serie.

• Nos dimos cuenta de la importancia de interactuar con otras a´ reas de trabajo como la administraci´on, mercadotecnia, dise˜no gr´afico entre otras.

• Si se desea introducir la m´aquina al mercado, se recomienda construir con materiales o´ ptimos preferentemente pl´asticos de alta resistencia y mejorar las formas de los espirales, gabinete, tanques , cambiar el sistema de calentamiento de la resistencia el´ectrica, pero respetando el dise˜no y programaci´on original.

• Se mejoraron los costos.

• Cumplimos las expectativas planteadas desde un principio, aplicamos los conocimientos adquiridos a lo largo de la carrera y aprendimos conocimientos nuevos.

70

Ap´endice A: Caracter´ısticas del PLC A.0.12 Temporizadores

Figura A.1 Par´ametros de Timers

Figura A.2 Resoluci´on de Timers

71

A.0.13 Contadores

Figura A.3 Contador

72

Ap´endice B: Hojas de datos B.1

Sensor de temperatura - Lm35

73

74

75

76

B.2

Puente H - L293

77

78

79

B.3

Amplificador operacional Lm324

80

81

B.4

Transistor 2N2222

82

83

B.5

Rele

84

Ap´endice C: Construcci´on del prototipo

Figura C.1 M´aquina LASAGA

85

Figura C.2 Tanque de agua fr´ıa

Figura C.3 Electroniveles en tanque de agua fr´ıa

86

Figura C.4 Calentador con bomba y v´alvula

Figura C.5 Tolva montada en entrepa˜no

87

Figura C.6 Motor de puerta con puente H

88

Figura C.7 Circuiter´ıa

Figura C.8 Conexiones e interruptores

89

Figura C.9 Rack de conexiones

Figura C.10 Espirales montados en rieles

90

Figura C.11 Motor con popote inyector de agua

Figura C.12 Bombas y v´alvulas

91

Figura C.13 Circuiter´ıa

92

Referencias

[1] Sistema de automatizaci´on S7-200 : SIEMENS: 1998 [2] Manual del sistema - SIMATIC S7-200 : SIEMENS: 1998 [3] Componentes TTL Nation: Ed. 2000 [4] Introducci´on a los amplificadores operacionales con aplicaci´on a CILineales : Luces M. Faulkenberry: Ed Limousa Noriega [5] Manual de Usuario en linea www.nationsemiconducor.com [6] Hoja de datos t´ecnicos.Componentes TTL Nation Instrument : Ed. 2005