Por el trabajo anterior con autómatas programables, el fabricante de autómatas que se ha preferido es Siemens, marca alemana que fabrica casi de todo y que en autómatas es uno de los principales del mercado. El siguiente enlace conduce al catálogo que este fabricante pone en Internet sobre productos de automatización, aunque también es posible recurrir a suministradores de productos Siemens como Leisa, porque facilitan la búsqueda de los productos a partir de indicaciones más imprecisas. Leisa nos facilitó un listado de los productos que mejor se adaptaban a las necesidades propuestas.
El autómata seleccionado para el control general de la maqueta es de gama baja, pero interesante por las capacidades que incorpora. Son destacables las siguientes: Memoria de 12 o 16 K, 256 contadores, 256 temporizadores, 6 contadores rápidos, 2 entradas y una salida analógicas de 12 bits, 14 entradas y 10 salidas digitales, 2 potenciómetros para ajustes manuales, 2 salidas de impulsos rápidos, programable en lista de instrucciones, contactos y bloques, admite subrutinas parametrizables y memoria local para variables, interrupciones por flancos, temporizadas, de contadores rápidos y de comunicaciones. Adicionalmente, se aumentó el número de entradas y salidas, analógicas y digitales, mediante tarjetas de ampliación. Es necesario el software de programación (Micro-Win) desde ordenador y el cable de conexión entre autómata y PC.
El modelo de autómata S7-224 XP tiene dos versiones. Una de ellos tiene salidas digitales a relé, lo que significa que, aunque pueden programarse salidas de impulsos rápidos, sus salidas físicas no admiten elevadas frecuencias y por lo tanto no sirve para el control de motores paso a paso ni para el control con impulsos de anchura variable (PWM), que se aplica frecuentemente en control de velocidad de motores de corriente continua. Al contrario, el modelo escogido tiene salidas de 24 V a transistor, de las que 2 admiten ser programadas para transmitir trenes de impulsos rápidos. El inconveniente de las salidas a transistor es que no sirven, directamente, para controlar cargas de corriente alterna, solo cargas de corriente continua, de bajo consumo y no inductivas. Sin embargo, este problema se suple con un relé y un diodo por salida, de forma que el relé actúe como relevador de potencia y el diodo suprima los picos de tensión, originados en la desconexión de cargas inductivas. La tarjeta de entradas y salidas digitales tiene salidas a relé con el fin de facilitar la conexión de todo tipo de cargas.
El software de programación, gratuíto para centros de enseñanza, puede ser utilizado para monitorizar las variables durante la ejecución del programa, así como el forzado de las mismas. En la versión 4.0 incluye visualización en modo de gráficas, con un período de muestreo mínimo de 0.25 segundos. Esto puede bastar para seguir procesos de evolución lenta como el control de temperatura, pero no posicionados rápidos. Sin embargo, ha sido suficiente en la experimentación con la maqueta, programando un registro de datos cada 4 milisegundos y entregando un dato para visualización cada 0.25 segundos. Sin el recurso de programación, hubiera sido necesario un software y una tarjeta de adquisición de datos.
Autómata programable S7-224 XP con salidas a 24V. Ref. Siemens: 6ES7 214-2AD23-0XB0
Tarjeta de 8 entradas y 8 salidas a relé. Ref. Siemens: 6ES7 223-1PH22-0XA0
Tarjeta de 4 entradas analógicas. Ref. Siemens: 6ES7 231-0HC22-0XA0
Tarjeta con dos salidas analógicas. Ref: Siemens: 6ES7 232-0HB22-0XA0
Cable PC-PPI multimaestro RS232. Ref. Siemens: 6ES7 901-3CB30-0XA0
Software de programación Micro-Win 3.2. Ref. Siemens: 6ES7 810-2CC03-0YX0
Software de actualización a Micro-Win 4.0. Ref. Siemens: 6ES7 810-2CC03-0YX3
OTROS PERIFÉRICOS COMUNICADOS CON EL AUTÓMATA.
Como sistema de comunicación hombre-máquina se ha elegido un panel de operador táctil (TP177 Micro) que, aunque limitado en posibilidades, tiene un precio reducido comparado con sistemas similares. El kit del panel incluye todo lo necesario para su programación y su comunicación con el autómata, a través de un cable MPI estándar cuya referencia se indica en el listado, pero incluido en el kit del panel. Este cable sirve igualmente para conectar el autómata en una red según el estándar RS485. Se incluye un variador de frecuencia, de bajo coste pero con buenas prestaciones, que se encargará del control del motor de corriente alterna. Este variador se alimenta con corriente monofásica de 220 voltios y alimenta al motor con corriente trifásica de frecuencia variable. Su configuración puede hacerse a través de un panel básico o por ordenador. Entre sus posibilidades está el control de la frecuencia por medio de una salida analógica del autómata y comunicación por señales digitales.
Cable MPI estándar. Ref. Siemens: 6ES7 901-0BF00-0AA0
Panel de operador TP177 Micro y complementos. Ref. Siemens: 6AV6 650-0DA01-0AA0
Variador de frecuencia Sinamics G110. Ref. Siemens: 6SL3 211-0AB12-5UA1
Panel de operador básico. Ref. Siemens: 6SL3 255-0AA00-4BA0
Juego de conexión a PC. Ref. Siemens: 6SL3 255-0AA00-2AA0
Software y documentación. Ref. Siemens: 6SL3 271-0CA00-0AG0
MOTORES Y COMPLEMENTOS.
Aunque existen fabricantes que suministran sistemas integrados de accionamientos, lo que se ha buscado en el proyecto de la maqueta es un mayor grado de personalización, es decir, configurar el control de potencia y profundizar en su conocimiento que, de otro modo, no sería de fácil acceso. Con este fin se buscó un suministrador que ofreciera mucha variedad de componentes (incluyendo electrónica) y se eligió RS, que suministra pedidos en línea en breve plazo de entrega. En el catálogo se encuentra documentación sobre la mayor parte de los productos, lo que resulta de utilidad para configurar una solución.
El plato de giro de la maqueta puede ser impulsado por 3 tipos de motor: Uno de corriente continua de 12 voltios, cuya velocidad será regulable mediante un regulador de la tensión de alimentación. Este regulador puede ser controlado por señal analógica desde el autómata con el fin de controlar la velocidad por programa. Un motor paso a paso, sin controlador, para el que se ha configurado una tarjeta de alimentación basada en el integrado L298N. Esta tarjeta controla la conexión y desconexión individual de cada bobina, pero es necesario implementar la lógica de conexiones y desconexiones para garantizar un funcionamiento correcto. Esta lógica ya se encuentra en un circuito integrado con el que se ha construído otra tarjeta basada en el integrado L297, de control, que solo necesita varias señales digitales de control y trenes de impulsos que determinarán la velocidad de giro del motor. Las señales digitales y los trenes de impulsos se aplicarán mediante salidas del autómata. El tercer motor, trifásico de corriente alterna, necesita una tensión de alimentación en cada devanado de 220 voltios. Si se conecta directamente a la red trifásica de 380 voltios se conectará en estrella. Si se conecta al variador de frecuencia, que suministra 220 voltios, se hará en triángulo.
Motor de corriente continua de 12 V con caja reductora. Ref. RS 320590
Regulador de tensión para motores de corriente continua. Ref. RS 3132122
Motor paso a paso con ángulo de paso de 1.8º. Ref. RS 440458
Reductor para el motor paso a paso con relación 25:2. Ref. RS 718868
Adaptador del reductor para motor paso a paso. Ref. RS 718953
Adhesivo Loctite fijador. Ref. RS 5442409
Motor trifásico con reductor. Ref. RS 717972
Integrado L298N. Ref. RS 636384
Integrado L297. Ref. RS 636362
8 diodos Schottky. Ref. RS 2264925
Disipador de calor. Ref. RS 2342542
Juego de conectores roscados para PCB. Ref. RS 433141
Encoder de 500 impulsos por vuelta. Ref. RS 2914248
15 interruptores de balancín, abertura. Ref. RS 3297156
8 interruptores de basculamiento. Ref. RS 319950
8 interruptores de basculamiento. Ref. RS 319944
Contactor de corriente alterna de 9 amperios. Ref. RS 3949813
8 relés de estado sólido. Ref. RS 4226903
4 micro interruptores de rodillo. Ref. RS 1594528
COMPONENTES NEUMÁTICOS
Existen varias empresas que comercializan material neumático, pero se ha elegido "Festo" porque es la única que fabrica sistemas de posicionado neumático. No obstante, debido al coste del sistema completo, se ha preferido adquirir solamente las válvulas posicionadoras y configurar el resto del sistema en base a componentes individuales y un control con autómata programable. El catálogo de productos de la empresa Festo es el siguiente:
Cilindro principal de 500 mm de carrera DNCI-32-500-P-A
Válvula posicionadora de alto caudal MPYE-5-1/8-HF-010-B
Cilindro transversal de 320 mm de carrera DNCI-32-320-P-A
Valvula posicionadora de bajo caudal MPYE-5-1/8-LF-010-B
2 conversores DADE-MVC-010
2 cables para conversores DADE y autómata SIM-M12-8GD-2-PU
2 conectores eléctricos para las válvulas posicionadoras SIE-WD-TR
2 pies de fijación para cilindros HNC-32
4 racores para los cilindros QS-G1/8-8
6 racores para válvulas posicionadoras QS-G1/8-8
4 silenciadores para válvulas posicionadoras UC-1/8
Cilindro vertical ADN-20-100-A-P-A-Q-S20
Válvula distribuidora 5/2 CPE10-M1BH-5L-QS-4
Regulador de presión de SMC. Ref. AR1000
2 detectores de proximidad reed SME-8F-DS-24V-K2,5-0E
2 válvulas estranguladoras GRLA-M5-QS-4-D
Electroválvula venturi con vacuostato VADMI-95-P
2 cables conectores válvula venturi KMEB-1-24-2,5-LED
Cable conector a vacuostato SIM-M8-4GD-2,5-PU
Ventosa de fuelle VASB-30-1/8-SI
2 adaptadores para los extremos del vástago AD-M8-1/8
2 racores para válvula venturi - vástago QS-G1/8-4
Racor para alimentación válvula venturi QS-G1/8-8
Unidad de mantenimiento LFR-1/4-D-5M-MIDI
Racor rápido QS-G1/4-8
Racor múltiple QSLV6-G1/4-8
2 detectores inductivos SIEF-M12NB-PS-K-L
Emisor de barrera SOEG-S-M18W-K-L
Receptor de barrera SOEG-E-M18-PA-K-2L
Detector capacitivo (no se necesitó por tener uno disponible)
OTROS MATERIALES.
Sensor foto-eléctrico difuso de salida analógica. Ref. Telemecanique: XU5-M18AB20D
Correa dentada de Power Grip. Ref. 660L
Corona dentada de 96 dientes 96L050
4 piñones dentados de 12 dientes 12L050
Rodamiento rígido de bolas 6006-2RS
Rodamiento rígido de bolas 6002-2RS