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Curso de mecatronica y automatizacion
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Curso de mecatronica y automatizacion

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  • 1. INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY CAMPUS MONTERREY DIVISIÓN DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA DEPARTAMENTO DE MECATRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN LABORATORIO DE DISEÑO DE SISTEMAS LÓGICOS (MR00-034) MANUAL DEL CURSODr. Jorge Limón RoblesFrancisco Calleja Bernal M.Colaborador: Luis Rosas CobosRevisión 01 (Diciembre 2002)
  • 2. ITESM Departamento de Mecatrónica y AutomotizaciónContenidoPlaneación del cursoNormas del laboratorioEvaluación del laboratorioRúbricaPráctica 1: Compuertas Digitales básicas TTLPráctica 2: Otros Circuitos Combinatorios comunesPráctica 3: Otros Circuitos Combinatorios comunesPráctica 4: Síntesis de circuitos combinatorios y construcción con lógica alambradaPráctica 5: Construcción de circuitos combinatorios con PLD´sPráctica 6: Memorias y Flip-flopsPráctica 7: Circuitos de tiempo y otros circuitos secuenciales comunes.Práctica 8: Aplicaciones de los FF’sPráctica 9: Síntesis de circuitos secuenciales síncronosPráctica 10: Control Lógico NeumáticoPráctica 11: Control Lógico EléctricoPráctica 12: Diseño e implementación de circuitos lógicos mediante PLCPráctica 13: Diseño e implementación de circuitos lógicos en PLC mediante GrafcetLaboratorio de Diseño de Sistemas Lógicos
  • 3. ITESM Departamento de Mecatrónica y AutomotizaciónPrograma tentativo para el curso y el laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosProfesor: Dr. Jorge Limón RoblesInstructores de laboratorio: M. Sc. Armando Céspedes M. Sc. Raúl EstradaSemana Diseño Sistemas Lógicos Laboratorio de Diseño Sistemas Lógicos Introducción 1 Presentación Funciones lógicas Sistemas Numéricos 2 P1: Compuertas Digitales básicas TTL Sistemas Numéricos Algebra Booleana 3 P2: Otros Circuitos Combinatorios comunes Mapas de Karnaugh Mapas de Karnaugh 4 Síntesis de circuitos combinatorios P3: Otros Circuitos Combinatorios comunes Construcción con NAND’s Primer examen parcial P4: Síntesis de circuitos combinatorios y construcción 5 Constr. de circuitos comb con PLD´s con lógica alambrada ( incluyendo transductores de entrada y salida) Constr. de circuitos comb con PLD´s (Sol Ex) 6 P5: Construcción de circuitos combinatorios con PLD´s Constr. de circuitos comb con PLD´s Conceptos Básicos de Circ. Secuenciales 7 Memorias y flip-flops Proyecto 1: Circuito Digital combinatorio Otros dispositivos secuenciales Análisis de circuitos secuenciales 8 P6: Memorias y Flip-flops Análisis de circuitos secuenciales Segundo examen parcial P7: Circuitos de tiempo y otros circuitos secuenciales 9 Síntesis de circ. secuenciales comunes. Síntesis de circ. Secuenciales (Sol Ex) 10 P8: Aplicaciones de los FF’s Síntesis de circ. secuenciales Circuitos Lógicos Neumáticos P9: Síntesis de circuitos secuenciales síncronos con 11 Circuitos Lógicos Neumáticos PLD´s. Circuitos Lógicos Neumáticos 12 Proyecto 2: Circuito digital secuencial Circuitos lógicos eléctricos Circuitos lógicos eléctricos 13 P10: Circuitos Lógicos neumáticos PLC`s Tercer examen parcial 14 P11: Circuitos Lógicos Eléctricos PLC´s PLC´s (Sol Ex) 15 P12: Programación Básica de PLC´s PLC´s Tópicos Avanzados 16 P13: Programación Avanzada de PLC´s Tópicos AvanzadosLaboratorio de Diseño de Sistemas Lógicos
  • 4. ITESM Departamento de Mecatrónica y AutomotizaciónNormas para el laboratorio 1. Sobre puntualidad y asistencia • Se tomará lista 5 minutos después de la hora de entrada • Se considera retardo el llegar después de haber sido nombrado por primera vez en la lista • Acumular 2 retardos es equivalente a una falta • 30 minutos después de la hora de entrada ya no se permitirá la entrada al laboratorio • El número máximo permitido de faltas es el equivalente a 2 semanas. • A la práctica que no se asista no se permitirá entregar el reporte y la calificación será cero en dicha práctica • Es responsabilidad de los alumnos y su instructor pactar una fecha de reposición en caso de no tener sesión por causa de un asueto. 2. Sobre el cuidado del equipo • Todos los alumnos deberán cuidar el equipo de trabajo • Cualquier daño a los equipos, por un mal uso, será pagado por los alumnos responsables 3. Sobre los reportes El alumno deberá entregar un reporte de cada práctica bajo los siguientes lineamientos: • Los reportes serán entregados en hojas blancas tamaño carta (pueden ser en papel usado previamente) • La totalidad o una parte de éstos pueden ser hechos a mano siempre y cuando se haga con claridad y limpieza, cuando se hagan dibujos se deberá utilizar regla • Los reportes deberán incluir: o Encabezado (no hay portada) o Objetivo (expresado con sus propias palabras) o Breve descripción de la práctica (expresada con sus propias palabras) o Desarrollo (datos, cálculos, figuras, tablas, etc) o Conclusiones individuales • Los reportes serán desarrollados en equipos de dos o tres personas. La calidad y entrega a tiempo del escrito es responsabilidad de todo el equipo. • Los reportes deberán ser entregados por escrito al instructor, una sesión después de haber sido realizada la práctica, en el día y la hora en que se cursa el laboratorio • El alumno que se retrase en entregar su reporte podrá hacerlo a la semana siguiente y su calificación se asignará con base en un máximo de 70 sobre 100. Después de una semana de retraso ya no se aceptará. • Cualquier indicio de copia en los reportes, prácticas, etc., y/o actos de deshonestidad académica se manejarán de acuerdo al reglamento académico del ITESM. • Si un alumno desea revisión de la evaluación de su reporte deberá manifestarlo al instructor en un periodo máximo de 1 semana después de haber recibido su reporte calificado. 4. Sobre responsabilidades generales • Cada equipo tiene la obligación de llevar a cada sesión una impresión del desarrollo de la práctica • De ser indicado por su instructor, los equipos de trabajo se rotarán. • De ser necesario los proyectos podrán ser revisados fuera de clase.Laboratorio de Diseño de Sistemas Lógicos
  • 5. ITESM Departamento de Mecatrónica y AutomotizaciónEvaluación del laboratorio de diseño de sistemas lógicosCalificación de la práctica • Exámen rápido y puntualidad 20 puntos • Trabajo individual (ver rúbrica) 10 puntos • Cumplimiento del equipo con lo programado (ver rúbrica) 10 puntos • Reporte (en equipo, excepto donde se indica) o Presentación y ortografía 10 puntos o Contenido 30 puntos o Conclusiones individuales 20 puntos 100 puntosCalificación del laboratorio • Promedio de las prácticas 75 puntos • Proyectos 25 puntos 100 puntosLaboratorio de Diseño de Sistemas Lógicos
  • 6. ITESM Departamento de Mecatrónica y AutomotizaciónRúbrica para evaluación de la participación del alumno en el laboratorioPARÁMETROS Y CRITERIOS DE EVALUACION 0 pts 6 pts 10 ptsTrabajo individual No Trabaja. Trabaja pero requiere Cumple por iniciativa presión del instructor propiaCumplimiento del Se cumplió menos de Se cumplió la mayoría Se cumplió loequipo con los la mitad de lo de lo programado programadoobjetivos programadoprogramadosFormato de observación en el laboratorioGrupo ____________Instructor ____________ Práctica # Práctica # Práctica # Práctica # Práctica # Práctica # Práctica # Práctica #Alumno Matrícula TI CE Tot. TI CE Tot. TI CE Tot. TI CE Tot. TI CE Tot. TI CE Tot. TI CE Tot. TI CE Tot.Laboratorio de Diseño de Sistemas Lógicos
  • 7. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización DESARROLLO PRÁCTICA #1 COMPUERTAS DIGITALES BÁSICAS TTL Su instructor describirá las partes de un protoboard para ser utilizado en la implantación de sistemas lógicos digitales. Para más detalles del protoboard ver anexo A. Objetivos: - Uso del protoboard. - Polarización de un LED. - Elaborar un detector de señal lógica con un LED. - Generación de estados lógicos para compuertas digitales. - Obtención experimental de las tablas de verdad para las compuertas lógicas básicas: AND, OR y NOT. - Aplicar las compuertas lógicas digitales básicas en la simulación de sistemas de control lógico. Fig. 1: Protoboard 1) Construir en su protoboard un circuito eléctrico, como se muestra en la figura 2, para polarizar adecuadamente un LED (Light Emmiting Diode).LISTA DE MATERIAL Para un mejor funcionamiento de un LED es necesario limitar la corriente If que provoca la luminiscencia del LED.- LED’s Considere que de acuerdo a datos técnicos de un LED se tiene que: Vf =- Resistencias de 330 Ω 1.5 VCD, e If = 0.015 A. Si el voltaje de polarización, Vs = 5 VCD, realice- Dip switch lo siguiente:- 7400 a) Identifique las terminales ánodo y cátodo del LED para realizar una- 7402 polaridad correcta.- 7404 b) Calcule el valor de Rs. ¿El valor calculado corresponde a un valor- 7408 comercial? Explique.- 7432 c) Observe qué sucede a la intensidad luminosa del LED al utilizar una resistencia de un valor menor o mayor al valor calculado. Explique. d) Vuelva a conectar la resistencia R de mayor valor y mida la caída de voltaje en el LED, Vm, así como el valor de If. Mida el valor del voltaje y su polaridad a través de la resistencia eléctrica del circuito.Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 1
  • 8. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización If Vs = 5 VCD; Vf = 1.5 VCD; Medir: Vm = _________ Rs = 330 Ω; If = 0.015 A; If = _________ Fig. 2: Circuito de polarización para un LED. Fig. 3: Prueba para obtener la tabla de verdad a una compuerta AND, SN74LS08 2) Realice las modificaciones al circuito anterior para que dicho circuito sea utilizado durante su práctica como verificador de voltaje. 4) Implante la función lógica Booleana: F = A.B’ + A’.B utilizando compuertas lógicas básicas y obtenga su tabla de verdad de maneraCompuertas Lógicas Digitales experimental. 3) Construya un circuito eléctrico en su protoboard para comprobar la tabla Aplicación de verdad de las compuertas digitales AND, OR y NOT. Consulte la tabla de especificaciones (data sheet, apéndice D) para identificar los pines que 5) El consejo directivo de una empresa se encuentra integrado por tres corresponden a: entradas, salidas y polarización (Vcc, Gnd). personas. En una de sus juntas se acordó que las votaciones se hicieran de El circuito debe generar dos entradas de voltaje (1: uno lógico) que forma secreta; sin embargo, existe el problema de que una persona ajena deberán ser mostrados por dos LEDs, y la salida de la compuerta será contara los votos para mantener el secreto del voto. Para evitar este mostrada en otro LED, como se ilustra en la Figura 3. problema se decide hacer lo siguiente: ¿Qué sucede a la salida de las compuertas cuando a las entradas no se Se instalará un botón debajo de la mesa de cada directivo. Al centro de la conecta voltaje (entradas flotadas)? Explique. sala de juntas se colocarán dos lámparas, una de color roja y una de color verde. Al momento de votar, si el directivo está a favor presionará el botón, si está en contra no lo presionará. La lámpara color verde deberá encenderse si la mayoría vota a favor. La lámpara de color rojo deberá encenderse si la mayoría está en contra. a) Elabore la tabla de verdad para obtener la solución a este problema b) Implante con compuertas lógicas básicas la solución encontrada.Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 2
  • 9. ITESM Departamento de Mecatrónica y AutomotizaciónREPORTE DE LA PRÁCTICA ANEXOS a) Breve resumen de la práctica. b) Descripción y resultados obtenidos. A) Partes de un protoboard. c) Esquemas o circuitos que se indiquen d) Conclusiones (qué aprendió, cómo lo aprendió, qué teoría comprobó y por qué). e) Bibliografía f) Anexar la información solicitada por el instructor Investigar: 1. Una página de internet donde estén los datos técnicos y diagramas de las compuertas digitales básicas. 2. El funcionamiento y composición de un LED, incluya especificaciones eléctricas. Fig. 6: Partes de un protoboard. Para la explicación del “protoboard” se considera la posición mostrada en la Fig. 6. Los orificios verticales (columnas) de la “zona A” están conectados entre sí, al igual que los de la “zona B”. Existe una ranura que aísla los orificios verticales de las zonas A y B. Los orificios horizontales de las zonas A y B están aislados entre sí. Los buses de alimentación de voltaje corresponden a las barras marcadas con las líneas roja (+) y azul (-). Los orificios se encuentran numerados para facilitar la identificación de los pines de un “chip” a ser utilizado.Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 3
  • 10. ITESM Departamento de Mecatrónica y AutomotizaciónB) Circuito eléctrico para generar los niveles lógicos “0” y “1”. D) Datos para las compuertas lógicas digitales, familia 74XX (data_sheet)C) Identificación de los “pines” de compuertas digitalesLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 4
  • 11. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización NOTAS:Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 5
  • 12. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización DESARROLLO PRÁCTICA #2 OTROS CIRCUITOS COMBINATORIOS COMUNES 1) EL DISPLAY DE 7 SEGMENTOS El display de siete segmentos es un dispositivo de salida en un circuito de control Objetivos: lógico. Este display está conformado por un conjunto de siete LED`s (Light - Conocer el uso y funcionamiento del display de 7 segmentos Emitting Diode) acomodados de la siguiente manera: - Conocer el uso y funcionamiento de un decoder - Utilizar el decoder para desplegar números decimales en el display de 7 segmentos Led - Conocer el uso y funcionamiento de un multiplexor (MUX) - Utilizar el MUX para generar funciones lógicas. Fig. 1: Display de siete segmentos Cada uno de los leds o segmentos tienen una letra que los identifica que es laLISTA DE MATERIAL siguiente: A- LED’s- Resistencias de 330 Ω F B- Dip switch G- Display de 7 segmentos (ánodo común) E C- Display de 7 segmentos (cátodo comíun)- 7447 D- 74151 Fig.2: Denominación de los segmentos Existen dos tipos de display: • Ánodo común • Cátodo común Los display de ánodo común tienen la siguiente configuración:Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 1
  • 13. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización Como se puede observar en la figura, el display de cátodo común tiene la conexión 5 VDC de tierra como punto común entre los LED´s. Nota: Ejercicio1 La línea continua representa lo que En el protoboard coloque y compruebe el funcionamiento del display de 7 DA05 está dentro del segmentos de ánodo común. Se sugiere utilizar un resistor de 470 Ω como dispositivo y limitador de corriente. la línea punteada 2) DECODER A B C D E F G lo que usted debe conectar El decoder es un dispositivo que se encarga de recibir un código y traducirlo a una R salida deseada. Este dispositivo puede ser utilizado para traducir el sistema binario (por ejemplo, en formato BCD) y tener una salida en el sistema decimal de la Señales de activación (conectar a 0 VDC) siguiente forma: 0 Fig.3: Configuración ánodo común 1 2 Ae 3 El estado de las Be Decoder 4 salidas cambiará a un Sistema binario Como se puede apreciar en la figura todos los LED tienen como punto común (en formato BCD) Ce De 5 6 uno lógico dependiendo la alimentación de 5V y deberán ser conectados a tierra por medio de un 7 del código de entrada 8 resistor R para limitar la corriente a través del LED. 9 Fig.5: Decoder BCD a decimal Los display de cátodo común tienen la siguiente configuración: Por ejemplo este decoder encenderá la salida 9 si el código de entrada es 1001. Señales de activación (conectar a 5 VDC) A su vez para poder tener un número en el display de 7 segmentos se necesitaría R un circuito combinatorio que recibiera el código binario del número que se quiera desplegar y éste lo tradujera a las salidas correctas, para esto se requeriría una A B C D E F G función lógica para cada segmento. Ejercicio 2 DC05 Obtenga la función lógica para encender el segmento A en los dígitos del sistema decimal si tuviera un display de 7 segmentos con ánodo común Ejercicio 3 GND Obtenga la función lógica para encender el segmento A en los dígitos Fig.4: Configuración cátodo común del sistema decimal si tuviera un display de 7 segmentos con cátodo comúnLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 2
  • 14. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización Se podría obtener la salida del multiplexor por medio de una función lógica queDado que es muy común requerir este tipo de aplicaciones también existen dependa del código que entra al circuito de control.decoders que traducen del sistema binario (en formato BCD) a las señalesnecesarias para tener un número decimal en el display de 7 segmentos. Ejercicio 5Los decoders más comunes son: Obtenga la función lógica de la salida con base en la variables de entrada (Ae, Be, y Ce) y las entradas (I0...I7) (recuerde que la entradaFunción Tipo Características I0 se conectará a la salida cuando tenga el código binario equivalenteBCD a Decimal 7445 Salidas de colector al cero decimal en las variables de entrada). abiertoBCD a siete segmentos 7446, 7447, 7449 Salidas de colector Afortunadamente no es necesario implantar la función lógica porque existen abierto diversos multiplexores comerciales como lo son:BCD a siete segmentos 7448 No requiere resistencias externas Función Tipo Características MUX 16 a 1 74150 Sólo tiene disponible Ejercicio 4 la salida negada MUX 8 a 1 74151 Tiene disponible la Muestre los dígitos en el display de 7 segmentos utilizando el decoder. salida postiva y negada Envíe las señales de entrada conectando y desconectando cables o utilice MUX 8 a 1 74152 Sólo tiene disponible “dip switches” la salida negada MUX Doble 4 a 1 74153 Convierte de paralelo a 3) MULTIPLEXOR serialEl multiplexor se puede definir como un selector de datos. Este dispositivo tiene Además de usarlo como selector es común el usarlo para construir funcionesvarias líneas de entrada y una sola salida, mediante un circuito de control y un lógicas. Esto se lograría si se coloca la tabla de verdad resultante como entrada alcódigo binario se selecciona cual de las entradas se conectará a la salida. Esto se multiplexor e introducimos al circuito de control los valores de las variables quepuede observar en el siguiente diagrama: originaron la tabla. I0 Ejercicio 6 I1 I2 El consejo directivo de una empresa se encuentra integrado por tres Valores de uno o I3 personas. En una de sus juntas se acordó que las votaciones se Salida cero lógico I4 hicieran de forma secreta; sin embargo, existe el problema de que I5 una persona ajena contara los votos para mantener el secreto del I6 voto. Para evitar este problema se decide hacer lo siguiente: I7 Se instalará un botón debajo de la mesa de cada directivo. Al centro Circuito de de la sala de juntas se colocarán dos lámparas, una de color roja y control una de color verde. Al momento de votar, si el directivo está a favor presionará el botón, si está en contra no lo presionará. La lámpara Ae Be Ce color verde deberá encenderse si la mayoría vota a favor. La Fig. 6: Funcionamiento de un multiplexor lámpara de color rojo deberá encenderse si la mayoría está en contra.Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 3
  • 15. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización a. Elabore la tabla de verdad para obtener la solución a este ANEXOS problema b. Implante con un multiplexor la solución encontrada. A) Identificación de los “pines” del display de 7 segmentos común Ejercicio 7 (Opcional) G F A B Resuelva el ejercicio 6 suponiendo que el consejo directivo se encuentra conformado por 4 personas (A, B, C y D) y que la persona A tiene el voto de calidad en caso de empate. a) Elabore la tabla de verdad para obtener la solución a este problema b) Implante con un multiplexor la solución encontrada.REPORTE DE LA PRÁCTICA E D C PD común a) Breve resumen de la práctica b) Descripción y resultados obtenidos c) Esquemas o circuitos que se indiquen B) Identificación de los “pines” del decoder 7447 d) Conclusiones (qué aprendió, cómo lo aprendió, qué teoría comprobó y por qué). e) Bibliografía f) Anexar información solicitada. Investigar: 1. Las características (hojas de datos) de al menos un decoder o de un multiplexor que no se mencione en la práctica. 2. Un circuito de aplicación del multiplexor Entradas Salidas al display EntradasLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 4
  • 16. ITESM Departamento de Mecatrónica y AutomotizaciónC) Identificación de los “pines” del multiplexor 74151 NOTAS: Entradas Entradas Salida Salida negada Habilitación Código (a GND) NOTAS:Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 5
  • 17. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización DESARROLLO 1) SENSOR FOTOELÉCTRICO DE BARRERA PRÁCTICA #3 OTROS CIRCUITOS COMBINATORIOS COMUNES Uno de los dispositivos más usado para detectar objetos sin contacto es el sensor fotoeléctrico de barrera. Este instrumento ya se utilizó en el Laboratorio de (PARTE 2) Instrumentación y Mediciones y en esta práctica tendrá la oportunidad de conocer su funcionamiento interno. La configuración de este sensor es la siguiente. Objetivos: Emisor de Receptor luz - Conocer el uso y funcionamiento interno del sensor fotoeléctrico de infrarroja barrera - Aplicar los conocimientos obtenidos en las dos últimas prácticas en un problema práctico Fig. 1: Sensor fotoeléctrico de barrera LISTA DE MATERIAL Recuerde que este sensor se basa en la detección de luz infrarroja en el receptor. - LED’s La estructura interna simplificada del sensor se muestra en la siguiente figura: - Resistencias de 100 Ω - Resistencias de 330 Ω Diodo emisor de luz Fototransistor que funciona como un interruptor activado - Dip switch infrarroja (LED) por la luz infrarroja - Sensor fotoeléctrico de barrera 5 VDC A - Relevador con bobina de 5 V. - Relevador con bobina de 6 V. - Display de 7 segmentos (ánodo común) - 7447 - 74151 GND GND Fig.2: Estructura interna de un sensor fotoeléctrico Nota: Cuando el fototransistor detecta la luz infrarroja la terminal A queda conectada a tierra a través de la resistencia. Si no detecta la luz infrarroja la terminal queda flotada.Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 1
  • 18. ITESM Departamento de Mecatrónica y AutomotizaciónUna conexión típica de este sensor sería: Diodo emisor de luz infrarroja (LED) 5 VDC 5 VDC R1 Diodo emisor de luz R2 L (Señal TTL) infrarroja (LED) 5 VDC R1 Objeto GND GND Fig.4: Conexión a un circuito TTL del sensor fotoeléctrico GND GND Si no hay interferencia el transistor está Si un objeto interrumpe la luz el ACTIVO y la entrada de la compuerta transistor está ABIERTO, la entrada a está conectada a 0 VDC (0 lógico) y la compuerta está desconectada y es GND L=1 vista como 5 VDC (1 lógico) L = 0 Fig.3: Conexión típica del sensor fotoeléctrico Ejercicio 2 Ejercicio 1 Conecte el circuito que se muestra en la figura 4. Utilice un LED para Conecte el circuito que se muestra en la figura 3. Estime R2 para que conocer el estado de la salida L. Note que el emisor trae una letra E el LED de salida encienda y apague con la presencia o ausencia de en la parte superior, el ánodo trae un signo “+”. luz. 2) TRANSDUCTORES DE POTENCIACuando la señal del sensor fotoeléctrico se utilice como entrada de un circuito TTLno es necesario incluir la conexión del circuito de la figura 3 (recuerde que en la En ocasiones es necesario activar una salida de mayor potencia a la proporcionadapráctica anterior se comentó que una terminal TTL de entrada que no esté por una compuerta o circuito TTL. Para realizar esto es necesario un dispositivoconectada se considera como un “1” lógico, es decir, está alimentada con 5 VDC). que “traduzca” señales de baja potencia a señales de potencia mayor. LosPor lo anterior el sensor fotoeléctrico en un circuito TTL se conectaría de la dispositivos que nos ayudan a realizar la conversión o traducción de potencia sonsiguiente forma: llamados transductores. Algunos dispositivos que realizan la función de transductores son: a) Transistor. Este dispositivo se usa para circuitos con cargas de DC Señal TTLLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 2
  • 19. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización b) TRIAC. Este dispositivo se usa para circuitos con cargas de AC Realice el diseño del circuito de control y constrúyalo Despliegue del código de la Señal TTL tarjeta Tarjeta c) Relevador con bobina de 5 VDC. Se usa para circuitos con cargas de cualquier tipo (se debe tener cuidado con la capacidad de corriente del Circuito contacto) Combinatorio Transductor Código binario Permiso de Buzzer acceso Sistema de (TTL) detección del código de tres perforaciones Fig.5: Esquemático del sistema de acceso GND Ejercicio 3 En una compañía metalúrgica, se desea controlar el acceso a ciertas áreas mediante una credencial codificada, pertenecientes a todos los empleados. El código de acceso se grabará en la credencial mediante tres perforaciones. El sistema de control obtendrá dicho código revisando mediante sensores fotoeléctricos, desplegará el código de la tarjeta que se esta verificando y permitirá el acceso activando una indicación luminosa y un “buzzer” de 12 VDC. Áreas a las que se permitirá el Código acceso Gerencia 1 Mantenimiento 4 Ingenieros encargados de hornos 5 Operadores 6Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 3
  • 20. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización ANEXOSREPORTE DE LA PRÁCTICA A) Identificación de los “pines” del display de 7 segmentos a) Breve resumen de la práctica. común b) Descripción y resultados obtenidos. c) Esquemas o circuitos que se indiquen G F A B d) Conclusiones (qué aprendió, cómo lo aprendió, qué teoría comprobó y por qué). e) Bibliografía f) Anexar la información solicitada por el instructor Investigar: 1. El principio de operación y un ejemplo de circuito de conexión del TRIAC. E D C PD común B) Identificación de los “pines” del decoder 7447 Entradas Salidas al display EntradasLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 4
  • 21. ITESM Departamento de Mecatrónica y AutomotizaciónC) Identificación de los “pines” del multiplexor 74151 NOTAS: Entradas Entradas Salida Salida negada CódigoD) Identificación de los “pines” del sensor fotoeléctrico + + E D NOTALaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 5
  • 22. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización DESARROLLO 1) LA COMPUERTA NAND PRÁCTICA #4 SÍNTESIS DE CIRCUITOS COMBINATORIOS Y CONSTRUCCIÓN La compuerta NAND es una compuerta que equivale a una compuerta AND con su salida negada. El símbolo de esta compuerta y su tabla de verdad son CON LÓGICA ALAMBRADA las siguientes: Objetivos: A B F A 0 0 1 - Poner en práctica los conocimientos de síntesis de circuitos F 0 1 1 combinatorios adquiridos en la clase teórica B 1 0 1 “F es 0 sólo si A y B son 1” - Construir circuitos lógicos combinatorios: 1 1 0 Sólo con compuertas NAND Con decoders de propósito general Fig. 1: Compuerta NAND Ejercicio 1 Verifique la tabla de verdad de la compuerta NAND de 2 entradasLISTA DE MATERIAL (7400). Nota: Revise la composición interna de la compuerta 7410, 7420 y - LED’s 7430 - Resistencias de 330 Ω - Dip switch 2) CONSTRUCCIÓN DE FUNCIONES EXCLUSIVAMENTE CON NAND - 7400 - 7408 La compuerta NAND tiene la propiedad que a partir de ella se pueden - 7432 construir las 3 funciones lógicas básicas (AND, OR y NOT) y en - 74154 consecuencia cualquier otra función lógica. Por esta razón la compuerta NAND (al igual que la compuerta NOR) se dice que es una compuerta funcionalmente completa. La forma o formas de construir las 3 funciones básicas se muestran a continuación: a) Función NOTLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 1
  • 23. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización Opción 1: Entradas “puenteadas” Ejercicio 2 A F Construya las 3 funciones básicas utilizando sólo compuertas NAND F = A• A = A Cabe mencionar que cuando se va a construir una función en forma de suma de productos como: F = ABC + ABC + D Opción 2: Una entrada en 1 La función, construida con NAND´s, quedaría: A F A B 1 F = A •1 = A C A B C F Nota: Recuerde que una entrada no conectada en una compuerta NAND TTL es vista como un 1 lógico, por lo que para fines de prueba puede dejarla desconectada. D b) Función AND Note que se eliminan compuertas NAND al construir la función y esto permite utilizar un menor número de componentes. F A B F = A• B = A• B Otra forma de construir la función sería negando dos veces de la siguiente manera: F = ABC + ABC + D c) Función OR F = ABC + ABC + DA Por lo tanto, si distribuimos la primera negación la función quedaría: F F = A• B = A+ B F = ( ABC ) • (ABC ) • D NANDBObserve que las 3 formas son generalizables a NAND’s de n entradas NAND NANDLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 2
  • 24. ITESM Departamento de Mecatrónica y AutomotizaciónObserve que la función está conformada por varios NAND. invidente cuando haya un objeto (o persona) en el cono normal N (el cono más grande) Ejercicio 3 b) Si el botón B está presionado (usado por el invidente para enfocar) el vibrador deberá de vibrar en forma Se desea diseñar un bastón especial para personas invidentes. El suave cuando haya un objeto en el cono angosto A. bastón deberá contar con tres sensores: c) En cualquier momento que haya un objeto en el cono 1. Un sensor de proximidad N (normal) que detecta la pequeño P, el vibrador deberá vibrar fuerte presencia de algún objeto o persona en el cono grande de independientemente de cómo esté el botón B. la figura 2 2. Un sensor de proximidad A (angosto) que detecta la Construya las funciones booleanas utilizando compuertas NAND presencia de algún objeto en el cono angosto de la figura 2. 3) DECODER DE USO GENERAL 3. Un sensor de proximidad P (pequeño) que detecta la presencia de un objeto en el cono pequeño de la figura 2. Un decodificador de n a 2n es un circuito combinatorio con n entradas y 2n salidas como se muestra en la siguiente en la figura: 0 N 1 2 El estado de las Ae 3 Be Decoder . salidas cambiará a un Sistema binario Ce . De 12 uno lógico dependiendo 13 del código de entrada A 14 15 n= 4 entradas 2n =24= 16 salidas P Fig.3: Decoder 4 a 16 Para cada codigo binario de entrada se encenderá (dará un 1 lógico) sólo con la salida correspondiente. Fig.2: Zonas de sensado del bastón Ejercicio 4 Además, el bastón contará con: - Un botón pulsador B y Obtenga la ecuación boolena para encender la tres primeras salidas - Un vibrador de dos intensidades, para que el bastón avise a la persona la presencia del objeto. El vibrador recibe 2 En general, el decoder se puede usar para activar un canal de salida en función del señales: V (vibrar) y F (vibrar fuerte). Si el vibrador recibe codigo binario recibido. En nuestro caso se puede usar para construir funciones la señal V vibrará. Esta vibración será fuerte si la señal de lógicas binarias de n variables de entradas. intensidad de vibración F está activa y suave si no está activa. Obtenga las expresiones booleanas para las señales V y F del vibrador bajo las siguientes consideraciones: a) Si el botón B no está presionado (operación normal) el vibrador deberá vibrar en forma suave, para avisar alLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 3
  • 25. ITESM Departamento de Mecatrónica y AutomotizaciónSi se quisiera implantar la función: ANEXOS F = ABC + ABC + A BC D A) Identificación de los “pines” del NAND 7400Se haría de la siguiente manera: 0 Ae Be Decoder 6 Sistema binario Ce F De 7 Fig.4: Implantación de funciones lógicas con decodersNota: La entrada A es el bit menos significativo Ejercicio 5 (Opcional) B) Identificación de los “pines” del decoder 74154 Repita el ejercicio 3 utilizando el decoder 74154 (recuerde que las salidas de este decoder son activo bajo)REPORTE DE LA PRÁCTICA a) Breve resumen de la práctica. b) Descripción y resultados obtenidos. c) Esquemas o circuitos que se indiquen d) Conclusiones (qué aprendió, cómo lo aprendió, qué teoría comprobó y por qué). e) Bibliografía f) Anexar la información solicitada por el instructor Señales de activación (a GND) Investigar: 1. Como obtener las funciones AND, OR y NOT con la compuerta NOR.Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 4
  • 26. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización NOTAS: NOTAS:Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 5
  • 27. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización DESARROLLO 1) LA COMPUERTA NAND PRÁCTICA #4 SÍNTESIS DE CIRCUITOS COMBINATORIOS Y CONSTRUCCIÓN La compuerta NAND es una compuerta que equivale a una compuerta AND con su salida negada. El símbolo de esta compuerta y su tabla de verdad son CON LÓGICA ALAMBRADA las siguientes: Objetivos: A B F A 0 0 1 - Poner en práctica los conocimientos de síntesis de circuitos F 0 1 1 combinatorios adquiridos en la clase teórica B 1 0 1 “F es 0 sólo si A y B son 1” - Construir circuitos lógicos combinatorios: 1 1 0 Sólo con compuertas NAND Con decoders de propósito general Fig. 1: Compuerta NAND Ejercicio 1 Verifique la tabla de verdad de la compuerta NAND de 2 entradasLISTA DE MATERIAL (7400). Nota: Revise la composición interna de la compuerta 7410, 7420 y - LED’s 7430 - Resistencias de 330 Ω - Dip switch 2) CONSTRUCCIÓN DE FUNCIONES EXCLUSIVAMENTE CON NAND - 7400 - 7408 La compuerta NAND tiene la propiedad que a partir de ella se pueden - 7432 construir las 3 funciones lógicas básicas (AND, OR y NOT) y en - 74154 consecuencia cualquier otra función lógica. Por esta razón la compuerta NAND (al igual que la compuerta NOR) se dice que es una compuerta funcionalmente completa. La forma o formas de construir las 3 funciones básicas se muestran a continuación: a) Función NOTLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 1
  • 28. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización Opción 1: Entradas “puenteadas” Ejercicio 2 A F Construya las 3 funciones básicas utilizando sólo compuertas NAND F = A• A = A Cabe mencionar que cuando se va a construir una función en forma de suma de productos como: F = ABC + ABC + D Opción 2: Una entrada en 1 La función, construida con NAND´s, quedaría: A F A B 1 F = A •1 = A C A B C F Nota: Recuerde que una entrada no conectada en una compuerta NAND TTL es vista como un 1 lógico, por lo que para fines de prueba puede dejarla desconectada. D b) Función AND Note que se eliminan compuertas NAND al construir la función y esto permite utilizar un menor número de componentes. F A B F = A• B = A• B Otra forma de construir la función sería negando dos veces de la siguiente manera: F = ABC + ABC + D c) Función OR F = ABC + ABC + DA Por lo tanto, si distribuimos la primera negación la función quedaría: F F = A• B = A+ B F = ( ABC ) • (ABC ) • D NANDBObserve que las 3 formas son generalizables a NAND’s de n entradas NAND NANDLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 2
  • 29. ITESM Departamento de Mecatrónica y AutomotizaciónObserve que la función está conformada por varios NAND. invidente cuando haya un objeto (o persona) en el cono normal N (el cono más grande) Ejercicio 3 b) Si el botón B está presionado (usado por el invidente para enfocar) el vibrador deberá de vibrar en forma Se desea diseñar un bastón especial para personas invidentes. El suave cuando haya un objeto en el cono angosto A. bastón deberá contar con tres sensores: c) En cualquier momento que haya un objeto en el cono 1. Un sensor de proximidad N (normal) que detecta la pequeño P, el vibrador deberá vibrar fuerte presencia de algún objeto o persona en el cono grande de independientemente de cómo esté el botón B. la figura 2 2. Un sensor de proximidad A (angosto) que detecta la Construya las funciones booleanas utilizando compuertas NAND presencia de algún objeto en el cono angosto de la figura 2. 3) DECODER DE USO GENERAL 3. Un sensor de proximidad P (pequeño) que detecta la presencia de un objeto en el cono pequeño de la figura 2. Un decodificador de n a 2n es un circuito combinatorio con n entradas y 2n salidas como se muestra en la siguiente en la figura: 0 N 1 2 El estado de las Ae 3 Be Decoder . salidas cambiará a un Sistema binario Ce . De 12 uno lógico dependiendo 13 del código de entrada A 14 15 n= 4 entradas 2n =24= 16 salidas P Fig.3: Decoder 4 a 16 Para cada codigo binario de entrada se encenderá (dará un 1 lógico) sólo con la salida correspondiente. Fig.2: Zonas de sensado del bastón Ejercicio 4 Además, el bastón contará con: - Un botón pulsador B y Obtenga la ecuación boolena para encender la tres primeras salidas - Un vibrador de dos intensidades, para que el bastón avise a la persona la presencia del objeto. El vibrador recibe 2 En general, el decoder se puede usar para activar un canal de salida en función del señales: V (vibrar) y F (vibrar fuerte). Si el vibrador recibe codigo binario recibido. En nuestro caso se puede usar para construir funciones la señal V vibrará. Esta vibración será fuerte si la señal de lógicas binarias de n variables de entradas. intensidad de vibración F está activa y suave si no está activa. Obtenga las expresiones booleanas para las señales V y F del vibrador bajo las siguientes consideraciones: a) Si el botón B no está presionado (operación normal) el vibrador deberá vibrar en forma suave, para avisar alLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 3
  • 30. ITESM Departamento de Mecatrónica y AutomotizaciónSi se quisiera implantar la función: ANEXOS F = ABC + ABC + A BC D A) Identificación de los “pines” del NAND 7400Se haría de la siguiente manera: 0 Ae Be Decoder 6 Sistema binario Ce F De 7 Fig.4: Implantación de funciones lógicas con decodersNota: La entrada A es el bit menos significativo Ejercicio 5 (Opcional) B) Identificación de los “pines” del decoder 74154 Repita el ejercicio 3 utilizando el decoder 74154 (recuerde que las salidas de este decoder son activo bajo)REPORTE DE LA PRÁCTICA a) Breve resumen de la práctica. b) Descripción y resultados obtenidos. c) Esquemas o circuitos que se indiquen d) Conclusiones (qué aprendió, cómo lo aprendió, qué teoría comprobó y por qué). e) Bibliografía f) Anexar la información solicitada por el instructor Señales de activación (a GND) Investigar: 1. Como obtener las funciones AND, OR y NOT con la compuerta NOR.Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 4
  • 31. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización NOTAS: NOTAS:Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 5
  • 32. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización INTRODUCCIÓN PLD PRÁCTICA #5 CONSTRUCCIÓN DE CIRCUITOS COMBINATORIOS CON PLD´S En las prácticas anteriores nos hemos concentrado en la construcción del controlador lógico deseado a partir de la interconexión de componentes estándar (compuertas digitales o circuitos específicos), esto conduce a un Objetivos: circuito con varios “chips” y una cantidad amplia de conexiones entre ellos. - Poner en práctica los conocimientos referentes al funcionamiento y Sin embargo, cuando un controlador lógico va a ser producido en grandes uso de los PLD (Programable Logic Devices) cantidades (reloj digital, juguete, etc) es conveniente diseñar un circuito - Construir circuitos lógicos combinatorios apoyados en la integrado específico para la aplicación, es decir, un diseño “a la medida”. programación del GAL 16V8 Esto reduce el número de “chips” y las conexiones externas pero requiere la participación del fabricante en el diseño y fabricación de éste. Una alternativa intermedia, es el uso de dispositivos lógicos programables (PLD por sus siglas en ingles) que si bien son estándares, pueden ser “personalizados” hasta cierto nivel mediante programación.LISTA DE MATERIAL La figura muestra una configuración típica simplificada de un PLD que permite construir funciones en suma de productos y producto de sumas, - LED’s también se incluyen algunas conexiones como ejemplo. - Resistencias de 330 Ω - Dip switch - Display de 7 segmentos (cátodo común) - GAL 16V8 Fig. 1: Configuración interna de un PLDLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 1
  • 33. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización En la figura se pueden observar los siguientes aspectos: requiere (esto permite obtener resultados parciales que son alimentadas como entradas otra vez). • Formación de términos producto Si no se habilita, el XOR es desconectado del pin bidireccional En la parte superior izquierda están los pines de entrada. Los valores y este funciona como una entrada más. de las entradas son alimentados en forma normal y complementada • Forma de hacer las conexiones. mediante las líneas horizontales. En un PLD de programación única, inicialmente todos los puntos de Las líneas horizontales de las entradas se cruzan formando una malla una malla están conectados mediante fusibles y para lograr la(s) con líneas verticales que conectan a funciones AND. función(es) deseada(s) se “queman” los fusibles de las conexiones Cada compuerta AND formará un término producto incluyendo a las no necesarias. El mapa de fusibles a quemar se especifica al entradas (o sus complementos) que hallan sido conectadas a ella. “quemador” mediante un archivo (usualmente .jed). Esta conexión la lleva a cabo el usuario mediante programación. En un PLD reprogramable las conexiones pueden ser habilitadas y (ver término A·B en el ejemplo) deshabilitadas tantas veces como sea necesario. • Formación de sumas de productos. En la parte inferior al centro existen varias funciones OR. Cada una • Forma de hacer el mapa de conexiones (.jed) formará la suma de los términos producto que se conecten a ella Existen lenguajes de programación (ABEL: Advanced Boolean Expression Language, CUPL, etc) que permiten especificar el mediante programación (ver A·B + A·C en ejemplo) comportamiento deseado del circuito mediante instrucciones. A • Selección de polaridad de salida partir del comportamiento especificado y las características del PLD La salida de cada OR (suma de productos) es alimentada a una de las el software puede simplificar las funciones y generar el mapa de terminales de un OR exclusivo (XOR) fusibles. La otra terminal del XOR puede estar o no conectada a tierra por Otros softwares (como el que usaremos en esta práctica) permite programación. dibujar el diagrama lógico, y éste en forma automática lo traduce a Si se conecta a tierra (0 lógico), la salida del XOR será igual a alguno de los lenguajes anteriores para su procesamiento posterior. la del OR y por tanto la suma de productos construida saldrá directamente hacia el pin de salida correspondiente (ver la Notas: conexión al PIN 1 de la figura) 1. Variedades de PLD´s Si no se conecta a tierra (1 lógico), la salida del XOR será el a. A la combinación de un arreglo AND programable con uno OR complemento de la salida del OR (el complemento de la suma de programable como el mostrado se le conoce como Arreglo lógico productos) y representará por tanto un producto de sumas, el programable mediante campos, (FPLA, por siglas en ingles) o Teorema de Morgan le permite obtener el producto de sumas simplemente PLA (Programable Logic Array). correspondiente (ver la función A·B + A·D en la figura 1). b. Cuando el arreglo AND es programable pero el OR es fijo (los Nota: Observe que para tener en producto de sumas una función AND´s vienen preconectados a los OR por grupos (ejemplo 4 a cada determinada deberá introducir las variables negadas. uno) se le conoce como PAL. • Pines bidireccionales. c. Cuando el arreglo AND es fijo y el OR es programable se les conoce En la figura, la salida del primer XOR es conectado a un “buffer” de como memorias exclusivas de solo lectura, PROM. 3 estados que puede ser o no habilitado por la compuerta AND d. Recuerde que al construir circuitos secuenciales (no cubiertos en correspondiente. este curso) puede ser necesario que la salida de los OR pasen por Si se habilita, la salida del XOR es enviada hacia al pin memorias (o registros) y retornen a la malla principal. Cuando un bidireccional y este funciona como una salida convencional, dispositivo tambien incluye estas memorias se le conoce como además de ser retroalimentado hacia la malla de entrada por si se secuenciador lógico programable mediante campos: FPLS o simplemente PLS.Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 2
  • 34. ITESM Departamento de Mecatrónica y AutomotizaciónFORMAS DE PROGRAMACIÓN DE UN GAL a) Programación con ecuaciones booleanas utilizando el lenguajeExisten otras formas de programar las funciones lógicas que se quieran grabar en el ABEL-HDLGAL. A continuación se muestran tres formas utilizando como ejemplo el ejercicio6 de la práctica #2, que plantea lo siguiente: - Siga los primeros 6 pasos indicados en el anexo A) - De la ventana Source-New crear de un nuevo archivo fuente. Seleccione El consejo directivo de una empresa se encuentra integrado por tres ABEL-HDL Module. personas. En una de sus juntas se acordó que las votaciones se - La siguiente pantalla aparecerá: hicieran de forma secreta; sin embargo, existe el problema de que una persona ajena contara los votos para mantener el secreto del voto. Para evitar este problema se decide hacer lo siguiente: Se instalará un botón debajo de la mesa de cada directivo. Al centro de la sala de juntas se colocarán dos lámparas, una de color roja y una de color verde. Al momento de votar, si el directivo está a favor presionará el botón, si está en contra no lo presionará. La lámpara color verde deberá encenderse si la mayoría vota a favor. La lámpara de color rojo deberá encenderse si la mayoría está en contra.Los 3 pasos básicos a seguir incluyen: • Programación • Compilación • Aplicación.La programación puede resumirse con el siguiente diagrama: Fig. 3: Pantalla de colocación de nombres Especificaciones del PLD - Escriba los nombres que se le solicitan y de un click en OK. Aparecerá la Mapa deDescripción del Archivo fusibles siguiente pantalla:comportamiento Editor de ABEL (.jed) texto Chip Quemador grabado o Compilador gráfico Diagrama esquemático de conexiones Fig. 2: Pasos para programar un PLDLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 3
  • 35. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización b) Programación con tabla de verdad utilizando el lenguaje ABEL-HDL - Siga los primeros 6 pasos indicados en el anexo A) - De la ventana Source-New crear de un nuevo archivo fuente. Seleccione ABEL-HDL Module. - La siguiente pantalla aparecerá: Fig. 4: Pantalla de edición - Introduzca su programa, que para el ejemplo mencionado sería el siguiente: Fig. 6: Pantalla de colocación de nombres - Escriba los nombres que se le solicitan y de un click en OK. Aparecerá la siguiente pantalla: Fig. 5: Problema resuelto con ecuaciones booleanas - Observe que no es necesario tener Title, y observe la nomenclatura para la declaración de variables y para las funciones lógicas. - Posteriormente deberá seguir los pasos 12 a 14 descritos en el anexo A) y grabar el GAL conforme al anexo B).Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 4
  • 36. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización c) Programación con esquemático Los pasos para esta programación se describen en el anexo A) Fig. 7: Pantalla de edición - Introduzca su programa, que para el ejemplo mencionado sería el siguiente: Fig. 9: Problema resuelto con esquemático Ejercicio 1 Realice la programación de un GAL para la solución del problema de la práctica #2 (planteado al inicio de esta sección) con cada uno de los tres métodos de programación presentados. Fig. 8: Problema resuelto con tabla de verdad - Observe que no es necesario tener Title, y observe la nomenclatura para la declaración de variables y para la tabla de verdad. - Posteriormente deberá seguir los pasos 12 a 14 descritos en el anexo A) y grabar el GAL conforme al anexo B).Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 5
  • 37. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización Ejercicio 2 (opcional) ANEXOS Programar la lógica de control necesaria para controlar un display de A) Programación esquemática de un GAL utilizando el programa ISP de 7 segmentos de cátodo común. Lattice 1. Encuentre las ecuaciones Booleanas que resuelven el problema. A continuación se describe el procedimiento para utilizar el software ISP: 2. Simplifique las funciones utilizando el álgebra Booleana 3. Realice un diseño esquemático de la estrategia de control lógico 1. Encender la computadora y esperar hasta que se normalicen los íconos en 4. Grabe en un GAL la lógica de control para el control de los 7 su pantalla. segmentos del display. 2. Buscar el ícono de ISP System Starter para inicializar el programa. 5. Comprobar el correcto funcionamiento del circuito utilizando un 3. Seleccionar la opción File-New-Project, como se muestra en la figura protoboard y demás elementos requeridos (LEDs, resistencias,...) A.1. 4. Asignar un nombre al proyecto que no exceda de ocho caracteres. LaREPORTE DE LA PRÁCTICA extensión que identifica a un archivo tipo proyecto será .SYN. 5. Dar doble click a “ispLSI1032E-125LT100” de la ventana “Source in a) Breve resumen de la práctica. Project”, como en la figura A.2. b) Descripción y resultados obtenidos. c) Esquemas o circuitos que se indiquen d) Conclusiones (qué aprendió, cómo lo aprendió, qué teoría comprobó y por qué). e) Bibliografía f) Anexar la información solicitada por el instructor Investigar: 1. Las características de los GAL’s 20V8 y 22V10, incluya las hojas de datos y comente los aspectos más importantes de éstas. 2. Las características y aplicaciones del PAL y la EEPROM. Fig. A.1: Pantalla para iniciar un proyecto en ISPLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 6
  • 38. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización Elaboración del diagrama y del archivo esquemático 8. Definir el nombre del archivo con el que se trabajará y éste será relacionado con la extensión .sch. La pantalla de captura esquemática es para definir las compuertas lógicas (AND, OR, NOT,…) requeridas para implementar una función booleana, como en la figura A.4. 9. Seleccionar el ícono de la parte superior izquierda del menú Drawing 10. Luego seleccionar la librería denominada “GATES.LIB”, y dibujar las compuertas requeridas para su proyecto, como se muestra en la figura A.5. Fig. A.2: Inicialización de un proyecto 6. Seleccionar (para esta práctica) el GAL16LV8/ZD con empaquetado de 20 pines. Le preguntará si desea cambiar el juego de información del dispositivo (change device kits) presionar OK. 7. De la ventana Source-New crear de un nuevo archivo fuente (ver la figura A.3). Seleccione Schematic Fig. A.4: Herramientas de dibujo (drawing) Fig. A.3: Selección de un archivo fuenteLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 7
  • 39. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización Conectores De la caja de herramientas de dibujo (drawing) seleccione el ícono si desea realizar una conexión entre compuertas o entre un punto de entrada o salida y una compuerta. Para trazar un conector en línea recta desde un punto hacia la terminal de un componente se requiere de un clic del ratón para iniciar y otro para terminar el conector. Etiquetas Para obtener las etiquetas seleccione de la caja de herramientas de dibujo (drawing) el ícono y aparecerá en la parte inferior de la pantalla Net Name Enter Net Name. Escribir el nombre de la variable y posteriormente oprima el ENTER y con el cursor posicione la variable al final del conector deseado y dar un click al ratón. Puertos de Entrada o Salida Fig. A.5: Selección de compuertas lógicas - Seleccionar de la caja de herramientas de dibujo (drawing) el ícono . Aparecerá un menú de opciones titulado I/O en donde debe elegir el tipo de puerto a usarse ( None, Input, Ouput y Bidirection), como en la figura A.7. Fig. A.7: Asignación de puertos de entrada/salida a una compuerta lógica. Fig. A.6: Selección de las compuertas requeridasLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 8
  • 40. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización Link Design Aquí verifica si el o los archivos contienen un código válido , en caso de que no sea aceptado aparecerá un mensaje que incluye una explicación y un código de error. Fit Design En algunas ocasiones los requerimientos de nuestro diseño sobrepasan la capacidad del dispositivo seleccionado. Esta rutina verifica si el diseño cabe en el dispositivo seleccionado, en caso de que no sea lo suficientemente se sugiere seleccionar un dispositivo de mayor capacidad como el GAL20V8 o el GAL22V10. Create Fuse Map En este proceso se obtienen dos archivos: El archivo reporte con extensión .rep que contiene la información de las ecuaciones, la distribución de terminales PIN OUT, el porcentaje de utilización del dispositivo , etc. Fig. A.8: Esquemático terminado. En el archivo .rep (Chip report) se presenta la lógica que ha sido generadaSe puede observar que en la figura A.8 se muestra el ejemplo de un diagrama así como un PINOUT del GAL programado. Un ejemplo de esto seesquemático completo, que incluye las compuertas AND, OR, NOR y NAND. muestra en la figura A.9 y en la figura A.10.Se debe guardar el archivo esquemático y se debe continuar con la creación del Consultar el archivo schematic.report para observar la asignación de lasprograma a grabar en el GAL siguiendo el siguiente proceso: entradas y salidas dentro del GAL, como en la figura A.9 y en la figura A.10. 11. Regresar a la ventana de ISP System Starter y asegurarse de la presencia en el recuadro izquierdo (Sources in Project igual al del dispositivo definido (GAL16V8ZD), y en el mismo recuadro la presencia del archivo con extensión .SCH 12. Iniciar el proceso de compilación ejecutando las siguientes rutinas que aparecerán en el recuadro derecho ( Processes for Current Source). 13. Dar doble click al archivo creado, y ejecutar las funciones: Compile, Check, and Reduce. Si no hubo problemas aparecerá una paloma en color verde. 14. Posicionarse en “GAL 16LV8/ZD” y ejecutar las funciones: Link, Fit, y Create Fuse. El significado de cada función se explica a continuación: Update all schematic Files En esta parte del proceso se actualizan los archivos que serán tomados en cuenta para la compilación (no ejecutar para esta práctica).Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 9
  • 41. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización B) Procedimiento para grabar el programa en el GAL Una vez generados los archivos anteriores proceder a grabar el programa en el GAL. Para esto de debe utilizar el programador universal que se encuentra conectado al puerto paralelo de la PC, como se muestra en la Fig. B.1. Fig. A.9: Vista del archivo reporte. Fig. B.1: Programador Universal conectado a un sistema PC. La secuencia de programación es la siguiente : 1. Acceder al archivo ejecutable del programa de grabación. (CHIPMAX for Windows). Aparecerá la pantalla de la aplicación como se muestra en figura B.2. 2. Seleccionar el dispositivo a programar (LATTICE GAL16V8D). 3. Cargar el archivo JEDEC que previamente fue diseñado utilizando la Fig. A.10: Vista de la asignación de entradas y salidas programadas en el GAL opción FILE-LOAD. (PINOUT)Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 10
  • 42. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización Fig. B.3: Selección del archivo ejecutable Fig. B.2: Pantalla del menú del programa del programador CHIPMAX. 4. Colocar el GAL en la base del programador y sujetarlo con la palanca. 5. Borrar el contenido previo del GAL seleccionando el ícono ERASE. Al terminar de borrarse el estado indicará OK, si es que se puede proseguir. 6. Verificar el estado de limpieza del GAL con BLANK. Nuevamente si la operación es correcta aparecerá el estado OK. 7. Seleccionar el ícono PROG.Si aparece un mensaje de que la tarea de programación se realizó con éxitoentonces el dispositivo estará listo para probarse.Se puede verificar que el grabado se realizó correctamente utilizando el íconoVerify.Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 11
  • 43. ITESM Departamento de Mecatrónica y AutomotizaciónC) Configuración del display de siete segmentos de cátodo común D) Hojas de especificaciones del GAL 16V8 Señales de activación (conectar a 5 VDC) R A B C D E F G DC05 GNDLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 12
  • 44. ITESM Departamento de Mecatrónica y AutomotizaciónLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 13
  • 45. ITESM Departamento de Mecatrónica y AutomotizaciónLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 14
  • 46. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización NOTAS: NOTAS:Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 15
  • 47. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización INTRODUCCIÓN Hasta este momento, en las prácticas anteriores se ha trabajado con circuitos PRÁCTICA #6 lógicos combinatorios; es decir, circuitos que para cada combinación de entradas el circuito dará siempre la misma combinación de salidas. MEMORIAS Y FLIP-FLOP’S La propiedad antes mencionada permite que el comportamiento de los Objetivos: circuitos lógicos combinatorios pueda ser descrito completamente con una tabla de verdad. - Conocer la diferencia entre control lógico secuencial y control lógico combinatorio Circuito Entradas Salidas - Conocer las memorias, su construcción y los circuitos integrados que Combinatorio realizan esta función - Conocer las memorias, su construcción y los circuitos integrados que Fig. 1: Configuración de un circuito combinatorio realizan esta función Hay otro tipo de circuitos en los cuales para una misma combinación de entradas pueden existir diferentes combinaciones de salidas en diferentes momentos. La razón de lo anterior es que ese tipo de circuitos va pasando por diferentes estados a través del tiempo y la salida, en un momento dado, depende de la combinación de entradas y del estado actual.LISTA DE MATERIAL A este tipo de circuitos se les conoce como circuitos secuenciales. Los - LED’s circuitos secuenciales para poder generar las salidas deseadas o correctas - Resistencias de 330 Ω deben tener la capacidad de “recordar” el estado actual y cambiarlo en los - Dip switch momentos adecuados. - 7400 - 7402 - 7404 Entradas Salidas Circuito - 7408 Combinatorio - 7432 - 7474 - 74107A Información Señal para - 74249 sobre el Elementos cambiar de estado actual de estado memoria Fig. 2: Configuración de un circuito secuencial Existen varios dispositivos de memoria como los contadores, secuenciadores, etc; todos ellos están formados y pueden ser construidos con elementos de memoria básicos que se conocerán en esta práctica.Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 1
  • 48. ITESM Departamento de Mecatrónica y AutomotizaciónMEMORIA SET-RESET Existen varias formas de construir esta memoria como: Una de las memorias de mayor aplicación es la memoria SET-RESET 1) Construcción con base en compuertas básicas (latch SET-RESET). Para construir esta memoria con compuertas básicas es necesario S Q conocer la función lógica que la describe. La función se obtiene a partir de una tabla de verdad con las definiciones a), b) y c) mencionadas en la sección anterior. R S R Q Para poder Fig. 3: Esquema de una memoria SET-RESET generar la salida 0 0 Q necesita saber el Esta memoria tiene las siguientes características: 0 1 0 valor actual de 1 0 1 ella misma a) Se activa (prende la salida Q) cuando recibe un pulso en la 1 1 n señal S (SET) b) Se desactiva (apaga la salida Q) cuando recibe un pulso en la Debido a la situación mostrada en la tabla de verdad se construye una señal R (RESET) nueva tabla de verdad de la siguiente forma: c) Si no recibe ninguna de las dos señales (ni S ni R) mantiene su estado actual S R Qactual Q 0 0 0 0 En la figura 4 se muestra un diagrama de tiempos del funcionamiento de esta 0 0 1 1 memoria. 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 S 1 0 1 1 1 1 0 n R 1 1 1 n Q Construyendo el mapa de Karnaugh tenemos: Fig. 4: Diagrama de tiempos de una memoria SET-RESET S Nota: Si se activan simultáneamente la señal SET y la señal RESET la salida dependerá del tipo de construcción interna de la memoria e incluso 0 1 puede llegar a tener una salida inestable, por lo cual no se recomienda 1 1 activar al mismo tiempo la señal SET y la señal RESET. Qactual 0 n R 0 nLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 2
  • 49. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización En suma de productos la función sería: 2) Construcción con base en NOR’s Q = S + QR La función lógica en formato de NOR se obtiene de la siguiente S manera: 0 1 Q = (S + Q )R = (S + Q )R = R + (S + Q ) 1 1 Qactual 0 n Por lo que el diagrama es: R 0 n En producto de sumas la función sería: S Q R Q = (S + Q )R - En la primera ecuación en caso de presentarse la señal de SET Fig. 6: Diagrama de una memoria SET-RESET con NOR’s RESET simultáneos la salida Q se enciende. - En la segunda ecuación en caso de presentarse la señal de SET y También puede requerirse Q y Q , para esto el diagrama es RESET simultáneos la salida Q se apaga. Esto es deseable en de la siguiente forma: muchas aplicaciones reales y se usará mucho esta ecuación por lo que se le pide que la MEMORICE. S El diagrama de la función en producto de sumas con compuertas Q básicas es el siguiente: S Q Q R R Fig. 5: Diagrama de una memoria SET-RESET Fig. 7: Diagrama de una memoria SET-RESET con NOR’s Ejercicio 1 Ejercicio 2 Construya la memoria SET-RESET con compuertas básicas y verifique su comportamiento conectando la salida a un LED. Construya la memoria SET-RESET con NOR’s para obtener Q y Q Verifique su comportamiento conectando las salidas a un LED.Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 3
  • 50. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización 3) Construcción con base en NAND’s Entradas Salidas Circuito Combinatorio El circuito para tener Q y Q con NAND`s es: Información Señal para S sobre el Elementos cambiar de Q estado actual de estado memoria Reloj (clock) Fig. 9: Configuración del circuito secuencial con reloj (clock) Q R Fig. 8: Diagrama de una memoria SET-RESET con NAND’s La señal de reloj (clock) se activará para permitir el cambio de estado, 4) El circuito 74279 luego se desactivará durante un periodo de tiempo pequeño (para permitir la estabilización del circuito combinatorio) y se activará nuevamente Este circuito incluye cuatro memorias SET-RESET con entradas repitiendo el ciclo en forma indefinida activas bajas (es decir, como la figura 8 pero sin los negadores). Para activarlas se debe hacer S=0 y para desactivarlas R=0. Un circuito de memoria SET-RESET que se actualiza sólo cuando está activa la señal de reloj es: Ejercicio 3 S Verifique el comportamiento del circuito 74279 conectando la(s) Q salida(s) a un LED. CMEMORIAS CON RETRASO Q Al diseñar circuitos secuenciales pueden existir problemas de “carreras R críticas”. Observe en la figura 2 que al momento de cambiar de estado, si varias señales de la información del estado actual deben cambiar a la vez Fig. 10: Diagrama de una memoria SET-RESET con retardo (por ejemplo, de estado 00 a 11), las señales de cambio al propagarse por la red combinatoria llegarán con retrasos diferentes (quizá por Observe que si la señal de C (clock) está en 0 la memoria SET-RESET no nanosegundos, pero diferentes) provocando que durante un pequeño cambiará independientemente de los valores de S y R. Cuando C=1 las intervalo de tiempo aparezca una información de estado errónea (por señales S y R podrán pasar. Este arreglo se conoce como una memoria ejemplo 01 ó 10). Este estado erróneo puede disparar a su vez otros SET-RESET con retardo (Observe que ahora S y R si son entradas activas estados que alteren el comportamiento deseado del circuito o incluso que altas). lo hagan inestable. Para evitar esto sería deseable que las memorias sólo ejecutaran los cambios de estado después de que las señales de la red En ocasiones sólo se desea retrasar una señal hasta que el reloj lo permita. combinatoria se hubiesen estabilizado. Para esto se podría usar un Para esto la memoria de la figura 9 se debe conectar de la siguiente esquema como el siguiente: manera:Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 4
  • 51. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización FLIP-FLOP’s MÁS COMUNES D Q a) FLIP FLOP D (Delay) El flip-flop D es muy utilizado en el almacenamiento de datos, ya que C posee la característica de retener el dato que recibe de entrada almacenándolo hasta que éste cambie de estado. El nombre de este flip- Q flop proviene del retraso que sufre la señal de entrada (D, delay) D Q Fig. 11: Diagrama de una memoria D D Q 0 0 Este arreglo es conocido como memoria D (Delay) con retraso y está 1 1 C disponible en el circuito TTL 7475. Q MEMORIAS SÍNCRONAS (FLIP-FLOP’s) Fig. 12: Diagrama y tabla de verdad de un flip-flop D La restricción del cambio de estado por nivel de reloj, comentado en el apartado anterior, requeriría que el pulso de reloj dure lo suficiente para El circuito 7474 es una memoria D activada por flanco positivo y con dos que cambie la memoria una vez, pero que no fuera tan largo como para señales más que se conocen como preset y clear, donde el preset que el circuito combinatorio alcance a reaccionar de nuevo, lo cual es mantiene en 1 la salida independientemente de lo que pase en la entrada, difícil de obtener. Para resolver este problema se han diseñado arreglos de mientras el clear mantiene en 0 la salida independientemente de la memorias (conocidas como memorias síncronas o Flip-Flop´s) que para entrada. ejecutar cada cambio de su salida requieren alguna de las siguientes condiciones: Ejercicio 4 • FLIP-FLOP disparado por pulso. En este tipo de arreglos, Verifique el comportamiento del flip-flop D 7474 conectando la(s) cuando el reloj está en el valor alto, se reciben entradas, pero la salida(s) a un LED. salida se cambia hasta que el reloj está en el valor bajo; es decir, se requiere el pulso completo (ascenso y descenso de la señal de b) FLIP-FLOP T reloj) para ejecutar un cambio de estado, pero ya no hay riesgo El flip-flop T se utiliza con frecuencia en la elaboración de módulos alguno de inestabilidad. contadores, la función de este dispositivo consiste en cambiar su estado • FLIP-FLOP disparado por transición positiva. En este tipo de actual al opuesto (inverso), con base en una transición negativa en la arreglos al momento de la transición positiva se leen las entrads y entrada T. El nombre de este flip-flop proviene del disparo o alternacia se ejecuta el cambio de estado una sola vez. que sufre la señal (T-Trigger o Toggle) • FLIP-FLOP disparado por transición negativa. En este tipo de arreglos al momento de la transición negativa se leen las entradas T Q T Q y se ejecuta el cambio de estado una sola vez. 0 Q C 1 Q Fig. 13: Diagrama y tabla de verdad de un flip-flop TLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 5
  • 52. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización D J Q c) FLIP-FLOP JK El flip-flop JK es uno de los más utilizados en la elaboración de circuitos C lógicos secuenciales, y es básicamente una extensión del flip-flop SR, la única diferencia radica en que la combinación de entrada J=K=1, que en la K Q memoria SR no está permitida, aquí se manda de salida el estado de Fig. 16: Diagrama de un flip-flop JK usado como D memoria Q negada. J K Q Para obtener un flip-flop T utilizando JK’s se debe conectar la misma 0 0 Q entrada T a ambas entradas de la memoria JK como se muestra en la 0 1 0 figura. 1 0 1 1 1 Q T J Q Fig. 14: Tabla de verdad de un flip-flop JK C Una de las grandes ventajas del flip-flop JK es que con éste se pueden K Q construir los tres flip-flops más comunes mencionados anteriormente Fig. 17: Diagrama de un flip-flop JK usado como T como lo son el SR, D y T. Ejercicio 5 Como se dijo, la construcción del flip-flop SR con el flip-flop JK sólo debe ignorarse la salida de la combinación de entrada no permitida en el Verifique el comportamiento del flip-flop JK 74107A conectando la(s) flip-flop SR, ya que las salidas en las demás combinaciones son las salida(s) a un LED. mismas. Ejercicio 6 S J Q Realice los flip-flops SS, D y T utilizando el flip-flop JK 74107A C Ejercicio 7 (opcional) R K Q Fig. 15: Diagrama de un flip-flop JK usado como SR Se desea controlar el arranque y paro de una bomba que suministra agua a una cisterna que se vacía constantemente. La bomba deberá La construcción del flip-flop D con JK’s se realiza conectando la entrada a arrancar cuando el nivel del agua se encuentre por debajo del J directamente, y la entrada K debe ser el inverso de la entrada J, esto se electrodo de nivel bajo B, y deberá detenerse cuando el nivel del agua puede realizar simplemente utilizando un inversor como se muestra en la alcance al electrodo de nivel alto A. figura. Los electrodos de nivel, tomarán el estado lógico uno cuando entren en contacto con el nivel del agua.Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 6
  • 53. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización ANEXOSREPORTE DE LA PRÁCTICA A) Identificación de los “pines” del OR 7432 a) Breve resumen de la práctica. b) Descripción y resultados obtenidos. c) Esquemas o circuitos que se indiquen d) Conclusiones (qué aprendió, cómo lo aprendió, qué teoría comprobó y por qué). e) Bibliografía f) Anexar la información solicitada por el instructor Investigar: 1. Una aplicación de cada uno de los FF’s SR, JK, D y T B) Identificación de los “pines” del AND 7408Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 7
  • 54. ITESM Departamento de Mecatrónica y AutomotizaciónC) Identificación de los “pines” del NOR 7402D) Identificación de los “pines” de la memoria S-R 74279 E) Identificación de los “pines” de la memoria D 7474Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 8
  • 55. ITESM Departamento de Mecatrónica y AutomotizaciónF) Identificación de los “pines” de la memoria J-K 74107A NOTAS:Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 9
  • 56. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización INTRODUCCIÓN En la práctica anterior, se entendió la necesidad de utilizar una señal de reloj PRÁCTICA #7 que sincronice el cambio de estado de los dispositivos de memoria en los circuitos secuenciales. CIRCUITOS DE TIEMPO Y OTROS CIRCUITOS SECUENCIALES COMUNES Entradas Salidas Circuito Combinatorio Objetivos: - Conocer el circuito LM555 y sus diferentes usos Información Señal para sobre el Elementos cambiar de - Conocer los circuitos de corrimiento de registros estado actual de estado - Conocer los contadores síncronos memoria Reloj (clock) T Fig. 1: Configuración del circuito secuencial con reloj (clock)LISTA DE MATERIAL En la figura 1, el periodo T debe ser lo suficientemente grande para que el - LED’s circuito combinatorio estabilice sus salidas entre cada instante de - Resistencias de 100 Ω actualización. En los siguientes apartados se mostrará como generar esta y - Resistencias de 330 Ω otras señales de tiempo. - Resistencias de 1000 Ω - Capacitores de 1 µF CIRCUITOS DE TIEMPO - Capacitores de 100 µF - Capacitores de 1000 µF Módulo temporizador 555 - LM 555 - 7474 Este módulo consiste de una memoria SET-RESET disparada por las - 74163A señales de salida de dos comparadores análogos, como se muestra en la figura 2.Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 1
  • 57. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización Vcc Reset Ejercicio 1 La memoria se apaga (RESET) R0 Conecte el circuito 555 como temporizador de un pulso (“one cuando: Vthreshold > 2/3Vcc Umbral (threshold) + shot”). Verifique el funcionamiento de las dos opciones de La memoria se - R Q Salida conexión de salida con un LED y envíe la señal de entrada con un prende (SET) interruptor. cuando: + S Q Nota: Se sugiere un pulso de alrededor de 6 segundos. Se sabe que Vtrigger < 1/3Vcc - Disparador (trigger) t ≈ 1.1Ra C Descarga Cada vez que la Conexión para generar un pulso periódico de reloj (multivibrador memoria se apaga la aestable) GND descarga se conecta a tierra. La estrategia básica para conectar el circuito 555 como un generador Fig. 2: Configuración del temporizador 555 periódico de pulsos es utilizar la señal de salida y la descarga para cargar y descargar un circuito RC. El voltaje variable del capacitor es Conexión como temporizador de un pulso (“one shot”) introducido a los comparadores por medio del umbral y el disparador, generando alternativamente señales de SET y RESET. Esta configuración permite generar un pulso de salida con duración fija cada vez que se recibe una señal de disparo. Vcc Disparo Salida Umbral (threshold) R0 t + RA - R Q Salida Fig. 3: Diagrama de tiempos del temporizador 555 como “one shot” + - S Q La duración del pulso de salida es ajustable mediante un circuito RC Disparador (trigger) (resistor-capacitor). C GND Salida Salida Entrada RB Entrada o o Fig. 5: Conexión del temporizador 555 como multivibrador aestable disparo disparo Fig. 4: Conexión del temporizador 555 como “one shot”Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 2
  • 58. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización REGISTRO DE CORRIMIENTO a) Inicio. El voltaje del capacitor Vc =0, por lo que se dispara el SET, Q se activa y el capacitor se carga a través de RA y RB. El registro de corrimiento consiste en un dispositivo que almacena n bits b) Estado 1. Cuando Vc > 2/3 Vcc, entonces el RESET se dispara, Q de información binaria y retarda n pulsos de reloj la salida de un bit se desactiva y Q conecta la terminal de descarga a tierra. El determinado. El número n depende de las compuertas que se utilicen para realizar el arreglo o del dispositivo comercial que se use. El registro capacitor se descarga a través de RB. de corrimiento tiene varios arreglos como paralelo-paralelo, paralelo- c) Estado 2. Cuando Vc < 1/3 Vcc, se dispara el SET, Q se activa y el serial y serial-serial que es el que utilizaremos en esta práctica. El registro capacitor se carga de nuevo. de corrimiento se puede construir con un arreglo de memorias D, cabe recordar que la memoria D se puede realizar con un memoria S-R o J-K. El circuito OSCILARÁ entre los estados 1 y 2. Podemos saber el tiempo del pulso generado por este circuito analizando los circuitos RC que se El funcionamiento del registro de corrimiento serial-serial se muestra de forman en los diferentes estados de funcionamiento. Por lo que: manera esquemática en la figura 6. thigh = 0.693(RA + RB )C 1 0 tlow = 0.693RBC Entrada 0 1 0 0 1 0 Salida T = thigh + tlow T = 0.693(RA + 2 RB )C 1 Después del pulso 1 0 1 0 0 1 Salida de reloj la información se recorre un bit T Fig. 6: Diagrama del funcionamiento de registro de corrimiento El arreglo con memorias D se muestra en la figura 7. Salida Entrada Salida D Q D Q D Q Vc 2/3 Vcc 1/3 Vcc Reloj Fig. 7: Diagrama del funcionamiento de registro de corrimiento Fig. 6: Diagrama de tiempos del temporizador 555 como multivibrador aestable Ejercicio 3 Ejercicio 2 Construya un registro de corrimiento de al menos 4 bits con el circuito 7474. Verifique el funcionamiento de cada etapa y de la Conecte el circuito 555 como multivibrador aestable. Verifique el salida con un LED. funcionamiento de la salida con un LED. Nota: Como reloj utilice el pulso del circuito de tiempo armado en el Nota: Se sugiere un pulso de alrededor de 0.2 segundos. Las ejercicio 2. resistencias deberán ser mayores a 1kΩLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 3
  • 59. ITESM Departamento de Mecatrónica y AutomotizaciónCONTADOR REPORTE DE LA PRÁCTICA Existen circuitos comerciales que tienen las funciones de contador tal a) Breve resumen de la práctica. como el 74160, el 74162 ó el 74163A. En esta práctica se utilizará el b) Descripción y resultados obtenidos. circuito 74163A que es un contador binario sincrónico de 4 bits que cuenta c) Esquemas o circuitos que se indiquen los pulsos de reloj. Este contador tiene las siguientes características: d) Conclusiones (qué aprendió, cómo lo aprendió, qué teoría comprobó y por qué). Clear asíncrono: Esta entrada al circuito hace la cuenta cero y domina e) Bibliografía sobre todas las demás entradas. Note que el contador f) Anexar la información solicitada por el instructor puede trabajar con lógica negativa, es decir, se habilita con 0 lógico. Investigar: 1. El funcionamiento de los multivibradores monoestables como Load síncrono: Al instante del pulso de reloj posiciona la cuenta en el circuitos de tiempo. Incluir un ejemplo de uno de éstos. valor dado por las entradas ABCD. RCO (Ripple Carry Out): Este punto da una salida de 1 lógico cada vez que la cuenta llegue al final. Enable T: Detiene la cuenta y deshabilita la salida RCO. Enable P: Detiene la cuenta Ejercicio 4 Verifique el funcionamiento del contador 74163A colocando LED’s a la salida y en el RCO. Verifique el funcionamiento del “clear”, “load”, “enable T” y “enable P”. Nota: Como reloj utilice el pulso del circuito de tiempo armado en el ejercicio 2.Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 4
  • 60. ITESM Departamento de Mecatrónica y AutomotizaciónANEXOS C) Identificación de los “pines” de l contador 74163AA) Identificación de los “pines” del circuito 555B) Identificación de los “pines” de la memoria D 7474Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 5
  • 61. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización NOTAS: NOTAS:Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 6
  • 62. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización CONTADOR DE PULSOS DE RELOJ a) Diseño intuitivo de un contador de pulsos de reloj asíncrono con flip PRÁCTICA #8 flop JK APLICACIONES DE FLIP FLOP´S Observe la siguiente numeración binaria para tres variables de salida: Objetivos: Q2 Q1 Q0 0 0 0 - Conocer el funcionamiento y la construcción de un contador 0 0 1 asíncrono y síncrono utilizando flip flop’s JK 0 1 0 - Construir un contador de eventos 0 1 1 - Aplicar los conocimientos de circuitos de tiempo y de flip flop’s en 1 0 0 un problema práctico 1 0 1 1 1 0 1 1 1 Analizando la numeración binaria se pueden generar las siguientes ideas claves, pensando en que cada cambio de los valores está dadoLISTA DE MATERIAL por el pulso de reloj: - LED’s 1) El bit Q0 se invierte en cada pulso de reloj. Este bit se puede - Resistencias de 100 Ω generar con un flip flop JK (JKFF) conectado como flip flop T - Resistencias de 330 Ω (TFF) con la entrada T=1. Esto se muestra en la figura 1. - Resistencias de 1000 Ω - Capacitores de 1 µF Q0 1 - Capacitores de 100 µF Q J - Capacitores de 1000 µF C - Dip switches - LM 555 Q K 1 - 74107A Fig. 1: Generación del bit Q0 2) El bit Q1 se invierte cada que el bit Q0 cambia de 1 a 0; es decir, en una transición negativa. Este bit se puede generar con un JKFF conectado como TFF con T=1 y su señal de reloj sería Q0 . Nota: Si los flip flop’s tienen señal de reloj por transición negativa y se desean contar las transiciones positivas se deberá introducir un negador como se muestra en la figura 2.Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 1
  • 63. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización largo, porque es la suma del tiempo que tarda cada flip flop en su Q1 Q0 transición positva (25 ns) y lo que tarda en su transición negativa (40 ns). Q J 1 Q J 1 Debido a que la transición no es simultánea, se presentan estados C transitorios, que en el caso de estar utilizando el contador como información o entrada a otro sistema, pueden generar inestabilidad o Q K 1 Q K 1 situaciones indeseadas. La transición que de 011 a 111 se realizaría de la siguiente manera: Significa FF con transición negativa 011 Estados Fig. 2: Configuración de un contador asíncrono 010 transitorios 000 indeseados 3) En general, el bit Qn se invierte cada vez que el bit Qn-1 cambia de 100 1a0 Ejercicio 1 Si se usan JKFF disparados por transición negativa y también con clear activo bajo, se tendría la configuración que se muestra en la figura 3. Construya el contador asíncrono de cuatro bits y muestre la cuenta utilizando LED’s. Q1 Q0 b) Diseño intuitivo de un contador de pulsos de reloj síncrono con Q J 1 Q J 1 JKFF C Las ideas clave del funcionamiento de este contador son: Q K 1 Q K 1 - El bit Q0 se invierte en cada pulso de reloj como en el caso anterior. - El bit Q1 se prende un pulso después de que Q0 tiene una transición negativa. Por lo que se puede usar Q0 como T de Q1 para que el cambio se de al momento del pulso de reloj. Clear - El bit Q2 se prende un instante después de que los bits Q1 y Q0 se Poner en 0 para limpiar hacen 1, por lo que T2=Q1·Q0. Poner en 1 para habilitar - En general, el bit Qn se prende un pulso de reloj después de que los Fig. 3: Configuración de un contador asíncrono bits anteriores estén en 1; es decir, Como se podrá observar el circuito mostrado en la figura 2 y 3 realiza Tn = Q0 ⋅ Q1 ⋅ Q2 LQn los cambios de valores necesarios para avanzar secuencialmente en la Tn = Tn −1 ⋅ Qn tabla de numeración binaria mostrada al inicio. Por lo anterior, este circuito se le conoce como contador asíncrono, esto es porque los flip La configuración de conexiones de este contador con un JKFF de reloj flop no cambian sus estados de forma sincronizada por un reloj. activado por transiciones negativas se muestra en la figura 4. Observe por ejemplo que al pasar del valor 011 al 100, los flip flop se dispararán en cascada, y el tiempo de actualización de la cuenta esLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 2
  • 64. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización Q0 Con esta configuración se puede tener el problema de que el evento mande un 1 lógico por más tiempo que un pulso de reloj, por lo que se tiene que introducir una corrección como la que se muestra en la Q2 Q J Q1 Q J Q J 1 figura 6. Q0 C Q K Q K Q K 1 Q J C Q J Evento Q K Fig. 4: Esquema del contador síncrono con flip flop’s Q K Ejercicio 2 Construya el contador síncrono de cuatro bits y muestre la cuenta Fig. 6: Contador de eventos más largos que un pulso de reloj utilizando LED’s. El único requerimiento de este contador es que los pulsos de relojCONTADOR DE EVENTOS deberán ser más largo que los “rebotes” causados por el elemento de entrada. En los anteriores incisos se mostró el funcionamiento de contadores que cuentan pulsos de reloj, pero muchas aplicaciones reales lo que requieren Ejercicio 3 contar son eventos. Un evento puede ser considerado el cambio de estado de un interruptor, ya sea botón pulsador, selector o, más comúnmente, un Construya un contador de eventos de cuatro bits, utilizando como sensor. evento los dip switches o el sensor fotoeléctrico para comprobar su funcionamiento, muestre la cuenta utilizando LED’s. Para realizar un contador de eventos se tienen dos opciones: Ejercicio 4 1. Utilizando el circuito contador de pulsos de reloj se alimenta la señal del evento al primer JKFF en forma de TFF como se muestra Se tiene un cruce de calles, en el que se encuentran funcionando en la figura 5. dos semáforos sincronizados. La duración de las luces será la Q0 siguiente: Verde: 25 segundos Amarillo: 5 segundos Q J Evento Rojo: 30 segundos C Se sugiere utilizar un pulso de reloj de 5 segundos. Q K A continuación se muestra el esquema de construcción: Fig. 5: Contador de eventosLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 3
  • 65. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización REPORTE DE LA PRÁCTICA a) Breve resumen de la práctica. b) Descripción y resultados obtenidos. Circuito c) Esquemas o circuitos que se indiquen Circuito de Contador d) Conclusiones (qué aprendió, cómo lo aprendió, qué teoría comprobó Combinatorio y por qué). tiempo e) Bibliografía f) Anexar la información solicitada por el instructor Investigar: 1. Como se realiza un contador de décadas asíncrono con JK’s Fig. 8: Esquema para la construcción de un semáforoLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 4
  • 66. ITESM Departamento de Mecatrónica y AutomotizaciónANEXOS NOTAS:A) Identificación de los “pines” del circuito 555B) Identificación de los “pines” de la memoria J-K 74107ALaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 5
  • 67. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización Ejercicio 1 Diseñe un detector de dirección de giro para un encoder PRÁCTICA #9 incremental de 2 fases (A y B). Tome en cuenta que los sensores fotoeléctricos están en modo “light on”. El giro en sentido horario SÍNTESIS DE CIRCUITOS SECUENCIALES SÍNCRONOS se denomina con la letra D por directa y en sentido contrario a las manecillas del reloj se denomina con la letra R por reversa. Objetivos: Fase A - Poner en práctica las herramientas de síntesis para circuitos Fase B secuenciales síncronos - Utilizar dispositivos lógicos programables para generar circuitos secuenciales síncronos DLISTA DE MATERIAL R - LED’s - Resistencias de 330 Ω - Dip switches -GAL 16V8 Fig. 1: Esquemático de la estructura de un encoderLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 1
  • 68. ITESM Departamento de Mecatrónica y AutomotizaciónREPORTE DE LA PRÁCTICA ANEXOS a) Breve resumen de la práctica. A) PROGRAMACIÓN DE CIRCUITOS LÓGICOS SECUENCIALES UTILIZANDO PLD’S b) Descripción y resultados obtenidos. c) Esquemas o circuitos que se indiquen 1. En la declaración de variables se deberá asignar el atributo ‘reg’ a la d) Conclusiones (qué aprendió, cómo lo aprendió, qué teoría comprobó y variable secuencial (recuerde que en la parte combinatoria de este por qué). laboratorio se utilizaba ‘com’). e) Bibliografía f) Anexar la información solicitada por el instructor Q0 PIN 23 ISTYPE ‘reg’ Investigar: 2. Para tener a la salida la salida invertida se utiliza el atributo ‘invert’ o si 1. Como se realiza la programación con el lenguaje ABEL, del se requiere la salida no invertida se utilizará ‘buffer’ GAL16V8, para circuitos secuenciales utilizando tabla de verdad. Q0 PIN 23 ISTYPE ‘reg,buffer’ 3. La expresión := y :> se utilizan para indicar los valores que tomarán las salidas secuenciales, en el caso combinatorio se utilizaba = y -> respectivamente. Q0 := D0; En este caso Q0 tomará el valor de D0 con el pulso de reloj y lo mantendrá hasta el siguiente pulso. 4. La extensión .CLK se utilizará cuando la variable que se esté utilizando este sincronizada por el reloj. En el ejemplo anterior, faltaría escribir la línea: Q0.CLK=Reloj; donde reloj es una variable de entrada definida al inicio del programa. 5. La extensión .AR es utilizada como reset asíncrono (salidas a cero sin importar el reloj) y la extensión .SP es utilizada como inicialización síncrona (se tiene la salida deseada cada pulso de reloj).Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 2
  • 69. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización B) PROGRAMA DE EJEMPLO La programación de un contador ascendente y descendente en código Gray de tres bitsModule Contador en código Gray de tres bitsTitle ‘Contador en código Gray’“Declaración de pines El número de pinClk, Clear pin 1,2; puede dejarse enY pin 3; blancoQ0,Q1,Q2 pin 21,22,23 ISTYPE ‘reg,buffer’;EquationsQ0 := Q2 & Q1 & Y # !Q2 & !Q1 & Y # Q2 & !Q1 & !Y # !Q2 & Q1 & !Y;Q1 := Q2 & Q0 & !Y # !Q2 & Q0 & Y # Q1 & !Q0;Q2 := !Q1 & !Q0 & !Y # Q1 & !Q0 & Y # Q2 & Q0;[Q0,Q1,Q2].CLK=Clk;[Q0,Q1,Q2].AR=!Clear; Esto es suficiente para obtener el funcionamiento deseado, se puede incluir una sección de Test_Vectors si así se desea. Nota: Cuando se utilice tabla de verdad se deberá declarar en el pin 11 la habilitación de las salidas (OE, output enable) , dependiendo si es declarada como negada o positiva, se conectará a tierra o a 5 V, respectivamenteLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 3
  • 70. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización NOTAS: NOTAS:Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 4
  • 71. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE CONTROL LÓGICO NEUMÁTICO PRÁCTICA #10 Un sistema de control lógico neumático se encuentra integrado, al igual que cualquier sistema automático, por los siguientes elementos: CONTROL LÓGICO NEUMÁTICO Transductores Transductores Objetivos: PLANTA - Que el alumno se familiarizarse con los dispositivos neumáticos de mayor aplicación en la automatización de procesos industriales. - Que el alumno aprenda a diseñar e implantar sistemas lógicos de Actuadores Sensores control en su versión todo neumático. CONTROLADORINTRODUCCIÓN Transductores En esta parte del laboratorio, se involucrará con otros elementos de gran Transductoresimportancia en el tópico de control lógico, como son las componentes neumáticas. USUARIO La gran cantidad de actuadores neumáticos instalados actualmente en las Fig. 1: Esquemático de un sistema de control lógico neumáticoindustrias es prueba suficiente de su importancia dentro de la automatización deprocesos, ya que cuando se trata de movimientos lineales simples, son Planta: Sistema físico que se desea controlar.generalmente la opción más adecuada por su sencillez y economía. Sensores: Dispositivos que evalúan el estado del proceso y presentan la información al controlador. Sin embargo, aunque los actuadores mencionados son muy conocidos, existeotro tipo de componentes neumáticas, como son las celdas lógicas neumáticas Controlador: Evalúa la información recibida del proceso y del usuario para(AND, OR y NOT), sensores, temporizadores y secuenciadores neumáticos, que en tomar decisiones sobre las acciones a seguir.conjunto con los actuadores nos permiten construir sistemas automáticos de bajo Actuadores: Son los dispositivos que reciben la señal del controlador y actúancosto, que utilizan exclusivamente aire comprimido como fuente de energía, directamente sobre la planta para modificar su estado.constituyendo lo que se conoce como automatización totalmente neumática. Transductores: Dispositivos que traducen la información entre el circuito de control, los sensores y los actuadores. Se debe mencionar que la automatización en su versión todo neumático havisto restringido su campo de acción a sistemas automáticos pequeños y de bajocosto, ya que los nuevos controladores lógicos programables (PLC´s) con su granversatilidad, sus nuevas funciones, su sencillez y el descenso de sus precioscomienzan a acaparar rápidamente el mercado de los sistemas automáticos decomplejidad mediana y alta. Sin embargo, el terreno que han perdido sólo se refiereesencialmente al circuito de control, ya que los actuadores neumáticos siguen yseguirán siendo el pilar fundamental de los sistemas lógicos de control.Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 1
  • 72. ITESM Departamento de Mecatrónica y AutomotizaciónACTUADORES NEUMÁTICOS - Cilindros telescópicos. Los actuadores neumáticos aprovechan la energía almacenada en el aire Son varios vástagos de diferentes diámetros, introducidos unos dentrocomprimido, en forma de presión, para convertirla en movimiento. Su mayor aplicación de otros. Reducen considerablemente la longitud del cilindro cuandola encuentran en movimientos lineales. Sin embargo existen también actuadores que está retraído.producen movimiento rotatorio. A continuación se presenta los más comunes, para - Cilindros tándem.ambos casos. Son dos cilindros acoplados por sus vástagos. Aumentan la fuerza al doble para un mismo diámetro de pistón.A) Actuadores Lineales - Unidades lineales de avance sin vástago. Cilindro sin vástago. El émbolo se desplaza por dentro del cilindro 1) Cilindros de simple efecto. y transmite el movimiento por acoplamiento magnético a una corredera que se desplaza externamente al cilindro, utilizándolo como guía. Reduce el espacio de instalación del cilindro para una carrera dada y proporciona en forma natural una guía para el movimiento de la corredera. Sólo poseen una entrada, en la que es inyectado el aire comprimido a - Otras realizaciones.presión para extender el pistón. El retroceso del cilindro se lleva a cabo por medio Existen muchas otras realizaciones como los minicilindros,de un resorte o una fuerza externa, cuando la presión inyectada desaparece. cilindros con vástago hueco para conducción de vacío, cilindros con émbolo cuadrado antigiro, etc. Se recomienda consultar el 2) Cilindros de doble efecto. catálogo del fabricante cuando se desee una aplicación específica. B) A c tu a d o r e s g ir a to r io s Se les llama de doble efecto porque requieren de aire comprimido para 1) Actuadores de giro restringidoambos movimientos, el de avance y el de retroceso. Convierten la energía almacenada en el aire comprimido, en un movimiento 3) Cilindros especiales. giratorio, restringido a cierto número de grados usualmente no mayor de 360. Se fabrican en diferentes presentaciones según su requerimiento de par. Por ejemplo, Existe una gran variedad de cilindros especiales, los cuales no son más que los de aleta para pares pequeños y los de piñón-cremallera para pares grandesmodificaciones y/o asociaciones de los anteriores. Algunos de los más populares se (cilindro lineal acoplado a un sistema piñón-cremallera).mencionan a continuación: - Cilindros de doble vástago. El vástago se extiende hacia ambos lados. Posee mayor resistencia a cargas perpendiculares al movimiento. - Cilindros multiposicionales. Son dos cilindros de diferente longitud acoplados mecánicamente por la carcaza. Proporcionan 4 posiciones fijas en lugar de las dos de un cilindro normal.Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 2
  • 73. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización 2) Motor neumático En la posición trada en la figura, la salida hacia el cilindro B queda conectada a la Proporcionan movimiento giratorio continuo. Pueden ser unidireccionales o atmósfera a través del orificio C, provocando que el cilindro se encuentre retraído.bidireccionales. Al igual que el mencionado anteriormente, se fabrican en diferentes Al operarse manualmente esta válvula oprimiendo el botón negro, se desplaza elpresentaciones. Como ejemplo, los de aletas para pares pequeños y velocidades altas, bloque gris dentro del sistema, bloqueando la salida a la atmósfera y comunicandomientras que los de pistones para pares grandes y velocidades bajas. En ambos casos, es la toma A con la B. De esta manera se permite el paso del aire comprimido alimportante señalar que la velocidad de trabajo se controla en forma muy sencilla cilindro para que pueda extenderse. Luego, al quitarse la acción manual sobre laregulando el flujo de aire comprimido de entrada. válvula, y debido a la acción del resorte, el bloque gris regresará a su posición original, quedando B nuevamente conectada a la atmósfera y el cilindro se retraerá. A la válvula descrita se le conoce como válvula de 3 vías/2 posiciones normalmente cerrada (3/2 NC), porque conecta tres vías (A, B y C) en dos formas diferentes, dependiendo de la posición del vástago. En su posición normal, cuando el botón no se encuentra presionado, la entrada de aire comprimido A se encuentra Fig. 2: Motor unidireccional (izq.) y bidireccional (der.) cerrada.TRANSDUCTORES DE POTENCIA La figura anterior muestra detalladamente el comportamiento de la válvula, sin embargo, al hacer los diagramas de instrumentación no sería práctico Los transductores más usuales en los circuitos neumáticos se localizan dibujar cada válvula con tanto detalle, por lo que se utiliza una simbología másentre el circuito de control y los actuadores. Estos reciben la información del sencilla que ilustra de otra forma el comportamiento de la válvula. La simbologíacircuito de control (usualmente señales eléctricas o neumáticas de baja intensidad), para la válvula anterior, conectada a un cilindro de simple efecto, será la siguiente:para convertirla en las señales neumáticas de fuerza necesarias para que el actuadorrealice la acción deseada. Dado que su función es controlar la dirección del flujo de aire comprimidohacia ambos lados del actuador, también se les conoce como válvulas direccionaleso simplemente como distribuidores. Para entender mejor su funcionamiento, sepresenta un esquema en la figura 3. B C Fig. 4: Válvula 3/2 NC (Válvula de tres vías, dos posiciones, normalmente A cerrada) Fig. 3: Esquemático de una válvula direccional Como se observa en este diagrama, en la posición normal, la válvula permite el paso del aire del cilindro, conectado a la vía B, hacia la atmósfera a Esta válvula se utiliza para controlar el movimiento de cilindros de simple través de la vía C, mientras que la entrada de aire en la vía A queda bloqueada.efecto. El aire del compresor se conecta a la entrada A. El cilindro a la salida B y elorificio C constituye un escape a la atmósfera.Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 3
  • 74. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización Al presionar el botón pulsador, todo el rectángulo se desplaza hacia la izquierda,colocando la flecha vertical entre A y B, lo que representa que permite el paso de aire comprimidode A hacia B, mientras que la salida a la atmósfera C se bloquea. Cuando el botón pulsador sesuelta, la válvula regresa nuevamente a su posición normal debido a la acción del resorte.SIMBOLOGÍA PARA VÁLVULAS DIRECCIONALES Del símbolo anterior, se pueden entender fácilmente las reglas que sesiguen para elaborar los símbolos de las válvulas direccionales:1) Las posiciones que puede tomar la válvula se representan por cuadros.2) Las conexiones al exterior (vías) se representan en uno de los cuadros (el de 3/2 NC Monoestable 5/2 Monoestableposición normal o reposo) de la manera siguiente: Control de cilindros de simple efecto Control de cilindros de doble efecto - Un triángulo entrante si es conexión al suministro de presión. - Un triángulo saliente si es escape a la atmósfera. - Una línea recta si es conexión a otro dispositivo.3) La dirección del flujo del aire en cada posición se representa por: - Flechas ( ). - Puntos de bloqueo (T). - Puntos ( • ) para indicar conexiones internas entre líneas que se cruzan.4) El tipo de señal que provoca el cambio de estado de la válvula, definida como señal deaccionamiento o piloteo, pueden ser de diferentes tipos: manual, eléctrica (a través de unsolenoide), neumática, mecánica, por resorte, etc. Estas señales de accionamiento seindican en la parte exterior de la válvula mediante símbolos como los trados en la figura 5. 5/2 Biestable 5/3 Con posición central de bloqueo Control de cilindros de doble efecto. Control de cilindros de doble efecto. Si no existe señal permanece en la Si no existe señal se detendrá en la última posición ordenada posición intermedia Fig. 5: Señales de accionamiento Para conocer otros tipos de señales de accionamiento y su simbología, se Además de la válvula mencionada anteriormente, existen otras que se recomienda consultar algún catalogo comercial de componentes neumáticos.utilizan como interfaces de potencia de actuadores neumáticos. A continuación, sepresentan algunas de las más comunes y sus aplicaciones más usuales: Nota: a) Se usa el término monoestable, para indicar una válvula que en ausencia de señal tiene solo una posición de estado estable. Por el contrario, una válvula biestable, en ausencia de señal puede tomar cualquiera de dos estados posibles. Esto puede interpretarse como que recuerda la última posición ordenada. Por esta razón a las válvulas biestables se les conoce como válvulas con memoria.Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 4
  • 75. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización b) Para conocer otros tipos de válvulas consulte un catálogo de b) Regulación de fuerza componentes neumáticos. La regulación de fuerza se logra controlando la presión máxima que seREGULADORES DE FUERZA Y VELOCIDAD aplica al cilindro. Para ello, se utiliza una válvula reguladora de presión. Esta válvula permite el paso de aire, mientras la presión de salida no alcance un valor Con las válvulas vistas en la sección anterior, se ha logrado controlar la determinado, denominada presión de corte. Cuando esto sucede la válvula cierra eldirección del movimiento del cilindro, avance o retroceso. Sin embargo, en muchas paso del aire evitando que la presión aumente.aplicaciones esto no es suficiente, pues se requiere además regular la velocidad o lafuerza del cilindro. Para esto se utilizan dos tipos de válvulas, las cuales alincorporarse al circuito de fuerza de aire comprimido, nos permiten regular estasvariables. A) REGULACIÓN DE VELOCIDAD La regulación de la velocidad se logra restringiendo el flujo de aire quesale del cilindro mediante una válvula de estrangulamiento. La más usual es larestricción unidireccional. Esta, además de la válvula de estrangulamiento,incorpora una válvula check. Esto le permite restringir el flujo del aire solo en unadirección (cuando el aire intenta circular en sentido contrario, fluye libremente a Fig. 7: Regulador de velocidadtravés de la check). En la figura 6 se muestra su símbolo y la forma en que seincorporaría a un circuito de fuerza neumático para regular la velocidad de su Para entender su funcionamiento, piense en la flecha interior comoavance. un conducto entrada - salida (ver en la figura anterior) que puede desplazarse hacia abajo empujado por la presión neumática de salida. Si dicha presión es menor a la presión de corte, el resorte mantendrá el conducto en la posición indicada, permitiendo de esa manera el paso del aire. Pero cuando la presión de salida alcanza la presión de corte, ésta vencerá la oposición que ofrece el resorte, desplazando el conducto hacia abajo, cerrando el paso del aire y evitando que la presión aumente. La presión de corte se ajusta regulando la presión del resorte. SENSORES Existe una gran variedad de sensores que detectan la posición de los cilindros y/u otras variables importantes. Esta información es aprovechada por Fig. 6: Regulador de velocidad ejemplo, para enviarla al controlador, ya sea en forma neumática o eléctrica, dependiendo del tipo de circuito de control empleado. Sólo mencionare que cuando el circuito es todo neumático, es usual que para detectar la posición del cilindro, se utilicen válvulas 3/2 NC como las vistas anteriormente, pero accionadas por rodillos, de tal manera que cuando el cilindro toca el rodillo, este último activa la válvula y una señal neumática es enviada al controlador.Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 5
  • 76. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización a) CELDA NEUMATICA AND La celda neumática AND posee dos entradas A y B, y una salida C. Esta salida enviará una señal neumática si en A y B existen señales neumáticas simultáneamente. Su símbolo es el siguiente: & A A•B B La función AND también es conocida como válvula de doble Fig. 8: Sensores simultaneidad, y utiliza la siguiente simbología:CIRCUITOS DE CONTROL NEUMÁTICO Como ya menciona, el circuito de control para actuadores neumáticospuede ser eléctrico, neumático o electrónico (éste último a través de PLC´s). En lapresente sección nos centrare en los circuitos de control neumáticos, es decir,circuitos de control que reciben, procesan y envían las señales en forma totalmenteneumática. En muchas ocasiones el uso de válvulas AND, puede evitarse utilizando una conexión de válvulas en serie, como se muestra en la figura 9. Estos circuitos de control consisten, al igual que todos los demás circuitoslógicos, de una interconexión de celdas lógicas neumáticas básicas (AND, OR yNOT). Estas celdas reconocen los valores lógicos como niveles de presión. Si se poseen este tipo de celdas, cualquier circuito de control lógico diseñadocon compuertas digitales, podrá ser igualmente implantado con celdas neumáticas. Estoes especialmente útil cuando se trabaja con circuitos lógicos combinatorios, en los quepara cada combinación de entradas existe una y sólo una salida. Existe otro tipo de circuitos conocidos como circuitos lógicossecuenciales. Estos evolucionan secuencialmente por etapas, y para cadacombinación de entradas puede haber varias salidas distintas, dependiendo de laetapa en la que se encuentre. El diseño de un circuito de este tipo utilizandoexclusivamente celdas lógicas puede tornarse bastante complejo. Para resolver estetipo de problemas se ha desarrollado el secuenciador neumático, el cual permiteautomatizar secuencias complejas en forma rápida, y permitiendo obtener Fig. 9: Conexión en serieresultados altamente satisfactorios. En los apartados siguientes se analizará con detalle las celdas lógicasneumáticas y el secuenciador neumático.Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 6
  • 77. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotizaciónb) CELDA NEUMATICA OR Si no se tiene esta válvula, la misma función se puede implantar con una válvula 3/2 normalmente abierta con accionamiento neumático. La celda OR neumática posee dos entradas A y B, y una salida C. Esta salidaenviará una señal neumática si en A o B existen señales neumáticas. Su símbolo es elsiguiente: A A +B B La celda neumática OR también es conocida como válvula dobleunidireccional, y utiliza la siguiente simbología: A+B d) SECUENCIADOR NEUMÁTICO A B El secuenciador neumático es una poderosa herramienta para automatizar secuencias en forma neumática. Su conexión es muy sencilla y no requiere de conocimientos avanzados, sino tan sólo comprender su funcionamiento interno. Básicamente, consiste de un conjunto de módulos apilados, quec) CELDA NEUMATICA NOT representan cada uno, una etapa de la secuencia deseada. Si la secuencia a automatizar involucra seis etapas, el secuenciador estará formado por seis módulos En la celda neumática NOT neumática se desea tener una salida opuesta a y un par de módulos adicionales que representarán los extremos del secuenciador.la entrada, es decir que si hay presión en la entrada, no haya presión en la salida; yque si no hay presión en la entrada, si haya presión en la salida. Para lograr estoúltimo, es necesario que la válvula NOT posea, además de la entrada que se deseanegar, una entrada de suministro de presión adicional para poder suministrar laseñal cuando ésta no exista en la entrada. El símbolo de la celda NOT, es de la celda AND con una entrada negada.La otra entrada es conectada a la fuente de presión de aire comprimido. Fig. 10: Secuenciador neumático Cuando se desea iniciar la secuencia, se envía una señal de arranque a la entrada A del extremo izquierdo, lo cual provocará que el secuenciador active la etapa uno (X1=1). Esta señal se envía a la válvula direccional correspondiente para dar movimiento a el/los actuador/es deseado/s. Cuando la acción ha sido concluida, se envía desde el proceso una señal indicadora de fin de etapa uno (C1), logrando así activar la etapa dos y desactivar la etapa uno. Este ciclo se repetirá enLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 7
  • 78. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotizacióncada una de las etapas, enviando la orden al actuador mediante la señal de etapacorrespondiente (X#). Cuando la acción ha sido terminada, se recibirá la señal de El comportamiento anterior se interpreta mejor, analizando lasretroalimentación correspondiente (C#) para pasar a la etapa siguiente. conexiones más comunes: Sólo resta explicar para qué se utilizan las señales A y B de los módulos a) Secuencia iniciada con arranque y repetida continuamente hasta presionarextremos. Para entender su uso, necesitamos primero comprender las operaciones paro.que se realizan en cada transición de una etapa a la siguiente. P a ro Para evitar activaciones de las etapas en momentos no deseados, elsecuenciador requiere, para activar cualquier etapa, que se encuentre activa la etapaanterior y que su señal de fin de etapa se presente. Es decir, es imposible que el R e se t X1 X2 X3 B X4 X5 X6 Bsecuenciador active la etapa tres si no se encuentra activa en ese mismo momento P re sió n Ala etapa dos. Igualmente, la etapa dos no será desactivada hasta cerciorase que la A rra n q u e C1 C2 C3 C4 C5 C6 Aetapa siguiente, la etapa tres, se encuentre activa. Para garantizar esta operación, en cada cambio de etapa, ocurre un ≥1intercambio de información interna entre los módulos involucrados. Esteintercambio, es ilustrado en la figura anterior entre los módulos tres y cuatro. En este esquema, es probable que se utilice la señal de Paro, o bien otraCuando se active la etapa tres, y se presente la señal de fin etapa C3, el tercer señal diferente, para restablecer a los cilindros a su posición de reposo almódulo envía una señal A hacia el módulo cuatro, para indicarle que se active. A terminar el ciclo.su vez, el módulo cuatro al recibir la señal, se activa y envía una señal deretroalimentación B al módulo tres para que proceda a su desactivación, pues él ya b) La secuencia se ejecuta una sola vez, cada que se presiona el pulsador deasumió el control de la tarea. arranque. Al terminar la secuencia automáticamente el secuenciador de apaga. El pulsador de paro se utiliza para detener la secuencia antes de Este intercambio de información se lleva a cabo automáticamente entre terminar en casos de emergencia.todos los módulos en cada transición. Sin embargo, el último módulo, móduloseis en nuestro caso, no tiene a nadie después de él, y cuando aparece la señal Parode compuerta C6, este mismo módulo necesita enviar su señal A, para que seactive la siguiente etapa. Como él no sabe quién es la siguiente etapa, la señal X2 X1 X3 X4 X5 X6A se pone a disposición del usuario en el módulo del extremo derecho, para que Reset B B Presiónpueda ser conectada a donde sea requerida. Esta conexión puede dirigirse a la A Aetapa inicial de otro secuenciador, a la etapa inicial del mismo secuenciador si Arranque C1 C2 C3 C4 C5 C6se trata de un proceso cíclico, o bien puede no haber ninguna etapa siguiente yel secuenciador se restablecerá a cero. De la misma manera que el módulo seis envía esa señal A hacia la“siguiente etapa”, requiere la señal de retroalimentación B, que informa quedicha “etapa siguiente” se encuentra activa para poder apagarse. Esta señal B esrecibida a través de la terminal B de la extrema derecha. Finalmente el módulouno cuando es activado envía una señal de retroalimentación B, disponible enel módulo del extremo izquierdo, para la etapa anterior a el. La señal Reset delextremo izquierdo apaga todas las etapas del secuenciadorLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 8
  • 79. ITESM Departamento de Mecatrónica y AutomotizaciónDESARROLLO DE LA PRÁCTICA 1) Ejercicios para familiarizarse con el equipo y reafirmar los conceptos básicosEl instructor describirá la sección neumática del tablero de control lógico (verfigura) a) Conecte un botón pulsador y un botón selector a dos indicadores ópticos. Observe la diferencia en su funcionamiento. b) Conecte su circuito de modo que al presionar el botón A, el cilindro uno avance, y al presionar el botón P, retroceda. c) Regule a su gusto la velocidad de avance del cilindro uno. d) Conecte su circuito para que el cilindro comience un movimiento continuo avance - retroceso. 2) Problemas prácticos. a) Problema práctico combinatorio Diseñe e implante el sistema de control neumático para que el cilindro uno haga lo siguiente: 1) Si se acciona manualmente el botón selector B, el cilindro deberá iniciar un movimiento continuo de avance - retroceso. 2) Si se deja de accionar el botón selector B, el cilindro deberá retroceder y permanecer en reposo. 3) La función AND de la salida de dos válvulas, puede construirse conectando las válvulas en serie, en lugar de utilizar una celda AND. ¿Cómo conectaría el circuito anterior si no tuviera celdas AND?. Conéctelo 4) Se desea que además de las condiciones anteriores al apagar el botón selector B se pueda hacer avanzar el cilindro en manual; es decir, que avance presionando el botón A y retroceda con el botón P. 5) Añada al problema anterior lo necesario para que el cilindro se mantenga extendido cinco segundos antes de retroceder. b) Problemas prácticos secuenciales 1) Se desea realizar el corte y estampado de una moneda con un método innovador que consiste en realizar ambas acciones con un solo cilindro con un troquel de tungsteno. La máquina se muestra en la siguiente figura donde el cilindro 1 (después de presionar un pulsador) alimenta con piezas al cilindro 2 para que posteriormente éste realice tanto el corte como el estampado, después la moneda sigue su proceso transportada por una banda que no es de interés paraLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 9
  • 80. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización nuestro proceso. Analice, diseño e implante el control de este proceso ii) Se requiere ahora que el cilindro de corte se encuentre en la con componentes neumáticas . parte baja, al menos cinco segundos. Para ello deberá realizar ajustes a su diseño incorporando un temporizador. 2) Para el siguiente problema haga el análisis, diseño e implantación en la parte del tablero correspondiente a control lógico neumático. Utilice el secuenciador neumático para resolver este problema. En una fábrica de donas se desea aumentar la producción, para lo cual se automatizará la segmentación o el corte de la masa en los trozos que después de horneados serán las donas. El proceso que se desea implantar es el siguiente: i) En una banda continua, se depositarán los trozos de masa que deberán ser cortados. Luego, un cilindro c2 se activará para sujetar la banda. Así, otro cilindro c1 empujará al cilindro c2 para colocar la masa bajo un molde sujetado a un cilindro c3 que cortará perfectamente y con rapidez los bolillos. Una vez realizado el corte, el cilindro c2 se retraerá, dejando de sujetar la banda y lo mismo sucederá con el cilindro c1. De ésta manera, la banda recorrerá una longitud determinada colocando un trozo de masa cada vez que los dos cilindros realicen la secuencia anteriormente descrita. En la siguiente figura se muestra la disposición de los cilindros. Suponga para este problema, que el cilindro c3 es de doble efecto.Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 10
  • 81. ITESM Departamento de Mecatrónica y AutomotizaciónREPORTE DE LA PRÁCTICA NOTAS: a) Breve resumen de la práctica. b) Diagramas de fuerza de los problemas resueltos (con simbología neumática) c) Tablas de verdad y mapas de Karnaugh d) Ecuaciones boolenas obtenidas e) Conclusiones (qué aprendió, cómo lo aprendió, qué teoría comprobó y por qué). f) Bibliografía g) Anexar la información solicitada por el instructor Investigar: 1. El funcionamiento de la válvulas proporcionales e investigue un proveedor de éstas.Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 11
  • 82. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización El foco F se encenderá si A y B se encuentran cerrados, lo cual puede ser expresado con una función booleana de la siguiente manera: F= A • B. PRÁCTICA #11 CONTROL LÓGICO ELÉCTRICO Objetivos: - Que el alumno conozca el funcionamiento del relevador electromecánico, y aprenda sobre su aplicación en la construcción de funciones lógicas. b) Circuito paralelo - Que el alumno se familiarice con el diseño y construcción de circuitos combinatorios y secuenciales mediante relevadores. Un circuito que posea interruptores conectados en paralelo, y luego a su vez estos se encuentren conectados en serie a una lamparilla, representan en forma natural la función lógica OR.INTRODUCCIÓN El foco F se encenderá si A o B se encuentran cerrados, lo cual puede ser expresado con una función booleana de la siguiente manera: F = A + B. En esta práctica se utilizará al relevador electromecánico como otro elementopara construir funciones lógicas. Los relevadores fueron durante muchos años la principal herramienta para laconstrucción de controladores lógicos industriales. En la actualidad, cuando se tratade circuitos de complejidad media o alta, se encuentran siendo desplazados por loscontroladores lógicos programables (PLC´s). Sin embargo, dado que en la industriaexiste aún una gran cantidad de tableros de relevadores, que la programaciónpráctica de los PLC´s modernos se encuentra basada en ellos, y que cuando se tratade circuitos sencillos continúan siendo la opción robusta más económica, esimportante familiarizarse con el diseño y comportamiento de estos dispositivos. c) Circuitos serie-paralelo de interruptoresCIRCUITOS ELÉCTRICOS Ahora bien, si la combinación serie de interruptores reproduce la función lógica AND, y la combinación paralelo de interruptores produce la función lógica OR, Cuando analizamos el comportamiento de los circuitos eléctricos serie y entonces una combinación de estos circuitos serie y paralelo reproducirá unaparalelo, visualizamos fácilmente su semejanza con las funciones lógicas básicas. combinación de funciones lógicas AND y OR. Esto es, una función lógica más compleja. a) Circuito Serie Por ejemplo la función lógica F = ( A • B + C • D) • E , se construiría: Un circuito eléctrico con interruptores conectados en serie entre sí, y su vez, luego son conectados en serie a una lamparilla, representa en forma natural la función lógica AND.Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 1
  • 83. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización Este tipo de arreglos de interruptores nos da gran flexibilidad en la construcción defunciones booleanas. Sin embargo presenta dos problemas importantes a tener en cuenta: a) Cada interruptor puede usarse solo una vez. Esto representa una restricción al construir funciones donde cada variable solo debe aparecer una vez en la función boolena. Las funciones que requieren usar dos veces la misma variable no podrían construirse simplemente El relevador consiste de una placa pivoteada en uno de sus extremos, con una terminal platinada en el otro. Al moverse la barra, hace que esta terminal, que con interruptores. Por ejemplo F = ( A • B + C) • F + ( A • D • C) . llamaremos común C, entre en contacto con una de las dos terminales fijas que b) No se pueden construir las funciones NOT usando sólo interruptores, ya llamamos NA (normalmente abierto), y NC (normalmente cerrado). que requeriríamos que el foco se encontrara encendido, cuando el interruptor se encontrara abierto. Por ejemplo F = A , en la que la Cuando el interruptor A se encuentra abierto, el resorte jala la barra hacia lamparilla deberá estar encendida con el interruptor A abierto. Sin arriba y mantiene la terminal común C en contacto con la terminal superior NC embargo, algunos interruptores sí incluyen, además del contacto normal como se muestra en la figura. Al cerrarse el interruptor A, un electroimán atrae la (contacto abierto mientras no se active el interruptor), un contacto placa pivoteada hacia abajo, venciendo la fuerza del resorte, abriendo el contacto invertido (contacto cerrado mientras no se active el interruptor); por lo entre C y NC, cerrando el contacto entre C y NA. que esta situación puede ser obviada. Al contacto formado entre C y NC le llamamos normalmente cerrado porqueRELEVADOR ELECTROMECÁNICO se encuentra cerrado cuando el relevador se encuentra sin energía, y al contacto formado entre C y NA le llamaremos normalmente abierto, porque se encuentra Para resolver los problemas mencionados, se desarrolló un dispositivo cerrado cuando el relevador se encuentra sin energía, siendo el estado sin energíaelectromecánico conocido como relevador, que realiza dos funciones básicas: del relevador su estado normal. - Reproduce un contacto A varias veces. Esto significa que posee varios Como se puede observar, el contacto normalmente abierto NA reproducirá el contactos que reproducen el comportamiento del contacto A. Si A se abre, comportamiento de A, y el contacto normalmente cerrado NC, invertirá el todos esos contactos también se abren, si A se cierra todos esos contactos comportamiento de A. Lo anterior es simbolizado de la siguiente manera: también se cierran. - Produce varios contactos A . Posee contactos que se comportan opuesto al contacto A. Según se describió anteriormente, si A se abre, todos sus contactos se cierran, mientras que si A se cierra todos sus contactos se abren. La siguiente figura muestra el diagrama esquemático de operación de unrelevador, que es energizado mediante un interruptor A y una fuente de voltaje.Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 2
  • 84. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización Este conjunto de contactos, es usual que agrupe a otros, a través de un por su similitud con éstas. En estas representaciones de diagrama escalera el dibujoacoplamiento mecánico, cuyos movimientos son iguales a los descritos. De esta de la fuente de energía se omite y sólo se dibujan las líneas paralelas entre las queforma manera, a través del relevador con solo un interruptor A, pueden producirse se sostienen los peldaños de las conexiones.varios contactos NA ( A ) y varios contactos NC ( A ) eléctricamente aisladosentre sí, simbolizados como en la figura siguiente: La siguiente figura muestra un diagrama de escalera en el que se construyen dos funciones: F = A • B + C y G = A • D + E . Observamos allí que el relevador A se utilizó para reproducir el contacto A dos veces, mientras que el relevador B se utilizó para negar el contacto B.FUNCIÓN NOTUtilizando el relevador es muy fácil construir la función NOT. TIPOS DE INTERRUPTORES En muchas ocasiones, el interruptor que se adquiere en el comercio, no viene solo con un contacto normalmente abierto, sino que además puede traer uno normalmente cerrado.El foco se encenderá sólo si A se encuentra abierto.DIAGRAMAS DE ESCALERA Cuando se construyen funciones lógicas complejas mediante interruptores yrelevadores, al diagrama eléctrico obtenido se le denomina diagrama de escaleraLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 3
  • 85. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización Observe que en el interruptor de tres terminales, los contactos NA y NC noson eléctricamente independientes, pues poseen una terminal común. Si desea S R Ma Mfemplear ambos en un diagrama de escalera, debe verificar que las posiciones de loscontactos en el diagrama, posean también una terminal común. 0 0 0 0 S=R=0 dejarla como está Mf = Ma = 0 0 0 1 1 S=R=0 dejarla como está Mf = Ma = 1 En el caso de los de cuatro terminales, esto no es necesario porque loscontactos son eléctricamente independientes. 0 1 0 0 S = 0, R = 1 apagarla Mf = 0 Por ejemplo ¿Cómo quedaría el diagrama de la función F = A si el 0 1 1 0 S = 0, R = 1 apagarla Mf = 0interruptor A fuera de tres terminales con un contacto NA y un contacto NC? 1 0 0 1 S = 1, R = 0 prenderla Mf = 1 1 0 1 1 S = 1, R = 0 prenderla Mf = 1 1 1 0 N S = 1, R = 1 no permisible ( término no importa) 1 1 1 N S = 1, R = 1 no permisible ( término no importa) Mf SMEMORIAS CON RELEVADORES ELECTROMECÁNICOS 0 0 n 1 Al diseñar un circuito lógico, es usual que se encuentren casos en los que,para una misma combinación de entradas se requieren diferentes estados en sus Masalidas, dependiendo de la etapa en la que se encuentra el circuito. A este tipo de 1 0 n 1circuitos les llama circuitos secuenciales. R Para estos circuitos secuenciales, una herramienta muy útil es la construcciónde la memoria. M =S+ R M En suma de productos Una memoria es un arreglo lógico con una salida F, una entrada SET y otraentrada RESET. La memoria producirá un estado de encendido en su salida F M = (S + M) R En productode sumascuando la señal de entrada SET se presente al menos durante un breve lapso detiempo, para permanecer así hasta que aparezca una señal RESET. Se le llama Se indica Ma y Mf para clarificar la tabla de verdad, sin embargo Ma y Mfmemoria porque en ausencia de señal, cuando SET = 0 y RESET = 0, el circuito son la misma variable M.recuerda la última orden. Cualquiera de las dos ecuaciones obtenidas es válida. Nosotros utilizaremos Diseñemos el circuito de una memoria con relevadores: sólo la de producto de sumas. Asumiendo que SET y RESET son botones pulsadores de tres terminales con un contacto NA y uno NC, construya el siguiente circuito.Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 4
  • 86. ITESM Departamento de Mecatrónica y AutomotizaciónNotas: La metodología para construir un secuenciador eléctrico es la siguiente: a) Observe que para poder usar un contacto de M, necesitamos que la salida del peldaño sea un relevador M. a) Se asigna un relevador a cada etapa En b) Si se desea activar alguna otra salida (por ejemplo una lamparilla) junto b) El relevador de cada etapa se conecta como una memoria SET-RESET con M, puede usarse un contacto NA del relevador M para alimentarlo o respetando el proceso mencionado anteriormente. simplemente colocarlo en paralelo con el relevador. 1. La memoria se enciende cuando la etapa anterior está activa y aparece su fin de etapa, más cualquier condición de encendido adicional que el usuario considere conveniente.  Condiciones    EnSET = En −1 • Fn −1 +  opcionales   adicionales  c) Razone el comportamiento del circuito y verifique que se comporta de   acuerdo a lo establecido. Observe que al aplicar la fórmula anterior a la etapa En+1, automáticamenteMÉTODO PARA CONSTRUIR UN SECUENCIADOR ELÉCTRICO En+1 se encenderá cuando se alcance el fin de etapa n y por tanto sólo nos resta apagar En. Recordemos la forma de operar del secuenciador neumático: 2. Se apaga En con En+1 o con el botón de paro o con cualquier otra condición adicional que el usuario considere conveniente). E4RST E1 E2 E3 E4  Condiciones  E1SET   E nRST = E n +1 + P +  opcionales   adicionales    F1 F2 F3 F4 Una vez definidas EnSET y EnRST se obtiene la ecuación para En usando la ecuación de la memoria SET-RESET Cuando aparece la señal E1SET se enciende la etapa 1 y permanece así aunquedesaparezca E1SET. En = EnRST • (EnSET + En ) Al aparecer la señal F1 (fin de etapa 1): Notas: - Se enciende E2 - Un circuito combinatorio no requiere memorias, debido a que tiene - Una vez que E2 se encendió se apaga E1 sólo una etapa y obviamente no necesita secuenciador - Cuando hay 2 etapas pueden presentarse dos casos: El proceso se repite en cada etapa.Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 5
  • 87. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización i) Sistema no cíclico E2 SET = E1 • F1 E2 RST = E1 Reposo ¡E1 es requisito para prender y apagar! A Y la ecuación de la memoria quedaría: E1 E2 = E1 (E1 • F1 + E2 ) F1 E2 = E1E1F1 + E1E2 E2 = E1E2 F2 Lo que es absurdo porque es necesario E2 para prender E2. En este caso se puede usar el método anterior, pero: En este caso existen dos opciones: E1SET = A - Crear una secuencia de 3 etapas. en las cuales este problema no se E2 RST = F2 presenta. - Si sólo existen dos etapas con un solo relevador es suficiente para ii) Sistema cíclico distinguir entre ellas y utilice un diseño intuitivo - Cuando hay 3 o más etapas el método aplica sin problemas Reposo A E1 F1 E2 F2 En este caso aparece ambigüedad en algunas ecuaciones. Observe:Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 6
  • 88. ITESM Departamento de Mecatrónica y AutomotizaciónSIMBOLOGÍA PARA DIAGRAMAS DE ESCALERA DESARROLLO DE LA PRÁCTICA 1. Ejercicios de familiarización a) El instructor describirá la sección de relevadores del tablero de control lógico. b) Utilice el voltaje de la fuente para probar el funcionamiento de los focos, relevadores e interruptores. c) Construya la función booleana AND ( F = A • B ), con interruptores y verifique su tabla de verdad. A B F d) Construya la función booleana OR ( F = A + B ) y verifique su tabla de verdad. A B F e) Construya la función booleana NOT. Hágalo con interruptores y con relevadores. A A A F f) Diseñe e construya el circuito de relevación para la función booelana (F = A • B + A • B) .Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 7
  • 89. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización g) Diseñe un circuito de control de modo que al oprimir el botón pulsador activará para sujetar la banda. Así, otro cilindro c1 A, un motor se encienda, (simulado con una lamparilla de color), y que empujará al cilindro c2 para colocar la masa bajo un permanezca en ese estado hasta que se oprima el botón pulsador P. molde sujetado a un cilindro c3 que cortará Recuerde el esquema de un circuito de SET y RESET. perfectamente y con rapidez los bolillos. Una vez realizado el corte, el cilindro c2 se retraerá, dejando de 2. Problemas prácticos sujetar la banda y lo mismo sucederá con el cilindro c1. De ésta manera, la banda recorrerá una longitud a) Problema práctico combinatorio. determinada colocando un trozo de masa cada vez que los dos cilindros realicen la secuencia anteriormente descrita. En la siguiente figura se muestra la disposición En una compañía metalúrgica, se desea controlar el acceso a ciertas áreas de los cilindros. Suponga para este problema, que el mediante una credencial codificada, pertenecientes a todos los empleados. El cilindro c3 es de doble efecto. código de acceso se grabará en la credencial mediante diez perforaciones. El sistema de control obtendrá dicho código revisando mediante celdas ii) Se requiere ahora que el cilindro de corte se encuentre fotoeléctricas sólo tres de las diez perforaciones, y permitirá el acceso en la parte baja, al menos cinco segundos. Para ello activando un solenoide, dependiendo del código binario obtenido. deberá realizar ajustes a su diseño incorporando un temporizador. Sólo se permitirá acceso a: Código Ingenieros encargados de hornos 5 Operadores 6 Gerencia 1 Mantenimiento 4 Realice el diseño del circuito de control y constrúyalo Suponga que los sensores son de dos terminales con un contacto NA. b) Problemas práctico secuencial 1) Para el siguiente problema haga el análisis, diseño e implantación en la parte del tablero correspondiente a control lógico eléctrico. Utilice el método cascada para resolver este problema. En una fábrica de donas se desea aumentar la producción, para lo cual se automatizará la segmentación o el corte de la masa en los trozos que después de horneados serán las donas. El proceso que se desea implantar es el siguiente: i) En una banda continua, se depositarán los trozos de masa que deberán ser cortados. Luego, un cilindro c2 seLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 8
  • 90. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización NOTAS:REPORTE DE LA PRÁCTICA a) Breve resumen de la práctica. b) Diagramas de fuerza de los problemas resueltos (con simbología eléctrica) c) Tablas de verdad y mapas de Karnaugh d) Ecuaciones boolenas obtenidas e) Diagramas de escalera con nomenclatura eléctrica f) Conclusiones (qué aprendió, cómo lo aprendió, qué teoría comprobó y por qué). g) Bibliografía h) Anexar la información solicitada por el instructor Investigar: 1. La marca y las características técnicas de un arrancador de motorLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 9
  • 91. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización CONFIGURACIÓN DE UN SISTEMA DE CONTROL BASADO EN PLC PRÁCTICA #12 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE CIRCUITOS LÓGICOS Actualmente existen varias alternativas de marcas y modelos de PLC’s en el mercado, si se analiza en términos generales los componentes son los mismos MEDIANTE CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES (PLC) (configuración externa), lo que cambia es su forma física, el tipo de montaje, instalación, operación y configuración interna. Objetivo: Configuración externa - Que el alumno se familiarice con el funcionamiento, programación y capacidades del Controlador Lógico Programable (PLC, por sus Los sistemas de control basados en PLC se compone de los siguientes siglas en inglés) para utilizarlo en la automatización de sistemas elementos: lógicos de control. • Procesador • Fuente de poder • Chasis o rack • Módulos de entrada/salida (E/S) • Terminal de programación o interfaseINTRODUCCIÓN En esta práctica se abordará una de las herramientas clave en términos deautomatización por la complejidad de los algoritmos de control que se puedenimplementar y la gran interconectividad entre dispositivos que el PLC ofrece. Básicamente, este dispositivo es una computadora de propósito particularque controla actuadores binarios (cilindros, válvulas solenoides, focos, bombas,etc.) o analógicos (variador de frecuencia, servoválvula, etc.) en función de susentradas (discretas o analógicas) y de la lógica que haya sido programada por elusuario. Fig. 1: Arquitectura básica de un PLC Cabe mencionar que el PLC fue desarrollado en primera instancia parasatisfacer las necesidades de productividad de la industria automotriz; con este Estos dispositivos podemos encontrarlos en forma modular o fija.dispositivo se sustituirían grandes tableros de relevadores de control, tamboresmecánicos, secuenciadores neumáticos, etc.; ya que el uso de esa tecnología Sistema fijo: en una misma base se tiene el procesador, fuente de poder y unarepresentaba grandes costos y tiempo perdido en producción. En la actualidad, por cantidad predeterminada de entradas y salidas (digitales o analógicas).sus características de costo, espacio reducido, flexibilidad, sencillez demantenimiento y algunas otras, ha superado a los otros sistemas de control lógico, Sistema modular: requiere de un chasis que es una estructura con ranuras(slots)abriendo un campo de nuevas posibilidades dentro de la automatización, al grado para colocar la fuente de poder, procesador, módulos de E/S y/o módulosde que buena parte de las tareas de automatización modernas serían inconcebibles especiales. Para este sistema existe una serie de modalidades según la marca:sin los PLC´s, como se les conoce en el argot industrial. • Chasis con procesador y fuente de poder integrada, ranuras disponibles para módulos de E/S (digital o análogo) y módulos especiales (comunicación).Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 1
  • 92. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización • Chasis con ranuras exclusivas para ubicar la fuente y el Datos procesador, en las ranuras restantes disponibles se puede colocar módulos de E/S (digital o análogo) y módulos especiales Objetos de memoria internos: palabras internas destinadas a almacenar valores en (comunicación), según la aplicación. el curso del programa. Se almacenan dentro del espacio de datos en una misma • Chasis con ranura exclusiva para ubicar el procesador con fuente área de memoria. de poder externa o integrada, en las ranuras restantes disponibles %Mi -- EBOOL (bit), i es el número de bit que puede ser del 0 al 255. se puede colocar módulos de E/S (digital o análogo) y módulos %MBi -- BYTE (8 bits), i es el número de byte del 0 al 1022. especiales (comunicación), según la aplicación. %MWi -- WORD (16 bits), i es el número de palabra del 0 al 511. • Chasis con ranura exclusiva para ubicar la fuente, en las ranuras %MDi -- DWORD (32 bits), i es el número de doble palabra del 0 al 510. restantes disponibles se puede colocar el procesador(es), módulos %MFi -- REAL (real 32 bits), i es el número de flotante del 0 al 510. de E/S (digital o análogo) y módulos especiales (comunicación), Objetos del sistema: según la aplicación. %Si -- EBOOL (bit), i es el número de bit del 0 al 128. %SWi -- WORD (16 bits), i es el número de palabra del 0 al 162. %SDi -- DWORD (32 bits), i es el número de doble palabra del 0 al 510.Configuración interna BF Definidos: son formatos de datos asignados como localidades de memoria para el manejo de información de algunas instrucciones en especifico. En términos de la configuración interna, es donde existe mayor %TMi -- TM (temporizador, 3 palabras de 16 bits)discrepancia en las marcas y modelos de los PLC’s, por lo tanto solo se hará %MNi -- MN (Monoestables, 3 palabras 16 bits)mención en forma específica al tipo de PLC que cuenta el laboratorio TSX Micro %Ci -- C (Contadores, 3 palabras de 16 bits)de Modicom Telemecanique. %Ri -- R (Registro, 255 palabras de 16 bits) %DRi -- DR (Drums, 16 palabras de 16 bits)ARQUITECTURA DEL PROCESADOR CON PLATAFORMA TSX MICRO %Xi -- X (etapa de grafcet) Entradas/Salidas: depende de la configuración de hardware declarado o instalado. %Ix.i – EBOOL (bit), posición (x) y número de vía (i) del módulo de entradas discretas. %Qx.i – EBOOL (bit), posición (x) y número de vía (i) del módulo de salidas discretas. %IWx.i – WORD (16 bit), posición (x) y número de vía (i) del módulo de entradas analógicas. %QWx.i – WORD (16 bit), posición (x) y número de vía (i) del módulo de salidas analógicas. Las posiciones en el TSX Micro se direccionan como 2 módulos con un Fig. 2 a): Arquitectura del procesador tamaño equivalente a media ranura, por ejemplo: Fig. 2 b): Estructura de la memoriaMemoria RAM integrada en el módulo procesador que contiene la imagen de1280 objetos bits. Como se muestra la memoria RAM se compone de: Fig. 3: Posiciones del TSX MicroLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 2
  • 93. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización Si en la posición 1 está instalado un módulo de medio formato de 16 entradas (E) discretas, las cuales se direccionan como: %I1.0, %I1.1... Procesamiento del programa: ejecución del programa de aplicación, hasta %I1.15. escrito por el usuario. Si en la posición 2 esta instalado un módulo de medio formato de 12 salidas (S) discretas, las cuales se direccionan como: %Q2.0, %Q2.1... %Q Actualización de las salidas: escritura de bits o palabras de salida hasta %Q2.11. asociados a los módulos TON y de funciones específicas, según el estado Si en la posición 3 y 4 está instalado un módulo de formato estándar de 28 definido por el programa de aplicación. E/S discretas, las cuales se direccionan como: %I3.0, %I3.1... hasta %I3.15; %Q4.0, %Q4.1... hasta %Q4.11. PLC en RUN: el procesador efectúa el procesamiento interno, la adquisición de las entradas, el tratamiento del programa de aplicación y laPrograma: son las actividades o tareas definidas por el usuario (programador) que actualización de las salidas, en este orden.ejecutará el procesador cuando este en actividad (modo RUN). PLC en STOP: el procesador efectúa únicamente el tratamiento interno y Tarea maestra (ciclo de operación principal del procesador o “scan”) la adquisición de las entradas. Las salidas se posicionan a retorno o conservación según los parámetros definidos en la configuración. Este tipo de funcionamiento corresponde a la ejecución normal del ciclo de un PLC (funcionamiento predeterminado). Consiste en encadenar los Tarea periódica ciclos de la tarea maestra (MAST) uno tras otro. Después de actualizar las salidas, el sistema realiza sus propios tratamientos y luego pasa a otro En este tipo de funcionamiento, la adquisición de las entradas, el ciclo de la tarea. tratamiento del programa de aplicación y la actualización de las salidas se efectúan de forma periódica según el tiempo definido en la configuración (de 1 a 255 ms). Al inicio del ciclo de autómata, un temporizador cuyo valor actual se inicializa al alcanzar el período definido en la configuración, empieza a descontar. El ciclo de autómata debe terminarse antes de que expire el temporizador que activa un nuevo ciclo. Fig. 4: Ciclo de operación del PLC Procesamiento interno: el sistema realiza implícitamente la supervisión del PLC (gestión de bits y palabras sistema, actualización de valores actuales del reloj-calendario, actualización de los indicadores de estado, detección de pasos RUN/STOP, etc.) y el tratamiento de las peticiones que provienen de la terminal de interfase. %I Lectura de las entradas: escritura en la memoria del estado de las Fig. 5: Tareas periódicas del PLC informaciones presentes en las entradas.Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 3
  • 94. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización Procesamiento interno: el sistema realiza implícitamente la surpervisión %KDi -- DWORD (32 bits), i es el número de doble palabra del del autómata (gestión de bits y palabras sistema, actualización de valores 0 al 510. actuales del reloj-calendario, actualización de indicadores de estado, %KFi -- REAL (real 32 bits), i es el número de flotante del 0 al detección de pasos RUN/STOP...) y el tratamiento de las peticiones que 510. provienen de la terminal de interfase. Memoria FLASH EPROM, es un chip de protección o respaldo de %I Lectura de las entradas: escritura en la memoria del estado de las información de la memoria RAM (aplicación programada en el PLC) ya informaciones presentes en las entradas. que esta puede perderse ante fallas de energía o bien si se borra intencionalmente. La aplicación se transfiere automáticamente desde la Procesamiento del programa: ejecución del programa de aplicación memoria FLASH EPROM o desde el dispositivo de programación hacia escrito por el usuario, la memoria RAM cuando ocurre una pérdida de la aplicación en la RAM (falla al guardar o ausencia de batería). %Q Actualización de las salidas: escritura de bits o de palabras de salida asociados a los módulos TON o de funciones específicas, según el estado INSTALACIÓN definido por el programa de aplicación. La instalación del PLC es muy sencilla y sólo consiste en alimentarlo PLC en RUN: el procesador efectúa el tratamiento interno, la adquisición eléctricamente y conectar las entradas y salidas en los bornes correspondientes. La de las entradas, el tratamiento del programa de aplicación y la figura 6 muestra una forma de conexión de entradas y salidas binarias (discretas) actualización de las salidas, en este orden. de un PLC con formato fijo. Si todavía no se ha terminado el período, el procesador completa el ciclo de funcionamiento hasta el fin del período de tratamiento interno. Si el tiempo de funcionamiento llega a ser superior al tiempo asignado al período, el autómata señala un rebasamiento de período poniendo al estado 1 el bit sistema %S19 de la tarea. El tratamiento continúa y se ejecuta en su totalidad (sin embargo, no debe exceder el tiempo límite del watchdog). El ciclo siguiente se activa después de la escritura implícita de las salidas del ciclo en curso. PLC en STOP: el procesador efectúa únicamente el tratamiento interno y Fig. 6: Conexión de un PLC la adquisición de las entradas. Las salidas se posicionan a retorno o conservación según los parámetros definidos en configuración. En el diagrama anterior, al cerrarse cualquiera de los sensores de entrada el PLC detectará una señal de voltaje y la reconocerá. Para activar la salida, sólo • Constantes: que son localidades de memoria que almacenan cierra un contacto entre la terminar común y la salida deseada de tal manera que el valores constantes o mensajes alfanuméricos. Sólo la consola dispositivo quede energizado al voltaje deseado. permite escribir o modificar su contenido. Pueden tener como soporte la memoria EPROM. Estas localidades las podemos Los módulos discretos de entradas usualmente pueden ser seleccionables encontrar con los siguientes formatos: para diferentes niveles de voltaje, tanto en CA como en CD. Si hablamos de módulos analógicos pueden ser 4-20 mA, 0-20 mA, 0-10 V ó -10 a 10 V. %KBi -- BYTE (8 bits), i es el número de byte del 0 al 1022. %KWi -- WORD (16 bits), i es el número de palabra del 0 al 511.Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 4
  • 95. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización Las salidas discretas a su vez pueden seleccionarse para emitir un de el A) o temperatura (como el C). En el PLC se dibujan todos iguales paravoltaje dado (CA o CD) o simplemente para cerrar un contacto. En términos simplificar la programación.analógicas podemos tener como salida: 4-20 mA, 0-20 mA, 0-10 V ó -10 a 10 V. En un diagrama de escalera, todo contacto o elemento de salida representaTIPOS DE PROGRAMACIÓN el estado de un dispositivo externo (sensor o actuador) o bien una variable auxiliar (que no representa ningún dispositivo físico como B).Originalmente los PLC’s surgieron como una herramienta muy versátil pararemplazar a los diagramas escalera construidos con relevadores, razón por la cual Para el PLC, no es importante si ese contacto pertenece a un sensor desu programación se estandarizó inicialmente en forma de diagramas de escalera. temperatura o de presión, sino lo que importa es saber dónde está ubicadoDe esta forma, el usuario que tuviera un sistema automatizado con relevadores dentro del PLC (si es entrada, salida o variable interna y en el caso de laspodría fácilmente cambiarlo a un PLC o bien si estaba familiarizado con los dos primeras en que terminal esta conectado) para poder recibir o enviarlesistemas de relevación fácilmente podría interpretar lógica programada en un PLC. la información necesaria.Existen básicamente 4 formas de programar al PLC TSX Micro: Para facilitar esta información en el PLC se asigna un nombre a la variable el cual indica su posición en el PLC. La convención puede • Programación en lenguaje escalera (LD) o programación gráfica cambiar de un PLC a otro. Para este PLC se usa la que se indica a continuación, ya que además de ser muy representativa, será la que se Un programa escrito en LD se compone de una serie de redes ejecutadas usará en las prácticas con equipo industrial. secuencialmente por el PLC. %Ix.i Sensor externo conectado a la entrada i (I : Input) Para entender mejor esta forma de programar consideremos un ejemplo. %Ox.i Dispositivo externo conectado a la salida i (O: Output) Suponga que se desea programar el diagrama de escalera de la figura 7 en %Mi Variable interna i ( M:Bit ) el PLC. Supongamos que conectamos el sensor A a la entrada 1, el C a la entrada 2 y que B es una variable auxiliar interna %M0 y la salida será la número 3, y el diagrama de la figura 7 quedaría como se muestra en la figura 8. Fig. 7: Diagrama de escalera eléctrico La forma más común y amigable de programarlo es mediante editores gráficos. Se dibuja el diagrama de escalera casi tal como semuestra. Sólo se introducen dos cambios: Fig. 8: Diagrama de escalera para PLC de la Fig. 7 1. Todos los contactos se dibujan como contactos de relevador ( _| |_ ) • Programación en lenguaje en lista de instrucciones (IL) 2. Los nombres de los contactos. Un programa escrito en lenguaje Lista de instrucciones (IL) se compone En el diagrama, se hace distinción entre los símbolos de los contactos A, B de una serie de instrucciones ejecutadas secuencialmente por el autómata. y C para indicarle al técnico que instala el tablero cuál contacto es de un Las instrucciones están organizadas en sentencias (equivalentes a una red de contactos). Cada sentencia de instrucciones se compone de una o relevador (como el B) y cuáles contactos son de sensores de presión (como varias instrucciones. Una instrucción ocupa al máximo una línea. CadaLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 5
  • 96. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización sentencia de instrucciones empieza con un signo de admiración generado Una sentencia contiene un máximo de 128 líneas de 300 caracteres automáticamente. Puede contener un comentario y estar marcada de una (instrucciones, comentarios, etiqueta). etiqueta. • Programación en lenguaje GRAFCET (GR7) Ejemplo: El lenguaje Grafcet (GR7) permite representar gráficamente y de forma ! (* Espera secado*) Comentario entre (* *) estructurada el funcionamiento de un automatismo secuencial. Esta forma %L2: Etiqueta de la sentencia de programación se abordará de una forma más detallada en la práctica LD %I1.0 Instrucción siguiente. AND %M10 Instrucción/ Sentencia ST %Q2.5 Instrucción INSTRUCCIONES DE PROGRAMACIÓN DEL PLC TSX MICRO Una sentencia contiene 128 líneas máximas (instrucción, comentario, Funciones booleanas etiqueta). • Funciones de carga (condición) • Programación en lenguaje estructurado (ST) Estas instrucciones corresponden a: Un módulo escrito en lenguaje Literal estructurado (ST) se compone de una serie de sentencias ejecutadas secuencialmente por el autómata. El primer elemento de cada sentencia es un signo de admiración (generado - Contactos de cierre: el contacto se cierra cuando el objeto bit que automáticamente). La sentencia puede contener uno o varios comentarios, controla el contacto está en el estado 1. una o varias instrucciones y estar marcada de una etiqueta. - Contactos de apertura: el contacto se cierra cuando el objeto bit que Ejemplo: controla el contacto está en el estado 0. ! (* Inicialización*) - Contactos de flanco ascendente: detección del paso de 0 a 1 del objeto bit %L2: que lo controla. (* inic. índice *) %MW0:=0; - Contactos de flanco descendente: detección del paso de 1 a 0 del objeto %MW2:=%MW9:2; (* longitud de la tabla *) bit que lo controla. IF (%MW2 REM 2=0) THEN DEC %MW0; Ejemplo de programación: END_IF; (* mientras el índice es < a la longitud de la tabla, efectuar los desplazamientos *) WHILE(%MW0<%MW2) DO %MW100[%MW0]:=(SHR(%MW100[%MW0],8))OR(SHL(% MW101[%MW0],8)); INC %MW0; END_WHILE;Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 6
  • 97. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización• Funciones de asignación (acción)Estas instrucciones corresponden a: - Bobinas directas: el objeto bit asociado toma el valor del resultado de laecuación, Número de %TMi De 0 a 63 - Bobinas inversas: el objeto bit asociado toma el valor inverso del temporizadorresultado de la ecuación, Modo TON - retardo al encendido (valor predeterminado) TOFF - retardo al apagado - Bobinas de SET: el objeto bit asociado se “memoriza” cuando el TP - monoestableresultado de la ecuación es 1. Base de tiempo TB 1 mn (valor predeterminado), 1 s, 100 ms, 10 ms. 16 es el tiempo. máx. con TB = 10 ms. - Bobinas de RESET: el objeto bit asociado se pone a “desmemoriza” Valor actual %TMi.V Palabra que aumenta desde 0 hacia %TMi.P en elcuando el resultado de la ecuación es 1. transcurso de la cuenta del temporizador. Puede ser leída, pero no escrita por el programa.Ejemplo de programación: Valor de %TMi.P 0<%TMi.P<9999. Palabra que puede ser leída y preselección escrita por el programa. Por definición se pone a (Preset) 9999. La duración del retardo es igual a %TMi.P x TB. Ajuste desde el Y/N Y: posibilidad de modificar el valor de terminal (MODIF) preselección %TMi.P en modo de ajuste. N: sin acceso en modo de ajuste. Entrada IN Activa el temporizador en el flanco ascendente "Activación" (modo TON o TP) o descendente (modo TOF). Salida Q Bit asociado %TMi.Q. Su puesta a 1 depende deFunciones tipo temporizador "Temporizador" la función realizada:TON,TOF o TP.El temporizador propone 3 modos de funcionamiento: Ejemplo de programación• TON: este modo permite efectuar la gestión de retardos con conexión. El retardo es programable y puede modificarse desde el terminal o no.• TOFF: este modo permite efectuar la gestión de retardos con desconexión. El retardo es programable y puede modificarse desde el terminal o no.• TP: este modo permite elaborar un impulso de duración precisa. La duración es programable y puede modificarse desde el terminal o no.Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 7
  • 98. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización Entrada puesta a R En el estado 1: %Ci.V = 0.Para entender mejor la forma de operación del timer se muestra el diagrama de cerotiempos o cronograma del circuito anterior. Entrada de S En el estado 1: %Ci.V = %Ci.P. selección Entrada conteo CU Aumenta %Ci.V en el flanco ascendente. incremental Entrada conteo CD Disminuye %Ci.V en el flanco decremental ascendente. Salida de conteo E (Empty) El bit asociado %Ci.E=1, cuando el preseleccionado conteo %Ci.V pasa de 0 a 9999 (se poneFunciones tipo contador no alcanzado a 1 cuando %Ci.V alcanza 9999; se pone a 0 si el contador sigue descontando),El bloque de función contador ascendente o descenedente permite efectuar el %S18=1 en el caso de seguir contandoaumento de la cuenta o la disminución de la cuenta de sucesos. Estas dos Salida de conteo D (Done) El bit asociado %Ci.D=1, cuandooperaciones pueden ser simultáneas. preseleccionado %Ci.V=%Ci.P. alcanzado Salida de conteo F (Full) El bit asociado %Ci.F =1, cuando %Ci.V preseleccionado pasa de 9999 a 0 (se pone a 1 cuando rebasado %Ci.V alcanza 0; se pone a 0 si ee contador sigue contando). Ejemplo de programación:Número de %Ci De 0 a 31contadorValor actual %Ci.V Palabra donde se registra la cuenta y es aumentada o disminuida en función de las entradas CU (count up) y CD (count down). Puede ser leída, pero no escrita por el programa.Valor de %Ci.P 0<%Ci.P<9999. Palabra que puede serpreselección leída y escrita. (El valor por definición es 9999)Ajuste desde el Y/N Y: posibilidad de modificar el valor determinal preselección en modo de ajuste(MODIF) N: sin acceso en modo de ajuste.Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 8
  • 99. ITESM Departamento de Mecatrónica y AutomotizaciónFunciones tipo comparación La programación de los pasos se realiza en la carpeta de BF predefinidosEste bloque nos permite mandar un uno lógico mientras la comparación que se estállevando a cabo en el bloque sea verdadera.Funciones tipo tambor electrónico de levasEste bloque está conformado por pasos que cambian debido a señales externas, encada paso el bloque envía una señal de salida que normalmente está asignada a unasalida física %Q2.i o a un bit interno %Mi.Número de tambor %DRi De 0 a 3 Ejemplo de programaciónNúmero de pasos LEN 1 a 16 (16 por definición)Base de tiempo TB 1 mn (valor predeterminado), 1 s, 100 ms, 10 msDuración del paso %DRi.V Donde 0 ≤ %DRi.V ≤ 9999. Esta palabraactual puede ser mandada a cero con cada cambio de paso. Puede ser leída, pero no escrita. El periodo del pulso es igual a %DRi.V x TBNúmero del paso %DRi.S Donde 0 ≤ %DRi.V ≤ 15. Puede ser leída,actual pero no escritaEntrada “regresa al R (Reset) Al recibir un uno lógico regresa al tambor alpaso cero” paso cero.Entrada “avanza” U (UP) Al recibir un flanco ascendente, ordena que el tambor avance un paso y que los bits de salida se actualicen.Salida F (FULL) Indica que el último paso definido se está llevando a cabo.Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 9
  • 100. ITESM Departamento de Mecatrónica y AutomotizaciónDESARROLLO DE LA PRÁCTICA b) Programación de tambores electrónicos de levas 1. Ejercicios de familiarización Sea un cruce de calles, en el que se encuentran funcionando dos semáforos sincronizados. La duración de las luces será la siguiente: a) El instructor describirá la sección del PLC TSX Micro 3705 de Modicon Telemecanique del tablero de control lógico. Verde: 25 segundos. Amarillo: 5 segundos. 2. Problemas prácticos Rojo: 30 segundos. a) Programación básica en diagramas de escalera Se sugiere utilice pulsos de 5 segundos Programe el PLC para controlar el movimiento de un cilindro de la siguiente c) Programación de circuitos secuenciales manera: Diseñe y construya con el PLC, el circuito de control para automatizar la i) Si el botón selector B se encuentra encendido, el cilindro deberá máquina de la figura: iniciar un movimiento continuo de avance-retroceso. Si el botón selector B se encuentra apagado, el cilindro deberá retroceder y permanecer en reposo. ii) Modifique el programa anterior, de tal manera que el cilindro inicie un movimiento continuo de avance-retroceso al presionar el botón pulsador A –para su arranque-, y permanecerá así hasta que se presione el botón pulsador P –para su detención-, debiendo retroceder y permanecer en reposo. iii) Añada a su programa lo necesario para que el cilindro espere cinco segundos antes de cada retroceso en su ciclo de funcionamiento normal, con excepción del retroceso por paro cuando se presiona el La secuencia de funcionamiento es la siguiente: botón pulsador P. iv) Añada a su programa lo necesario para que si el cilindro avanza tres Si el interruptor A es presionado, entonces deberá iniciarse el ciclo: veces o menos se encienda una luz roja, si avanza de cuatro a seis Avanzar el cilindro que empuja las piezas apiladas (C1+) veces se encienda una luz amarilla y prenda una luz roja si avanza una Avanzar el cilindro que perfora la pieza (C2+) séptima vez. Al avanzar siete veces el cilindro deberá detenerse y Retraer el cilindro que perfora la pieza (C2-) regresar a la posición de retraído. El botón de paro seguirá realizando Retraer el cilindro que empuja las piezas apiladas (C1-) la misma función y además deberá reiniciar el conteo de los avances. Avanzar el cilindro que expulsa la pieza (C3+) Retraer el cilindro que expulsa la pieza (C3-) Repetir nuevamente toda la secuencia. El paro de la secuencia se hará cuando se presiona el botón P y además del paro de la secuencia se quiere regresar todos los cilindros a la posición de retraídos con el mismo botón.Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 10
  • 101. ITESM Departamento de Mecatrónica y AutomotizaciónREPORTE DE LA PRÁCTICA NOTAS: a) Breve resumen de la práctica. b) Diagramas de fuerza de los problemas resueltos (con simbología de PLC) c) Tablas de verdad y mapas de Karnaugh d) Ecuaciones boolenas obtenidas e) Tablas de equivalencia entre variables físicas y variables del PLC f) Diagrama de escalera con nomenclatura del PLC g) Conclusiones (qué aprendió, cómo lo aprendió, qué teoría comprobó y por qué). h) Bibliografía i) Anexar la información solicitada por el instructor Investigar: 1. Las propiedades que se necesita definir para seleccionar un PLC 2. Dos marcas de PLC e incluya hojas de datos de, al menos, un PLC de las marcas investigadas.Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 11
  • 102. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización b) Tipos de transiciones Los elementos que unen y relacionan la etapas se denominan PRÁCTICA #13 transiciones la condición lógica relacionada a cada transición se llama receptividad. Los diferentes tipos de transiciones son: DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE CIRCUITOS LÓGICOS EN PLC MEDIANTE GRAFCET 1 Una transición: • Se habilita si la(s) etapa(s) previa(s) Objetivo: están activas • Se dispara cuando está habilitada y la receptividad es verdadera - Que el alumno se familiarice con el funcionamiento, programación 2 y capacidades del GRAFCET como una herramienta de especificación de secuencias y una herramienta de programación Transición simple 6INTRODUCCIÓN Distribución OR (la transición que se primero) Además de las funciones anteriores, los nuevos PLC´s están ofreciendouna poderosa herramienta para programar secuencias. Esta herramienta se 7 8desarrolló en Francia y recibió el nombre de GRAFCET. Posteriormente, seestandarizó en Europa con el mismo nombre y desde 1989 la adoptó EstadosUnidos bajo el nombre estándar de Sequential Function Chart (SFC).TERMINOLOGÍA 16 17 a) Elementos básicos Unión OR El GRAFCET está conformado por etapas (steps) que pueden ser de diferentes tipos como: 18 1 2 3 4 Bifurcación de secuencia Etapa Etapa Etapa Etapa inicial inicial activa activaLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 1
  • 103. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización 6 c) Acciones asociadas a cada etapa Las etapas están relacionadas con las acciones a realizar dentro de la Distribución AND secuencia deseada. Las acciones pueden ser de la siguiente forma: 7 8 Acción de nivel: Acción de impulso: se activa y se mantiene 10 Set V ocurre al momento de 10 V activada mientras la encenderse la etapa etapa esté activa. 16 17 En ambos casos puede condicionarse la acción con una condición, un Unión AND evento o con ambas: 1 18 Condición: una variable o función booleana Etapas simultáneas A De manera equivalente 6 10 V si A 10 V 7 8 Evento: condición que se cumple en un instante discreto de tiempo, es decir, en un flanco ascendente o descendente. 9 10 S 10 CU %C01 11 12 Etapas simultáneas con sincronización intermediaLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 2
  • 104. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización d) Transición por tiempo LENGUAJE PARA PROGRAMAR SECUENCIAS Al ejecutarse el GRAFCET el PLC en forma natural lleva la medición El GRAFCET es una forma de programar mediante la ayuda de del tiempo que ha estado activa etapa. Esta información puede ser diagramas en donde se muestran las etapas de un proceso, las acciones asociadas a utilizada para realizar transiciones temporizadas o para reaccionar ante cada etapa y las señales que provocan la transición de una etapa a otra. Consta de situaciones anómalas. tres partes o secciones: sección PRELIMINAR, sección GRAFCET y sección POSTERIOR (es importante mencionar que independientemente de la forma en que se programe el Grafcet, invariablemente el programa se dividirá en estas tres partes). 10 SECCIÓN PRELIMINAR: es una sección pequeña que puede ser La transición se disparará programada en diagrama de escalera (LD), lista de instrucciones (IL) o cuando la etapa 10 (%X10) texto estructurado (ST), en la cual se define la forma de inicializar el %X10.T>15 esté activa durante 15 Grafcet (colocarlo en la etapa inicial). Esto se hace activando un bit unidades de tiempo especial del sistema (%S21 en nuestro caso). (segundos) e) Macroetapas Usualmente se inicializa siempre que existe un retorno de energía después de una falla eléctrica (detectable mediante dos bits especiales %S0 y La macroetapa consiste en tener un GRAFCET secundario dentro del %S1) o cuando se presiona el botón de paro. principal o se puede entender como una subrutina dentro de una rutina. Un ejemplo se muestra a continuación: En la sección preliminar definimos cuándo inicializar el Grafcet. Asumiremos que el sistema a controlar trabajará las 24 horas del día y se 1 5 inicializará solamente cuando haya un reestablecimiento de energía después de un corte o cuando se haya solicitado una interrupción en la 2 ejecución del grafcet. Los diferentes formatos o alternativas de programación de la sección preliminar quedará como se muestra en la 7 8 figura 13.1. 3 M30 9 10 4 6 La macroetapa es una opción disponible en PLC de tamaño mediano a Fig. 13.1 Sección preliminar grande, en el caso del PLC del laboratorio (TSX Micro 37xx) no se tiene disponible, se puede encontrar a partir de la serie 57xx. donde la función de los bits del sistema es la siguiente:Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 3
  • 105. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización %S0.- Bit especial del sistema que se activa durante un ciclo de scan después de un retorno de energía. Se le conoce como “arranque en frío” porque sólo se presenta si el PLC ha perdido información de las variables del sistema. %S1.- Bit del sistema para “arranque en caliente”. Es igual que el anterior pero se presenta cuando el PLC no ha perdido información. %S21.- Bit especial para inicialización del Grafcet. Si se activa con la instrucción SET, todos los Grafcets se posicionarán en su etapa inicial. (No se requiere RESET pues se restablece automáticamente al siguiente ciclo de scan). %S22.- Bit especial para el paro de la ejecución de Grafcet. Cuando este bit se activa toda la secuencia Grafcet se detiene. No se requiere RESET para este bit. %S23.- Bit especial de “congelamiento” de la ejecución de Grafcet. Es necesario utilizar la función SET para congelar este bit. Para reestablecer Fig. 13.2a Sección Grafcet la secuencia del Grafcet es necesario dar un RESET a este bit. SECCIÓN GRAFCET: En esta sección se define el orden de los pasos en la secuencia y las condiciones que deben de existir para la transferencia de una etapa a otra, como se muestra en la Figura 13.2a. La sección Grafcet únicamente puede ser programado de forma gráfica, Fig. 13.2b Receptividad asociada a una transición cuando se hace en esta forma se dibuja directamente el diagrama de mando. Las condiciones de transición entre etapas (receptividades SECCIÓN POSTERIOR: En la sección posterior es donde en realidad se asociadas a la transiciones) se definen en secciones independientes para activan las salidas en función de la etapa activa y las entradas. cada etapa, estas pueden ser programadas en diagrama escalera (LD), lista Recapitulando en la figura 5-2 se mencionó que hay diferentes tipos de de instrucciones (IL) o texto estructurado (ST), como se muestra en la acciones cuando la etapa esta activa (al activar, continua, al desactivar y Figura 13.22 b. programada), en la sección posterior seria entonces una serie de acciones programadas asociadas a las etapas para activar salidas. Nota: La asignación de números de las etapas no tiene que ser consecutiva, se maneja en esta forma para tener una programación más La sección posterior puede ser programada en diagrama de escalera (LD), ordenada, para la etapa inicial los números disponibles son del 0 al 63, lista de instrucciones (IL) o texto estructurado (ST) Es un diagrama de para el resto del 0 al máximo. escalera igual a los que se han manejado anteriormente pero usando los indicadores de etapa, como se observa en la figura 5-3 (Xi es una variable que se activa cuando se realiza la etapa “i” y %Qx.i es la salida activada por las etapas “y” o las condiciones de entrada).Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 4
  • 106. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización Fig. 13.3 Peldaño de la sección posterior Para ilustrar mejor el uso del GRAFCET, se presenta el siguiente unejemplo.Ejemplo Se desea automatizar parcialmente una máquina de taladrado como la quese muestra en la figura 13.4. Figura 13.5 Diagrama Grafcet Una vez hecho esto, se especifica el Grafcet de programación como el que se muestra en la figura 13.6 y realizamos el diseño del circuito de fuerza, tal como se muestra en la figura 13.7. Fig. 13.4 Diagrama del barrenado de una pieza El ciclo de trabajo de acuerdo al operador y especificado en un Grafcet semuestra en la figura 13.5. Figura 13.6 Grafcet de programaciónLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 5
  • 107. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización El programa final quedaría: Sección Preliminar Sección Grafcet Fig. 13.7 Diagrama de fuerzadonde: a0=detecta al cilindro 2 (C2) retraído; a1=detector de presión del C2(cuando está apretando la pieza); b0=detecta retraído al C1 (taladro); b1=detecta elfinal del taladrado (cilindro C1 extendido), y c, d=botones pulsadores que marcanel inicio de la operación. Si se consideran las siguientes conexiones al PLC y el Grafcet de la figura13.6 para hacer la siguiente asignación de entradas y salidas : Entradas: Salidas: a0 %I1.1 a+ %Q2.1 a1 %I1.2 a- %Q2.2 b0 %I1.3 b+ %Q2.3 b1 %I1.4 b- %Q2.4 c %I1.5 r %Q2.5 d %I1.6Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 6
  • 108. ITESM Departamento de Mecatrónica y AutomotizaciónSección Posterior Fig. 13.8 Esquemático de la secuencia de un elevador de dos pisosEl Grafcet puede además manejar arranque de etapas simultáneas, macroetapas ybifurcación de etapas como se mencionó anteriormente, algunas de estascaracterísticas se muestran en el siguiente ejemplo.Ejemplo Control de un elevador de dos etapas con las siguientes restricciones: 1. Sólo sube y baja de un primer piso a un segundo piso. 2. En posición baja, el elevador sólo puede subir. 3. En posición alta, el elevador sólo puede bajar. - Se tiene un sensor que detecta que el elevador está arriba. - Se tiene un sensor que detecta que el elevador está abajo. - Se tiene un botón en el piso inferior para pedir ascenso (Botón A). - Se tiene un botón en el piso superior para pedir bajada (Botón P). Fig. 13.9 Grafcet de programación Mediante un cilindro neumático simule el control sobre la elevación (se El programa quedaría:detecta la planta baja con S1 y la planta alta con S2). Sección Preliminar -Los sensores de fin de carrera alto (S2) y bajo (S1), permiten saber las posiciones extremas del elevador. - Focos piloto deberán indicar si el elevador está en estado de espera (foco verde), sube (foco rojo) o baja (foco azul).Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 7
  • 109. ITESM Departamento de Mecatrónica y AutomotizaciónSección Grafcet DESARROLLO DE LA PRÁCTICA 1. Ejercicios de familiarización a) El instructor describirá la programación en Grafcet del PLC TSX Micro 3705 de Modicon Telemecanique del tablero de control lógico. 2. Problemas prácticos a) Programación básica en Grafcet Diseñe y construya con Grafcet en el PLC, el circuito de control para automatizar la máquina de la figura:Sección Posterior La secuencia de funcionamiento es la siguiente: Si el interruptor A es presionado, entonces deberá iniciarse el ciclo: Avanzar el cilindro que empuja las piezas apiladas (C1+) Avanzar el cilindro que perfora la pieza (C2+) y encender el motor Retraer el cilindro que perfora la pieza (C2-) Retraer el cilindro que empuja las piezas apiladas (C1-) y apagar el motor Avanzar el cilindro que expulsa la pieza (C3+) Retraer el cilindro que expulsa la pieza (C3-) Repetir nuevamente toda la secuencia. El paro de la secuencia se hará cuando se presiona el botón P y además del paro de la secuencia se quiere regresar todos los cilindros a la posición de retraídos y apagar el motor con ese mismo botón P.Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 8
  • 110. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización b) Programación avanzada en Grafcet REPORTE DE LA PRÁCTICA Diseñe y construya con Grafcet en el PLC, el circuito de control para a) Breve resumen de la práctica. automatizar la máquina de la siguiente figura. El proceso consiste en el b) Diagramas de fuerza de los problemas resueltos (con simbología de acomodo de botellas de refresco en las cajas (rejas) en las que son PLC) transportadas. c) Tablas de verdad y mapas de Karnaugh d) Ecuaciones boolenas obtenidas e) Tablas de equivalencia entre variables físicas y variables del PLC f) Diagrama de escalera con nomenclatura del PLC g) Conclusiones (qué aprendió, cómo lo aprendió, qué teoría comprobó y por qué). h) Bibliografía i) Anexar la información solicitada por el instructor Investigar: 1. ¿Qué son las redes de Petri (Petri nets) y cuál es su relación con el Grafcet? Reportar bibliografía. La secuencia cíclica que se desea es: Arranque = 1 Realizar simultáneamente 1) y 2) 1) Preparar la línea de 6 botellas que 2) Mover hacia adelante la banda será depositada en la caja (reja) con: contenedora que se encuentra en la - Extender el cilindro 3 (C3+) banda de abajo - Retraer el cilindro 3 (C3-) Para esto se requiere: - Si no hay caja (R=0) repetir - Que haya botella en posición (B=1) - Extender el cilindro 1 (C1+) - Retraer el cilindro 1 (C1-) - Repetir 6 veces 3) Depositar la línea de seis formada en 1) sólo si hay caja (R=1) con: - Extender el cilindro 3 (C2+) - Retraer el cilindro 3 (C2-) 4) Habrá dos botones adicionales: Botón 1: detendrá el ciclo Botón 2: reinicia todo y retrae los cilindrosLaboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 9
  • 111. ITESM Departamento de Mecatrónica y Automotización NOTAS: NOTAS:Laboratorio de Diseño de Sistemas LógicosDr. Jorge Limón Robles 10

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