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Autómata Programable PLC Guía #2
Autómata Programable PLC Guía #2
Autómata Programable PLC Guía #2
Implementar un sistema de clasificación de cajas por peso para un almacén de correos con el fin de
automatizar el proceso, a través del uso de las herramientas de Factory I/O y TIA Portal.
3. MATERIAL Y EQUIPOS
Para esta experiencia, serán empleados los siguientes componentes en el software TIA Portal.
Los bloques comparadores en TIA Portal permiten comparar 2 valores del mismo tipo, para determinar si el
primer valor es “igual”, “mayor”, “menor”, “diferente”, “mayor o igual”, “menor o igual” que el segundo valor,
si se encuentra dentro o fuera de un rango determinado, o incluso para identificar si se trata de un formato
numérico válido. Los bloques comparadores se encuentran en el menú de Instrucciones Básicas, como se
muestra en la Figura 1:
Los tipos de dato compatibles con los bloques de comparación son datos numéricos como: Int, DInt, Real,
Byte, Word, DWord y Time. Cabe resaltar que solo se pueden comparar dos valores del mismo tipo. Si se
buscara comparar dos datos de tipos o formatos diferentes, será necesario realizar una conversión previa.
Para insertar un bloque de comparación, basta con arrastrarlo desde el menú de instrucciones hasta algún
segmento del entorno de programación, como se muestra en la Figura 2:
a) CONTEXTO DE LA PROBLEMÁTICA
b) PROBLEMÁTICA INDUSTRIAL
La empresa requiere tus servicios para implementar la solución para este proceso. ¡Manos a la obra!
c) PROPUESTA DE SOLUCIÓN
Para dar solución al problema, debe aplicarse la metodología de solución, la cual consiste en 4 pasos:
1. Pensar en el problema
2. Proponer y plantear distintas soluciones
3. Evaluar las soluciones y seleccionar la más óptima
4. Implementar la solución
● La banda (B1) deberá transportar la caja hasta la balanza (Bbal), donde se medirá el peso de la
caja. La balanza cuenta además con un sensor fotoeléctrico difuso (S3), para determinar si hay una
caja sobre la misma. Si la caja pesa menos de 9kg, deberá activarse el actuador lineal (P1) para
redirigir la caja a la banda (B3). En caso contrario, si la caja pesa 9 kg o más, deberá seguir por la
banda (B2).
● Recuerda que un sensor fotoeléctrico retroreflectivo funciona con lógica negativa: Siempre está
recibiendo un haz de luz gracias al reflector, por lo que siempre está “activo”. Ante la presencia de
un objeto, el haz de luz se interrumpe, desactivando el sensor.
● Recuerda que un sensor fotoeléctrico difuso funciona con lógica positiva: Siempre está en estado
“inactivo”, disparando un haz de luz constante pero que no se refleja. Ante la presencia de un objeto,
este mismo objeto reflejará el haz de luz, activando el sensor.
● Pista: Las bandas (B2) y (B3), así como la banda curva (BC1), pueden estar siempre activas.
Se desarrolló la estructura del programa siguiendo el diagrama GRAFCET que se presenta en la Figura 6.
Mediante esta estructura, se tienen bloques, que representan distintas etapas del proceso, y dentro de cada
bloque se ejecutan acciones determinadas. El desarrollo de este diagrama permite establecer paso a paso
cómo operará el sistema y tener una visión general del proceso (Siemens, 2021).
PROGRAMACIÓN Y CONFIGURACIÓN
1. Se deben modificar las variables en TIA Portal, de tal manera que coincidan con las variables de la
escena de Factory I/O. En ese sentido, las variables de entrada y salida se presentan en la tabla la
Tabla 1, mientras que las variables en memoria se presentan en la Tabla 2.
Tabla 1. Listado de variables de entrada y salida en TIA Portal. Fuente: Elaboración propia.
Sensor de presencia
S1 %I0.2 B3 %Q0.2 Faja transportadora 3
ubicado en la entrada B1
Sensor de presencia
S2 %I0.3 BBal %Q0.3 Balanza transportadora
ubicado a la salida de B1
Sensor de presencia a la
S4 %I0.7 A1 %Q1.0 Actuador lineal
salida de BBal
Sensor de peso de la
Peso %IW30
balanza
Tabla 2: Listado de variables de tipo memoria en TIA Portal. Fuente: Elaboración propia.
3. El sistema parte de un estado de reposo, identificado con el bloque 0 del diagrama GRAFCET. Para
generar la transición entre este bloque inicial hacia el bloque 1, se debe configurar el segmento de
inicialización, como se muestra en la Figura 8, con el cual se dará comienzo al proceso si se cumplan
las siguientes condiciones:
● S1 está activado
● PM se ha presionado
● SPT está activado (actuador lineal está en su posición inicial)
● PP no se ha presionado (por defecto esta señal está en valor lógico 1)
Así, se activará la variable Inicio (Dirección: %M0.0), la cual permanecerá en alta hasta que se presione PP,
deteniendo el proceso.
4. Asimismo, se configuran los indicadores de luz del estado del proceso, a través de las funciones que
se presentan en la Figura 9. Mediante este bloque, se activa la señal LuzVerde mientras la variable
Inicio esté en alta (proceso está en marcha), caso contrario esta se apagará y se encenderá la señal
LuzRoja.
Figura 9: Línea del programa con la configuración de los indicadores del proceso.
5. En la Figura 10, se presenta la sección del diagrama GRAFCET y el camino que sigue el flujo del
proceso señalado en color rojo, con el criterio de transición señalado por el bloque de color verde
para pasar del bloque 0 al bloque 1.
Al estar activa la variable Inicio, se realizará la transición desde el bloque 0 al bloque 1, el cual está
identificado en TIA Portal con el nombre etapa1 (Dirección: %M0.1), activando esta señal, como se ilustra
en la Figura 11.
Figura 11: Línea del programa con el Inicio de la etapa 1 del proceso.
6. Una vez dentro del bloque 1, las acciones a ejecutar dentro son las que se presentan en la sección
del diagrama GRAFCET de la Figura 12.
Figura 12: Sección del diagrama GRAFCET con las acciones a ejecutar dentro del bloque 1.
De esta manera, mientras etapa1 permanezca activada, la acción que se ejecutará es activar las bandas
transportadoras B1, BC1, B2 y B3. La primera permitirá el paso de las cajas, mientras que las otras quedarán
activas permanentemente hasta que se detenga el proceso, tal como se aprecia en la Figura 13.
Figura 13: Línea del programa con las acciones a ejecutar en la etapa 1.
7. Continuando con el flujo del proceso, en la Figura 14, se presenta la sección del diagrama GRAFCET
y el camino que sigue el proceso señalado en color rojo, con el criterio de transición señalado por el
bloque de color verde para pasar del bloque 1 al bloque 2.
Partiendo del bloque 1, se hará una transición al bloque 2, representado por la variable etapa2 (Dirección:
%M0.2), si se cumple que S2 está en estado lógico 0 (no olvidar que el sensor opera mediante un contacto
normalmente cerrado) y SPT está en estado lógico 0 (el actuador lineal está desactivado), como se observa
en la Figura 15.
Figura 15: Línea del programa con la transición de la etapa 1 hacia la etapa 2.
8. Dentro del bloque 2, las acciones a ejecutar dentro son las que se presentan en la sección del
diagrama GRAFCET de la Figura 16.
Figura 16: Sección del diagrama GRAFCET con la acción a ejecutar dentro del bloque 2.
Dentro de etapa2, la acción que se llevará a cabo es activar la balanza transportadora, representada por la
variable BBal para dejar pasar la caja a la zona de pesaje, tal como lo presenta la Figura 17.
Figura 17: Línea del programa con la acción a ejecutar durante la etapa 2. Fuente: Elaboración propia.
9. Continuando con el flujo del proceso, en la Figura 18, se presenta la sección del diagrama GRAFCET
y el camino que sigue el proceso señalado en color rojo, con el criterio de transición señalado por el
Figura 18: Sección del diagrama GRAFCET con la transición del bloque 2 al bloque 3.
Para generar la transición del bloque 2 al bloque 3, representado por la señal etapa3 (Dirección: %M0.3),
debe cumplirse que el S3 ha detectado la caja en circulación y ya está en posición para ser pesada (S3 en
estado lógico 1). Si se cumple esta condición, inmediatamente se activa la etapa3 y se desactiva etapa2,
como lo muestra la Figura 19.
10. En la Figura 20, se tiene la sección del GRAFCET con el detalle de las acciones a ejecutar dentro
del bloque 3.
Figura 20: Sección del diagrama GRAFCET las acciones a ejecutar dentro del bloque 3.
Mientras etapa3 está activa, se desactivarán simultáneamente BBal y B1, y se analizará el peso de la caja
que se encuentre detenida sobre la balanza, para luego evaluar dos condiciones para elegir el camino que
tomará el proceso. En la Figura 21 se presenta la estructura de esta etapa.
Nota: las funciones de normalización y escalamiento del valor de la señal analógica proporcionada por la
balanza de Factory I/O serán explicadas con más detalle en las siguientes clases, así que por el momento
solo se deben copiar esos bloques.
Figura 22: Línea del programa del análisis de la condición 1 correspondiente al bloque 3.
Figura 24: Sección del diagrama GRAFCET con dos caminos a seguir.
Dependiendo de la condición de análisis que se detecte durante el bloque 3, se realizará una transición hacia
el bloque 4 o hacia el bloque 6, representados por las variables etapa4 (Dirección: %M0.6) y etapa6
(Dirección: %M0.7), respectivamente, como se aprecia en la Figura 25.
Figura 25: Líneas del programa con la transición de la etapa 3 a etapa 4 o etapa 6, dependiendo de las
condiciones.
12. En la Figura 26, se observa la sección del diagrama GRAFCET con las acciones a ejecutar una vez
dentro del bloque 4.
Se partirá del cumplimiento de cond1, haciendo la transición del bloque 3 al bloque 4. La acción que se
llevará a cabo una vez dentro de etapa4 es activar BBal, como se ilustra en la Figura 27, para permitir el
paso de la caja hacia B3.
Figura 27: Línea del programa con la acción a ejecutar durante etapa4.
13. En la Figura 28, se presenta la sección del diagrama GRAFCET y el camino que sigue el flujo del
proceso señalado en color rojo, con el criterio de transición señalado por el bloque de color verde
para pasar del bloque 4 al bloque 5.
Figura 28: Sección del diagrama GRAFCET con el criterio de transición entre el bloque 4 y 5.
Siguiendo con la secuencia, para generar la transición del bloque 4 al bloque 5,representado por la señal
estado5 (Dirección: %M1.1), debe cumplirse que se ha detectado un flanco negativo en S4, es decir que la
caja ha terminado de pasar completamente a través de este sensor y ha salido de BBal, como se observa
en la Figura 29.
Figura 29: Línea del programa con la transición de la etapa 4 hacia la etapa 5.
Figura 30: Sección del diagrama GRAFCET con las acciones a ejecutar dentro del bloque 5.
Una vez dentro de la etapa5, las acciones que se llevarán a cabo son desactivar BBal y activar B1, para
continuar con el flujo del proceso para el paso de las cajas a través de esta faja transportadora de entrada,
como se aprecia en la Figura 31.
Figura 31: Líneas de programa con las acciones a ejecutar durante la etapa 5.
15. En la Figura 32, se presenta la sección del diagrama GRAFCET y el camino que sigue el flujo del
proceso señalado en color rojo, con el criterio de transición señalado por el bloque de color verde
para pasar del bloque 5 al bloque 2.
Como se ha mencionado, la etapa5 retornará hacia la etapa2, si se cumple la condición que S2 ha detectado
la presencia de un objeto y por lo tanto cambia su estado lógico a 1 y también el sensor trasero del actuador
lineal está activado, repitiendo el ciclo de evaluación, como se presenta en la Figura 33.
Figura 33: Línea del programa con la transición desde la etapa 5 hacia la etapa 2 para repetir el ciclo del
proceso.
16. En la Figura 34, se presenta la sección del diagrama GRAFCET y el camino que sigue el flujo del
proceso señalado en color rojo, con el criterio de transición señalado por el bloque de color verde
para pasar del bloque 3 al bloque 6.
Por otro lado, si se cumple cond2, se hará la transición del bloque 3 al bloque 6, activando la señal etapa6
(Dirección: %M0.7) y desactivando etapa3, como se aprecia en la Figura 35.
Figura 35: Línea del programa con la transición de la etapa 3 hacia la etapa 6.
17. Una vez dentro del bloque 6, las acciones a ejecutar dentro son las que se presentan en la sección
del diagrama GRAFCET de la Figura 36.
Figura 36: Sección del diagrama GRAFCET las acciones a ejecutar dentro del bloque 6.
Figura 37: Línea del programa con la acción a ejecutar durante la etapa 6.
18. En la Figura 38, se presenta la sección del diagrama GRAFCET y el camino que sigue el proceso
señalado en color rojo, con el criterio de transición señalado por el bloque de color verde para pasar
del bloque 1 al bloque 2.
Figura 38: Sección del diagrama GRAFCET con el criterio de transición entre el bloque 6 y 7.
Para dar por culminado el bloque 6 y pasar al bloque 7, representado por etapa7 (Dirección: %M1.2), debe
ocurrir que el actuador lineal se ha activado (SPF en alta), activando etapa7 y desactivando etapa6, como
se ilustra en la Figura 39.
19. Una vez dentro del bloque 7, las acciones a ejecutar dentro son las que se presentan en la sección
del diagrama GRAFCET de la Figura 40.
Figura 40: Sección del diagrama GRAFCET las acciones a ejecutar dentro del bloque 7.
Figura 41: Línea del programa con la acción a ejecutar durante la etapa 7.
20. Continuando con el flujo del proceso, en la Figura 42, se presenta la sección del diagrama GRAFCET
y el camino que sigue el proceso señalado en color rojo, con el criterio de transición señalado por el
bloque de color verde para pasar del bloque 7 al bloque 8.
Figura 42: Sección del diagrama GRAFCET con el criterio de transición entre el bloque 7 y 8.
La variable etapa7 se dará por finalizada cuando SPT se active (el actuador lineal está en la posición de
reposo), dando pase al bloque 8, representado por la variable etapa8 (Dirección: %M1.3). Este proceso se
muestra en la Figura 43.
Figura 43: Línea del programa con la transición de la etapa 7 hacia la etapa 8.
21. En la Figura 44, se observa la sección del diagrama GRAFCET con las acciones a ejecutar una vez
dentro del bloque 8.
Figura 44: Sección del diagrama GRAFCET con las acciones a ejecutar dentro del bloque 8.
Las acciones a ejecutar dentro de etapa8 son activar B1 y desactivar BBal, como se aprecia en la Figura
Figura 45: Línea del programa con las acciones a ejecutar durante la etapa 8.
22. En la Figura 46, se presenta la sección del diagrama GRAFCET y el camino que sigue el flujo del
proceso señalado en color rojo, con el criterio de transición señalado por el bloque de color verde
para pasar del bloque 8 al bloque 2.
Figura 46: Sección del diagrama GRAFCET con el criterio de transición entre el bloque 8 y 2.
Dado que el proceso es cíclico, etapa8 se dará por finalizada cuando S2 detecte una nueva caja a la salida
de B1 y SPT esté activado (el actuador lineal está desactivado). De esta manera, se realizará nuevamente
el ciclo del proceso desde etapa2, como se ilustra en la Figura 47.
23. Finalmente, si se presiona PP, el proceso deberá detenerse automáticamente, desactivando B1,
BBal, BC1, B2 Y B3, y todas las etapas, para garantizar que todos los componentes estén detenidos
al presionar este pulsador. Se pone este segmento al final dado que de esta manera la asignación
de Reset tendrá la prioridad. La línea del programa correspondiente se puede observar en la Figura
48.
Figura 48: Línea del programa para detener la ejecución de los actuadores y etapas activas.
SIMULACIÓN
1. Una vez realizada la programación, se iniciará PLCSIM para poder conectar Factory I/O y TIA Portal.
Para ello se hace clic sobre el botón “Iniciar simulación” , ubicado en la barra de herramientas.
Luego, se hace clic en “Cargar en el dispositivo”, para cargar el programa en PLCSIM.
2. Dentro de Factory I/O, presionar la tecla F4 del teclado para abrir la pestaña Drivers y seleccionar
Siemens S7-PLCSIM desde la ventana desplegable. Luego, dar clic en “Conectar” y esperar unos
segundos. Si todo fue configurado correctamente, aparecerá tal como se muestra en la Figura 49.
de Inicio . La escena estará en ejecución cuando aparezca el ícono de ejecución como está
señalado en la Figura 50.
4. Finalmente, para empezar el proceso industrial, dar clic sobre PM en Factory I/O, como se aprecia
en la Figura 51. Observar el funcionamiento de la simulación e identificar las etapas descritas.
5. Cuando se presione PP, el proceso se detendrá automáticamente, y deberá reiniciarse a través del
6. ENTREGABLE
La empresa ha quedado muy satisfecha con el trabajo realizado para clasificar las cajas por peso, por lo que
ahora te ha solicitado terminar de separar las cajas de cada tipo. Esta vez, se necesita clasificarlas por altura,
ya que las cajas de 3 kg, 8 kg, 10 kg y 15 kg también tienen alturas diferentes. Entonces, en el primer proceso
de clasificación por peso, se divide las cajas en 2 grupos: cajas de 3 kg y 8 kg; y cajas de 10 kg y 15 kg.
Ahora se necesita separar cada uno de estos grupos en 2 grupos más, dando lugar a la separación completa
de cada tipo de caja: 1 grupo de 3 kg, otro grupo de 8 kg, otro de 10 kg y finalmente uno de 15 kg. ¿Aceptas
el reto?
La nueva escena se ve como en la Figura 52. Se ha añadido una etapa posterior a la experiencia desarrollada
durante la actividad dirigida que funciona como sigue:
● La etapa de clasificación por peso se mantiene, tal como fue descrita en la etapa previa, con las
mismas funciones de clasificación y operadores para iniciar el proceso.
● En la zona de clasificación 1, que corresponde a las cajas con un peso mayor a los 9 kg, se ha
retirado el elemento removedor de cajas, para ahora colocar otro arreglo de fajas, en donde se
clasificará las cajas de acuerdo a su altura y serán redirigidas hacia dos zonas de salida dependiendo
de este criterio, como se aprecia en la Figura 53.
● Las bandas transportadoras B2, BC2 y B4 permiten el traslado de las cajas de peso mayor a los 9
kg, para que puedan ser detectadas por el sensor de altura Alt1. Para efectos prácticos, cuando
ingrese la primera caja y sea detectada por S4, se activará las fajas transportadoras B9, B5, B6, B7
y BC4 permanentemente. El criterio para dirigir la caja hacia una salida u otra de acuerdo a la altura
y activar el empujador neumático Act2, lo deberá establecer el alumno, como se ilustra en la Figura
54.
Pista: Se puede almacenar el valor de la altura dentro de una variable en memoria y emplear el sensor difuso
S5, para activar Act2.
● En la zona de clasificación 2, que corresponde a las cajas con un peso menor a los 9kg, se ha
retirado el elemento removedor de cajas para ahora colocar otro arreglo de fajas, en donde se
clasificará las cajas de acuerdo a su altura y serán redirigidas hacia dos zonas de salida dependiendo
de este criterio, como se aprecia en la Figura 54.
● Las bandas transportadoras B3, BC3 y BC4 permiten el traslado de las cajas de tamaño menor a
los 9 kg, para que puedan ser detectadas por el sensor de altura Alt2. Para efectos prácticos, cuando
ingrese la primera caja y sea detectada por S6, se activará las fajas transportadoras B9, BC5, B10
Y B11 permanentemente. El criterio para dirigir la caja hacia una salida u otra de acuerdo a la altura
y activar el empujador neumático Act3, lo deberá establecer el alumno, como se aprecia en la Figura
56.
Pista: Se puede almacenar el valor de la altura dentro de una variable en memoria y emplear el sensor difuso
S7, para activar Act3
Siemens (Ed.). (2021). Level and Weighing. Belt Scale Application Guidelines, 2(2), 25.
https://www.jaspereng.com/wp-
content/uploads/2016/12/Belt_Scale_Application_Guidelines.pdf