PLC: Diseño e implementación de un modulo para la simulación practica de un proceso tipo Batch para la enseñanza de practicas de control en laboratorio en la escuela de ingeniería electrónica de la UNP.pdf

UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA
Facultad de Ciencias
Escuela Profesional de Electrónica y
Telecomunicaciones
PROYECTO DE TESIS
“DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN MODULO PARA
LA SIMULACION PRACTICA DE UN PROCESO TIPO
BATCH PARA LA ENSEÑANZA DE PRACTICAS DE
CONTROL EN LABORATORIO EN LA ESCUELA DE
INGENIERIA ELECTRONICA DE LA UNP”
Presentada por:
Br. Carlos Alberto Gil Berrú
Asesor:
Antenor Segundo Aliaga Zegarra Ph.D.
Co asesor:
Ing. Roosebelt Yonatan Carmen Aguirre
Línea de investigación:
Informática, Electrónica y Telecomunicaciones
Sub Línea de Investigación:
Automatización y Control
Piura, Perú
2020

2
Escuela Profesional de Ingeniería Electrónica y
Telecomunicaciones
“DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN MODULO PARA LA
SIMULACION PRACTICA DE UN PROCESO TIPO BATCH PARA
LA ENSEÑANZA DE PRACTICAS DE CONTROL EN
LABORATORIO EN LA ESCUELA DE INGENIERIA
ELECTRONICA DE LA UNP”
Línea de Investigación:
Informática, Electrónica y Telecomunicaciones.
Ing. ROOSEBELT YONATAN
CARMEN AGUIRRE
CO-ASESOR
Br. CARLOS ALBERTO GIL BERRU
TESISTA
Dr. ANTENOR SEGUNDO ALIAGA
ZEGARRA
ASESOR

3
DECLARACIÓN JURADA DE ORIGINALIDAD DE LA TESIS
Yo: Carlos Alberto Gil Berrú identificado con DNI N°43229686, Bachiller de Escuela
Profesional de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones, de la Facultad de Ciencias y
domiciliado en Mz d1 lote 11 la primavera castilla, del distrito de Castilla provincia de Piura
departamento de Piura, Celular: 954918437, Email: krlos16_leo@hotmail.com
DECLARO BAJO JURAMENTO: Que la tesis que presento es original e inédita, no siendo
copia parcial ni total de una tesis desarrollada, y/o realizada en el Perú o en el Extranjero, en caso
contrario de resultar falsa la información que proporciono, me sujeto a los alcances de lo
establecido en el Art. N°411, del Código Penal concordante con el Art.32° de la Ley N°27444, y
Ley del Procedimiento Administrativo General y las Normas Legales de Protección a los
Derechos de Autor.
En fe de lo cual firmo la presente.
Piura, octubre 2020.
Artículo 411.- El que, en un procedimiento administrativo, hace una falsa declaración con hechos o
circunstancias que le corresponde probar, violando la presunción de veracidad establecida por ley, será
reprimido con pena privativa de libertad no menor de uno ni mayor de cuatro años.
Art. 4. Inciso 4.12 del Reglamento del Registro Nacional de Trabajos de Investigación para optar
grados académicos y títulos profesionales -RENATI Resolución de Consejo Directivo N° 033-2016-
SUNEDU/CD
Br. CARLOS ALBERTO GIL BERRÚ
DNI N.º 43229686

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Escuela Profesional de Ingeniería Electrónica y
Telecomunicaciones
“DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN MODULO PARA LA
SIMULACION PRACTICA DE UN PROCESO TIPO BATCH PARA
LA ENSEÑANZA DE PRACTICAS DE CONTROL EN
LABORATORIO EN LA ESCUELA DE INGENIERIA
ELECTRONICA DE LA UNP”
Línea de Investigación:
Informática, Electrónica y Telecomunicaciones.
Dr. CARLOS ENRIQUE ARELLANO
RAMÍREZ
PRESIDENTE DE JURADO DE TESIS
MSc. FRANKLIN BARRA ZAPATA
SECRETARIO DE JURADO DE TESIS
MSc. CESAR HUMBERTO ESTRADA
CRISANTO
VOCAL DE JURADO DE TESIS

6
DEDICATORIA
El desarrollo y conclusión de este trabajo de investigación está
dedicado a mi familia y a las personas que siempre me apoyaron
Carlos Alberto Gil Berrú

7
AGRADECIMIENTOS
A dios:
Por la vida, mi familia y las grandiosas personas que ha puesto en mi camino.
A mis padres:
Por su sacrificio y respaldo, por creer que la educación es una prioridad y apostar por nosotros
sus hijos.
A mi hermano:
Por su gran ayuda, por haber sido un apoyo muy importante en mi educación profesional, por la
confianza que depositó en mí en momentos cruciales de mi vida, por significar un gran ejemplo
a seguir y por su orientación que influyó en mí el hecho de persistir en el desarrollo de este trabajo
de investigación.
A mi Asesor y Co Asesor:
Por el aporte científico, tiempo de dedicación y guía para la realización de la presente tesis.
A mi personita especial:
Por estar siempre allí, por su respaldo y apoyo constante.

8
INDICE GENERAL
DEDICATORIA ........................................................................................................................... 6
AGRADECIMIENTOS ................................................................................................................ 7
ÍNDICE DE FIGURAS............................................................................................................... 12
RESUMEN.................................................................................................................................. 15
ABSTRACT................................................................................................................................ 16
INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 17
I. ASPECTOS DE LA PROBLEMÁTICA. ....................................................................... 18
1.1. DESCRIPCIÓN DE LA REALIDAD PROBLEMÁTICA......................................... 18
1.2. FORMULACIÓN Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN
19
1.2.1. Problema general................................................................................................. 19
1.2.2. Problemas específicos ......................................................................................... 19
1.3. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN........................... 19
1.4. OBJETIVOS ............................................................................................................... 20
1.4.1. Objetivo general.................................................................................................. 20
1.4.2. Objetivos específicos........................................................................................... 20
1.5. Delimitación de la investigación................................................................................. 20
II. MARCO TEÓRICO........................................................................................................ 22
2.1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN ......................................................... 22
2.1.1. Antecedentes Nacionales..................................................................................... 22
2.1.2. Antecedentes Locales.......................................................................................... 23
2.2. BASES TEÓRICAS.................................................................................................... 24
2.2.1. Procesos Industriales........................................................................................... 24
2.2.2. Control de Procesos Industriales......................................................................... 25
2.2.3. Controlador Lógico Programable........................................................................ 25
2.2.4. Estructura un PLC............................................................................................... 26
2.2.5. Scan del PLC....................................................................................................... 28

9
2.2.6. PLC Logo Siemens.............................................................................................. 28
2.2.7. Logo Soft Comfort .............................................................................................. 29
2.2.8. Microcontrolador PIC ......................................................................................... 34
2.3. GLOSARIO DE TÉRMINOS BÁSICOS ................................................................... 37
2.4. HIPÓTESIS................................................................................................................. 37
2.4.1. Hipótesis general................................................................................................. 37
2.5. DEFINICIÓN Y OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES............................... 37
2.5.1. Variable Dependiente.......................................................................................... 37
2.5.2. Variable Independiente ....................................................................................... 37
III. DESARROLLO METODOLOGICO: DISEÑO DEL MODULO DE CONTROL ....... 38
3.1. HARDWARE DE ADQUISICION ............................................................................ 38
3.1.1. Sensor de presión MPS 3117 .............................................................................. 38
3.1.2. Análisis de relación Altura – Voltaje .................................................................. 38
3.1.3. Etapa de acondicionamiento de señal.................................................................. 39
3.1.4. Microcontrolador PIC16F1829 ........................................................................... 42
3.2. DIAGRAMA ELECTRICO DEL TABLERO DE CONTROL.................................. 43
3.3. SOFTWARE PARA MEDICION DE NIVEL ........................................................... 43
IV. DESARROLLO DE LA GUIA PRACTICA .................................................................. 45
4.1. PRACTICA 01: INTRODUCCION A LOGO SOFT Y CADe SIMU....................... 45
4.1.1. OBJETIVOS........................................................................................................ 45
4.1.2. MATERIALES.................................................................................................... 45
4.1.3. MARCO TEÓRICO............................................................................................ 45
4.1.4. PROCEDIMIENTO ............................................................................................ 53
4.1.5. CUESTIONARIO ............................................................................................... 56
4.1.6. CONCLUSIONES .............................................................................................. 56
4.2. PRACTICA 02: DIAGRAMAS DE FUNCIONES, KOP Y MARCAS .................... 57
4.2.1. OBJETIVOS........................................................................................................ 57

10
4.2.2. MATERIALES.................................................................................................... 57
4.2.3. MARCO TEÓRICO............................................................................................ 57
4.2.4. PROCEDIMIENTO ............................................................................................ 59
4.2.5. CUESTIONARIO ............................................................................................... 62
4.2.6. CONCLUSIONES .............................................................................................. 62
4.3. PRACTICA 03: MANEJO DE TEMPORIZADORES Y CONTADORES............... 63
4.3.1. OBJETIVOS........................................................................................................ 63
4.3.2. MATERIALES.................................................................................................... 63
4.3.3. MARCO TEÓRICO............................................................................................ 63
4.3.4. PROCEDIMIENTO 1 ......................................................................................... 66
4.3.5. CUESTIONARIO ............................................................................................... 67
4.3.6. CONCLUSIONES .............................................................................................. 67
4.4. PRACTICA 04: PROCESO BATCH PARA MEZCLA DE LIQUIDOS .................. 68
4.4.1. OBJETIVO.......................................................................................................... 68
4.4.2. MATERIALES.................................................................................................... 68
4.4.3. MARCO TEÓRICO............................................................................................ 68
4.4.4. PROCEDIMIENTO ............................................................................................ 68
4.4.5. CUESTIONARIO ............................................................................................... 70
4.4.6. CONCLUSIONES .............................................................................................. 70
CONCLUSIONES ...................................................................................................................... 71
RECOMENDACIONES............................................................................................................. 72
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................................................ 73
ANEXOS..................................................................................................................................... 75
ANEXO 1: HOJA DE DATOS DE SENSOR MPS1117 ........................................................... 75
ANEXO 2: HOJA DE DATOS DE MICROCONTROLADOR PIC 16F1829.......................... 78
ANEXO 3: HOJA DE DATOS DEL AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACION AD620. 80
ANEXO 4: HOJA DE DATOS DE PLC LOGO 230RC............................................................ 83

11
ANEXO 5: HOJA DE DATOS DE GUARDAMOTOR ............................................................ 86
ANEXO 6: HOJA DE DATOS DE CONTACTOR ................................................................... 87
ANEXO 7: CALCULO DE CONSTANTES PARA CALCULO DE ALTURA UTILIZANDO
CURVE FIFTING....................................................................................................................... 88
ANEXO 8: DIAGRAMA DE FLUJO DE SOFTWARE DE MEDICION DE NIVEL Y ENVIO
DE SEÑALES AL PLC .............................................................................................................. 89
ANEXO 9: SOFTWARE DE MEDICION DE NIVEL Y ACTIVACION DE INTERRUPTORES
DE NIVEL .................................................................................................................................. 90
ANEXO 10: ESQUEMATICO DE TARJETA DE ADQ........................................................... 94
ANEXO 11: TABLERO DE CONTROL ................................................................................... 96

12
ÍNDICE DE FIGURAS.
Figura 2.1: Arquitectura de un PLC........................................................................................... 26
Figura 2.2: Ciclo de funcionamiento de un programa en un PLC ............................................. 28
Figura 2.3: PLC Logo 230RC Siemens....................................................................................... 29
Figura 2.4: Interface de usuario del software LogoSoft Comfort............................................... 30
Figura 2.5: Arquitectura de procesadores.................................................................................. 35
Figura 2.6: Arquitectura Von Neuman y Harvard...................................................................... 36
Figura 2.7: Arquitectura de un microcontrolador de 8 bits ....................................................... 36
Figura 4.1: Descripción de Logo 230 RC Siemens..................................................................... 46
Figura 4.2: Diagrama de contactos............................................................................................ 46
Figura 4.3: Diagrama de funciones de la figura 2 en Logo. ...................................................... 47
Figura 4.4: Conexión cableada en Logo..................................................................................... 47
Figura 4.5: Interfaz de trabajo de LogoSoft Comfort................................................................. 49
Figura 4.6: Iconos en el editor de diagramas............................................................................. 49
Figura 4.7: Iconos para operar el Logo. .................................................................................... 50
Figura 4.8: Interfaz de simulación CADe SIMU. ....................................................................... 50
Figura 4.9: Librerías bloque I en el programa CADe SIMU. .................................................... 51
Figura 4.10: Librerías bloque II en el programa CADe SIMU.................................................. 52
Figura 4. 11 A) Conexión de componentes de un circuito de fuerza. B) Simulación del circuito
de fuerza...................................................................................................................................... 53
Figura 4.12: Creación de un nuevo programa con esquema de contactos................................. 54
Figura 4.13 Diagrama eléctrico para el arranque y parada de un motor.................................. 54
Figura 4.14: Diagrama de funciones para el arranque y paro de motor................................... 55
Figura 4.15: Diagrama de funciones con relé enclavador......................................................... 55
Figura 4.16: Componentes básicos de los diagramas KOP ....................................................... 58
Figura 4.17: Sistema automático de llenado de tanque.............................................................. 59
Figura 4.18: Diagrama de contactos del sistema....................................................................... 60
Figura 4.19: Diagrama de funciones del sistema....................................................................... 60

13
Figura 4.20: Solución al sistema de llenado con Relé auto enclavador.................................... 61
Figura 4.21: Diagrama eléctrico de sistema de llenado de tanque........................................... 62
Figura 4.22: Representación gráfica, de la función de temporizador con retardo a la conexión.
..................................................................................................................................................... 63
Figura 4.23: Diagrama de funcionamiento, de la función de temporizador con retardo a la
conexión. ..................................................................................................................................... 64
Figura 4.24: Representación gráfica, de la función de temporizador con retardo a la desconexión.
..................................................................................................................................................... 64
desconexión................................................................................................................................. 65
Figura 4.26: Representación gráfica, de la función contador adelante/atrás............................ 65
Figura 4.27: Diagrama de funcionamiento, de la función contador adelante/atrás. ................. 66
Figura 4.28: Diagrama de funciones para activación de motor utilizando temporizador con
retardo a la conexión. ................................................................................................................. 66
retardo a la conexión y contador adelante/atrás........................................................................ 67
retardo a la conexión y contador adelante/atrás........................................................................ 69
Figura 4.31: Diagrama de funciones para proceso Bath de llenado y mezcla de líquidos........ 70

14
ÍNDICE DE TABLAS.
Tabla 2.1: Lista de funciones Básicas......................................................................................... 31
Tabla 2. 2 Lista de funciones especiales..................................................................................... 32
Tabla 3.1. Mediciones de Altura vs Voltaje de salida con ganancia 1 ....................................... 40
Tabla 3.2. Mediciones de Altura vs Voltaje de salida con ganancia 150 ................................... 41
Tabla 4.1. Lista de entradas y salidas del programa de control de llenado de tanque. ............. 59

15
RESUMEN
La presente investigación tiene como propósito el diseño y la implementación de un módulo
para la enseñanza de control de procesos y automatismos eléctricos basados en PLC, al ser
estos los controladores más utilizados a nivel industrial. Con este módulo se pretende que
estudiantes de la Escuela de Ingeniería Electrónica realicen prácticas de laboratorio similares
a las aplicaciones industriales empleando sensores, elementos finales de control y
controladores de uso industrial. De esta manera se ayuda a cerrar la brecha que existe entre
la formación teórica y la aplicación práctica que requieren los estudiantes de nivel superior,
sumando con esto a la mejora de la calidad de enseñanza.
El esquema del módulo teórico-practico desarrollado ha tenido como base las guías del curso
de sistemas de control industrial de la Escuela profesional de Electrónica y
Telecomunicaciones, así como de guías prácticas de TECSUP. Con este módulo propuesto,
no se pretende cubrir la totalidad de situaciones que nos plantea la industria, pero sirve como
aporte al equipamiento en hardware y software de la escuela, que nos permita un
acercamiento más real de la dinámica de los procesos que se controlan en la industria y que
muchas veces el estudiante desconoce por falta de herramientas prácticas.
Palabras clave: PLC, LOGO SOFT COMFORT, PROCESO BATCH,
MICOCONTROLADOR

16
ABSTRACT
The purpose of this research is the design and implementation of a module for teaching process
control and electrical automation based on PLCs, as these are the most widely used controllers at
the industrial level. With this module, students from the School of Electronic Engineering are
expected to perform laboratory practices similar to industrial applications using sensors, final
control elements and controllers for industrial use. In this way, it helps to close the gap between
the theoretical training and the practical application required by higher level students, thus adding
to the improvement of the quality of teaching.
The outline of the theoretical and practical module developed was based on the guidelines of the
industrial control systems course at the Professional School of Electronics and
Telecommunications, as well as on practical guides from TECSUP. This proposed module does
not aim to cover all the situations posed by the industry, but it does serve as a contribution to the
school's hardware and software equipment, allowing a more realistic approach to the dynamics of
the processes controlled in the industry, which are often unknown to students due to a lack of
practical tools.
Keywords: PLC, LOGO SOFT COMFORT, BATCH PROCESS, MICROCONTROLLER

17
INTRODUCCIÓN
En la actualidad el control automático de procesos industriales es una actividad en la cual se ven
inmersas muchas disciplinas y que a su vez obliga a tener en consideración aspectos técnicos
(electrónica, informática, sistemas, etc.), científicos y económicos con el fin de mantener la
calidad y competitividad, cumpliendo con las especificaciones y niveles de calidad que exigen las
empresas.
Es por ello que un sistema de control de procesos tiene como principal finalidad, corregir las
desviaciones que surgen durante el proceso, respecto a los valores anteriormente determinados
como óptimos para conseguir un producto final que cumpla con las propiedades y características
requeridas. Teniendo en cuenta esta premisa, podemos identificar dos acciones principales y
fundamentales como lo son la medición y el control, tanto desde el punto de vista del correcto
funcionamiento del proceso como de la consideración de la relación calidad/ precio.
Gracias a los avances tecnológicos y de la programación, los sistemas de control y
comunicaciones industriales, han evolucionado siendo más complejos y eficientes, y se han
convertido en un factor determinante para el aumento de la productividad y competitividad de las
empresas.
Una de las áreas de formación a nivel de pregrado de las Escuela profesional de Ingeniería
Electrónica y Telecomunicaciones, es el área de Control, Instrumentación y Automatización
Industrial, la cual no cuenta con módulos de enseñanza que permitan aplicar los conceptos de la
teoría de control y automatización mediante la simulación practica de un proceso industrial, como
una herramienta practica para reforzar y potenciar la enseñanza del alumnado en esta área,
creando una brecha entre la realidad académica y de campo, que merma muchas veces en el
desenvolvimiento profesional del alumnado.
La escuela profesional, al ser una de las carreras con mayor crecimiento y presencia en el ámbito
laboral a nivel industrial, debe contar con equipos que permitan brindar al egresado afianzar sus
conocimientos y adquirir nuevas capacidades en áreas de ámbito industrial, con lo cual el mismo
podrá asimilar mejor nuevos conocimientos adquiridos en campo y responder a las necesidades
del mismo, así como elevar el nivel y la calidad de formación de la escuela profesional.
Consciente de la importancia de formar profesionales que cuenten con los conocimientos y
habilidades mínimas que requieren las empresas que involucran procesos industriales hoy en día,
como instalación y puesta en marcha de instrumentos y dispositivos de control, así como su
configuración, este proyecto de investigación plantea el diseño e implementación de un módulo
en el cual se puedan simular procesos industriales básicos mediante el uso de microcontrolador
PIC, sensor de presión y actuadores como bombas, motores y electroválvulas, manejados con un
controlador lógico programable (PLC) básico como el LOGO de Siemens, que sirva como piloto
para la enseñanza de prácticas de laboratorio en los cursos de control y electrónica industrial de
la carrera de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones de la Universidad Nacional de Piura.

18
I. ASPECTOS DE LA PROBLEMÁTICA.
1.1. DESCRIPCIÓN DE LA REALIDAD PROBLEMÁTICA
En un mundo que cambia constantemente y de manera acelerada, la educación a nivel
superior es uno de los pilares para el desarrollo de un país. La nueva reforma de la
educación universitaria en nuestro país normada por la ley 30220, tiene como objetivo
promover la mejora continua de la calidad educativa de las universidades, las cuales tienen
como fines principales formar profesionales de alta calidad, difundir el conocimiento y
promover la investigación. Con este proceso, se busca asegurar que se impartan a los
estudiantes las habilidades y capacidades necesarias para su desarrollo profesional.
La universidad en lo que concierne a carreras de ingeniería, debería tener como objetivo
impartir conocimiento y habilidades que les permitan a los futuros profesionales dar
solución de forma eficiente a los problemas que se presentan en la industria, combinando
la formación teoría con la capacidad de aplicarla en diferentes situaciones, de forma eficaz
y con destreza. Para afianzar el conocimiento y el desarrollo de habilidades, es necesario
contar con equipamiento que permita desarrollar de forma practica la teoría impartida en
clase, interactuando con herramientas, equipos y situaciones que le permitan estar
preparados cuando se inserten en el mundo laboral.
La escuela profesional de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones de nuestra casa de
estudios, es una carrera que contempla dentro de su plan de formación áreas como sistemas
digitales, electrónica de potencia, control de procesos industriales, así como
telecomunicaciones y energías renovables, lo cual la sitúa como una de las carreras de
vanguardia y de mayor demanda en la actualidad ante el creciente desarrollo tecnológico.
Por este motivo, es indispensable que la escuela cuente con equipamiento básico que
permita estar a la par con la tecnología actual.
Al enfocarnos en el área de control de procesos industriales, se puede observar que el
laboratorio donde se desarrollan las prácticas, no cuenta con el equipamiento actualizado
necesario para poder complementar la teoría de control básica ni industrial, ya que solo
cuenta con un módulo LEYBOLD de una planta de llenado de tanques, un PLC S7-300
del fabricante Siemens el cual ha quedado desfasado con respecto a los controladores
industriales y en el último ciclo 2018-II se implementó un par de estaciones RTU como
parte del curso de sistemas de control industrial que ahora forman parte del laboratorio de
la escuela, pero sigue existiendo un déficit en equipamiento incluyendo en este, maquetas
que permitan implementar pequeños procesos industriales básicos como control de presión,
caudal etc., por lo cual muchas veces todo se resume a la programación y simulación en
programas de computadora.
La problemática mencionada en el apartado anterior, merman en la formación profesional
en lo que concierne al área de control de procesos industriales, así como en el desarrollo
del perfil profesional del alumno de pregrado, debido a que no se complementa de forma
adecuada y completa la parte teoría con la práctica. Por lo cual el problema principal es la
falta de equipamiento básico necesario en el área de control de procesos, que permita una
mejora en la calidad de enseñanza para el desarrollo de capacidades y habilidades
formativas a lo largo de la carrera en cursos donde se imparta la teoría de control, dando
más confianza al alumno de pregrado.
En vista de la problemática actual, el presente trabajo de investigación plantea la
implementación un módulo para la enseñanza practica de control industrial basado en un
proceso tipo batch para la mezcla de líquidos, con el cual se pueda implementar el control
de una de las variables clásicas como nivel, presente en procesos industriales clásicos,

19
utilizando un controlador industrial básico como el LOGO de Siemens para el manejo de
actuadores y el control del proceso, y una tarjeta de adquisición basada en un
microcontrolador PIC para la lectura de un sensor de presión para la medición y cálculo del
nivel de líquido como él envió de señales de 220 VAC mediante relés hacia el PLC.
Además, se podrá visualizar la secuencia del proceso, los estados de los actuadores y el
valor de la variable del proceso utilizando una pantalla LCD, con lo cual se pretende
simular un proceso industrial de forma básica y que pueda desarrollarse en prácticas de
laboratorio.
1.2. FORMULACIÓN Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA DE
INVESTIGACIÓN
1.2.1. Problema general
¿Qué beneficio tendrá el dotar al laboratorio de control de procesos industriales con
un módulo de simulación practica de procesos industriales para la enseñanza de
prácticas de laboratorio?
1.2.2. Problemas específicos
• ¿Cuáles son las características con las que debe contar el hardware de
adquisición para el cálculo de nivel de líquido?
• ¿Qué funciones del Logo utilizar para desarrollar la lógica del proceso?
1.3. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN
En la actualidad, controlar un proceso significa mejorar la rentabilidad del mismo y también
su seguridad ante posibles riesgos, lo cual se ve reflejado en una mejor calidad de producto
final. Las empresas que cuentan con procesos industriales requieren profesionales con la
mejor formación y habilidades que le permitan manejar herramientas de configuración e
instalación de elementos de campo, así como un conocimiento conciso del control de
procesos. La escuela profesional de Ingeniería Electrónica y telecomunicaciones, como
casa formadora de alumnos con las mayores competencias y consiente de los constantes
cambios que obliga a tener alumnos más competentes, necesita de herramientas que
permitan complementar la teoría impartida en clases. Como lo menciona Ortiz, Rennola ,
& Búllon , 2005( mencionado en Wolf, 1996):
Se debe recordar que el proceso de comprensión y retención de información es más
efectivo cuando el individuo tiene activados varios de sus sentidos. Cuando la
percepción sensorial es sólo auditiva, la retención es cercana al 20%. Con un escenario
que incluya ayuda audiovisual, la retención sube a un 40 % y cuando el proceso
también introduce elementos interactivos que obligan al estudiante a interactuar, la
retención puede llegar hasta un 80% (p.97).
Por lo mencionado anteriormente, el presente trabajo de investigación surge como un
método de entrenamiento real, para la formación a nivel práctico de los estudiantes en la
materia de control de procesos, mejorando en forma directa la calidad de formación de la
escuela.
La importancia del presente trabajo de investigación, radica en que este módulo permitirá
al alumno mejorar sus capacidades y habilidades, dejando solo la formación basada en
simulaciones o solo la parte teórica, lo cual lo pone en cierta desventaja frente a otros
alumnos con una formación práctica, por lo cual se plantea tomar como base ciertos
métodos y criterios para la elaboración del módulo y sus respectivas prácticas para cumplir

20
con el objetivo de mejorar la enseñanza practica en el área de control de procesos mediante
una herramienta aprendizaje directa y práctica.
Se justifica esta investigación de forma teórica, porque este estudio constituye una
herramienta necesaria para la enseñanza de prácticas de laboratorio de todos los estudiantes
de pregrado de la escuela de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones de la UNP, lo
cual mediante la implantación de un nuevo módulo y método de enseñanza, permitirá
incluir a los alumnos en la mejora de sus capacidades y habilidades siendo más competentes
al insertarse al mercado laboral en el rubro de control de procesos industriales. Así mismo,
servirá como una fuente de información para futuros trabajos de este tipo, abocados a la
mejora continua de la calidad de la enseñanza.
1.4. OBJETIVOS
1.4.1. Objetivo general
Diseñar e implementar un módulo para la simulación practica de un proceso tipo Bath
para la enseñanza de prácticas de laboratorio en la escuela de Ingeniería Electrónica
de la UNP.
1.4.2. Objetivos específicos
• Diseñar el hardware y software de la tarjeta de adquisición, para el cálculo del
nivel de líquido.
• Diseñar la lógica del programa a implementar, para su correcto
funcionamiento.
1.5. Delimitación de la investigación
En cuanto a la delimitación, el presente trabajo de investigación diseñará e implementará un
módulo para simular un proceso tipo batch para la mezcla de líquidos, el cual ejecutará un
circuito cerrado de bombeo, mezcla y vaciado de forma automática. Cada etapa estará
definida por tres diferentes niveles del recipiente de mezcla, para lo cual se utilizará un sensor
de presión el cual será utilizado para medir el nivel de líquido en el tanque principal donde
se realizará el proceso de mezcla.
Para la adquisición de la señal y envió de señales al PLC se diseñará una tarjeta que tendrá
una etapa de adquisición para la lectura de la señal proveniente del sensor de presión. El
cálculo del nivel y envió de señales al PLC para la activación de los actuadores será
controlado utilizando un microcontrolador pic 16f1829, por cada uno de los niveles fijados.
El PLC, solo recibe señales del tipo 220Vac, por lo cual la tarjeta contara con un conjunto
de relés para él envió de las mismas.
El PLC manejará la activación y desactivación de las bombas, válvulas y el motor de
mezclado, el cual estará encendido por un tiempo fijado en la programación del mismo,
además de tener la opción a paros manuales definidos por el usuario. Además de lo descrito,
el módulo contará con una pantalla LCD en la cual se mostrará el valor de la variable de
proceso que en nuestro caso será el nivel, así como el estado de los actuadores y etapas del
proceso.
Se opta por un módulo de estas características, ya que los costos para implementar un módulo
de prácticas 100% industrial sería muy superior al que se plantea, el cual contemplaría
sensores que entregan señales del tipo 4-20mA, actuadores industriales, un controlador de
una gama superior que cuente con módulos que permitan leer estos tipos de sensores, maneje
actuadores con tipos de señales diferentes a 220V (como es el caso del Logo 8), con puertos

21
de comunicación industrial que permitan implementar un Sistema SCADA. Cabe resaltar
que lo que se busca en la presente investigación es dotar a la escuela profesional, en lo que
al área de control de procesos industriales concierne, de una herramienta practica que le
permita al estudiante reforzar los conceptos teóricos.

22
II. MARCO TEÓRICO
2.1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN
2.1.1. Antecedentes Nacionales
Arbieto Campos, J. (2017) en la tesis titulada: Automatización de un sistema de
mezclado de pintura mediante el PLC Siemens Logo 230RC, como alternativa para
reducir los tiempos muertos originados por el actual proceso manual, desarrollada
en la Universidad Tecnológica de Lima Sur para optar por el título de Ingeniero
Electrónico Electricista, planteo como problema principal de la investigación:
¿Cómo reducir los tiempos muertos originados por realizar en forma manual el
proceso de mezcla de pintura en la Empresa Hach S.A.C, mediante la aplicación del
controlador lógico programable Siemens LOGO 230RC?. El objetivo general de la
investigación fue reducir los tiempos muertos mediante la aplicación de un PLC de
la marca Siemens LOGO 230RC, para automatizar el proceso de mezcla de pintura
de la empresa Hach S.A.C., y como objetivos específicos identificar los elementos
de entrada y salida del proceso, y desarrollar la programación del PLC para
automatizar el proceso.
Se realizó una descripción general del proceso y la secuencia de accionamiento del
mismo para establecer una relación entre los elementos captadores de señal, los
actuadores y el controlador lógico programable. Una vez obtenidas las relaciones
se desarrolló el conexionado y la programación del proceso en el controlador
utilizando el software Logo Soft Comfort. Como resultado de la investigación se
logró reducir los tiempos muertos en un 84.48%, lo cual implica un aumento en la
productividad del proceso antes mencionado.
Como recomendación se menciona implementar un controlador PID en la medición
y monitoreo de la temperatura en la etapa de calefacción, así como la inclusión de
sensores de caudal y presión para un control más avanzado en la etapa de
dosificación, lo cual permita incrementar la calidad de producto obtenido.
La presente investigación describe un proceso similar al que se pretende desarrollar,
por lo cual el aporte estará enfocado en la parte de programación desarrollada en el
software Logo Soft Comfort utilizando diagrama de funciones y el enfoque de la
lógica cableada para la representación del circuito de control y del circuito de
conexión al controlador.
Pinchi Vílchez & Kahn Zmabrano (2013) realizaron el trabajo de tesis titulado:
Desarrollo de un módulo lógico programable para la simulación y el control
automático del nivel de liquido de un tanque, desarrollada en la Universidad
Nacional de la Amazonia Peruana, para optar por el título de Ingeniero Químico,
planteo como objetivo general de la investigación desarrollar un módulo lógico
programable para la simulación y el control automático del nivel de líquido en un
tanque y como objetivos específicos diseñar un proceso en el cual se realice el
control automático del nivel de líquido en un tanque, realizar la programación
utilizando Logo Soft Comfort así como instalar el módulo en un equipo de
laboratorio para poder evaluar el funcionamiento del módulo.
Se realizó una descripción del proceso de control de nivel de líquido a implementar
con lo cual se determinó las entradas y salidas del sistema para la selección de
componentes principales del módulo lógico programable y su diseño. La
programación se realizó mediante el esquema KOP dividiéndola en tres partes:
Inicio del proceso, activación de válvula solenoide, bomba 1 y alarma de luz y

23
finalmente la activación de la bomba de reposición. Como conclusión se logró
cumplir con el objetivo general de la investigación, lo cual permitió contribuir con
el aprendizaje de la simulación y automatización de procesos industriales en la
facultad de ingeniería química de la universidad.
El aporte de la investigación es con respecto a la parte teórica, simulación y manejo
de todas las herramientas del software Logo Soft Comfort para el desarrollo de la
programación del controlador, así como el proceso de carga del programa al
controlador.
2.1.2. Antecedentes Locales
Ruiz Silva, M. (2016) en su tesis titulada: Diseño de un módulo SCADA de
enseñanza práctica con comunicación Profibus y PLC'S S7-1200 para el
laboratorio de la Escuela de Ingeniería Electrónica de la UNP, para optar por el
título de Ingeniero Electrónico y Telecomunicaciones, planteo como problema
principal de la investigación: ¿ Cómo diseñar un módulo SCADA de enseñanza
práctica con comunicación Profibus que permita la mejora de las prácticas de
laboratorio en el área de control de procesos industriales?. El objetivo principal de
la investigación fue el diseño de un módulo SCADA de enseñanza practica con
comunicación Profibus para el desarrollo de prácticas de laboratorio en el área de
control de procesos y los objetivos específicos fueron la selección de dispositivos y
herramientas de software para el desarrollo del módulo SCADA, así como la
elección de la metodología para el desarrollo de las prácticas.
Se desarrolló una guía compuesta de cuatro prácticas de laboratorio en las cuales se
abordan los temas de capa física Profibus, comunicación Profibus en modo maestro-
esclavo y el estándar OPC en modo cliente y servidor, utilizando el software Step
7 TIA PORTAL V12.0 y HMI Intouch para la configuración y programación del
PLC y los dispositivos de comunicación Profibus.
El aporte para la presente investigación está relacionado con la metodología
empleada para el desarrollo de las prácticas que forman parte de la guía de
laboratorio, la cual está basada en el actual modelo con el que cuenta la Escuela de
Ingeniería Electrónica para el desarrollo de las prácticas de laboratorio.
Valdiviezo Palacios, M. (2014) en su tesis: Desarrollo de una tarjeta de adquisición
de datos e interface con instrumentos virtuales de LabVIEW, para control de
módulos leybold, para optar por el título de Ingeniero Electrónico y
Telecomunicaciones, planteo como objetivo principal de la investigación diseñar
una tarjeta que de adquisición que le permita automatizar los módulos leybold de
temperatura, nivel y motor generador y ser controlados utilizando herramientas
virtuales con el software LabVIEW.
Se desarrolló el modelado matemático de cada planta para obtener las respectivas
funciones de transferencia, en base al desarrollo experimental del modelo obtenido.
Posteriormente se diseñó el controlador para cada módulo utilizando Matlab. La
interface de control se desarrolló utilizando LabVIEW en la cual se envían los
comandos utilizando comunicación USB a la tarjeta de adquisición de datos para el
control de los módulos y también poder visualizar en la interface los parámetros de
control y respuesta en el tiempo.
La tarjeta de adquisición fue desarrollada en base a un microcontrolador PIC
18F2550 el cual cuenta con un módulo de comunicación USB con lo cual se
comunicó la tarjeta con la PC utilizando la clase HID para el envío y recepción de

24
datos con LabVIEW. Sumado a eso la tarjeta fue implementada con etapas de
acondicionamiento para la señal de presión proveniente del leybold de nivel, salidas
PWM para control del leybold de motor/generador y temperatura.
Como resultado se logró obtener un modelo aceptable de cada planta y el control
de cada módulo mediante el software LabVIEW y la tarjeta de adquisición, con lo
cual se puede desarrollar prácticas de control básicas, utilizando los módulos
leybold. El aporte con la presente investigación es con respecto a la etapa de
adquisición y medida del nivel de líquido utilizando un sensor de presión. Se tomará
como referencia la etapa de acondicionamiento de la señal basado en un
amplificador de instrumentación.
2.2. BASES TEÓRICAS
2.2.1. Procesos Industriales
Un proceso industrial podría definirse como el conjunto de operaciones o acciones
únicas que son necesarias para modificar las características de las materias primas
(Baca, 2014).
El propósito de un proceso industrial está basado en el aprovechamiento eficaz de
los recursos naturales, de forma que, utilizando transformaciones ya sea físicas,
químicas y/o biológicas, aplicadas a materias primas previamente fijadas poder
obtener un producto final de calidad, el cual cubre las necesidades de la sociedad.
Lógicamente, la implementación del proceso es económicamente rentable, dejando
un margen de ganancia a los dueños de las industrias.
Para que todo proceso industrial sea realmente eficaz, debe tener una alineación de
recursos e información en los distintos niveles y jerarquías que la componen.
2.2.1.1. Clasificación de los procesos industriales
De acuerdo a la forma en la que se desarrolla un proceso, el cual
comprende la alimentación o entrada al proceso y la extracción o salida
del producto, los procesos industriales se pueden clasificar en:
• Proceso batch o por lotes
El proceso de alimentación o carga de la materia prima se
introduce al sistema al comienzo del proceso, y después de
transcurrido un determinado tiempo y tras varias etapas se
obtiene la salida de producto. Este proceso es el más antiguo,
puesto que se lleva a cabo a través de una secuencia claramente
definida. Ejemplo: Proceso de producción de cerveza o la
industria farmacéutica.
• Proceso continuo
En este tipo de proceso existe un flujo permanente de entrada y
salida durante todo el tiempo que dura el proceso, lo cual implica
que siempre hay un flujo de entrada de una materia prima al
sistema y por otro lado hay una cantidad de materia que sale del
sistema como producto final, mientras el proceso de
transformación se lleva a cabo. Ejemplo: Procesos de destilación
o purificación de agua.
• Proceso semicontinuo o semibatch
Cualquier forma de operar un proceso que no sea continua ni
batch.

25
2.2.2. Control de Procesos Industriales
Según Cendoya, Bermúdez, Farias, & Roquez (2012), el objetivo de un sistema de
control es controlar variables físicas como la presión, temperatura, velocidad, etc.,
de tal forma que sigan a los valores deseados en el proceso.
El control de procesos toma en cuenta la medición y el análisis de las variables que
determinan el funcionamiento de un proceso, así como la toma de decisiones y la
ejecución de acciones de control para gobernar dicho proceso.
Los principales puntos a considerar en el control industrial para un correcto
funcionamiento son:
• Variable del proceso
• Variable controlada
• Sistemas
• Perturbaciones
• Sistemas de lazo abierto
• Sistemas de lazo cerrado
De forma general todos los sistemas de control tienen como actores principales al
proceso y el controlador. El controlador es el sistema electrónico que se encarga de
generar una señal de control (variable eléctrica) a partir de la desviación entre la
variable del proceso; la cual es medida por un sensor, y su referencia; también
llamada set point. Esta señal de control es aplicada al actuador, el cual es un
elemento final de control utilizado para controlar el sistema físico o planta, que
recibe la señal de control y la convierte en una señal física que actúa directamente
sobre la planta.
El hecho de tener información directa del proceso es importante en términos de
oportunidad, ya que tan pronto se produce un cambio, este es registrado y utilizado
para mantener el proceso bajo control.
En todos los controles de procesos actuales se usan recursos de hardware y
software disponibles en varias familias de controladores industriales de
propósito general, que podemos clasificar tomando los más utilizados. Así,
tenemos: controladores lógicos programables (PLC), sistemas de control
distribuido (DCS), computadores industriales (IPC) y controladores
avanzados de procesos (PAC). (Arbildo Lopez, 2011, pág. 36)
2.2.3. Controlador Lógico Programable
Según la Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos (NEMA), define al PLC
de la siguiente forma:
Instrumento electrónico, que utiliza memoria programable para guardar
instrucciones sobre la implementación de determinadas funciones, como
operaciones lógicas, secuencias de acciones, especificaciones temporales,
contadores y cálculos para el control mediante módulos de E/S analógicos o
digitales sobre diferentes tipos de máquinas y de procesos.
Este controlador está diseñado para trabajar en amplios rangos de temperatura y
con inmunidad al ruido eléctrico, lo cual los hace dispositivos robustos capaces de
desempeñarse especialmente en ambientes industriales, en lo que automatización
se refiere.

26
2.2.4. Estructura un PLC
La arquitectura básica de un PLC se muestra en la Figura 2.1. Los principales
componentes son el módulo procesador, la fuente de alimentación y los módulos
de entradas y salidas.
Figura 2.1: Arquitectura de un PLC
Fuente: Mendez (2012)
El módulo procesador está formado por la unidad central de procesamiento (CPU)
y la memoria. Además del microprocesador, la CPU también tiene al menos una
interface para un dispositivo de programación y puede contener; en la mayoría de
PLC, al menos una interface para implementar redes de comunicación industrial.
2.2.4.1. Fuente de alimentación
La fuente de alimentación es un bloque separado, encargado de
suministrar la energía necesaria para garantizar los voltajes de operación
internos del controlador y sus respectivos bloques. Los valores más
frecuentes utilizados son 24VDC o 220VAC.
En general los PLC poseen dos tipos de fuentes de alimentación
independiente:
• Alimentación del PLC (CPU, memorias e interfaces)
• Alimentación de las entradas y salidas (algunas ocasiones por
separado).

27
2.2.4.2. Unidad Central de Proceso (CPU)
Su estructura está basada en un microprocesador y se encarga de ejecutar
el programa del usuario y de producir las transferencias de datos desde
las entradas a las salidas, tomando las instrucciones una a una de la
memoria, decodificándola y finalmente las ejecuta. También es la
encargada de gestionar la comunicación con otros periféricos.
2.2.4.3. Memoria
En un PLC, la memoria interna es la que almacena el estado de las
variables que maneja el autómata, como las entradas, salidas contadores,
temporizadores, marcas, entre otras. El procesamiento de información y
gestión de la memoria en el proceso de ejecución de programa se describe
de la siguiente forma:
Para el procesamiento de la información proveniente de las
entradas, el PLC utiliza lo almacenado en la memoria imagen, que
es la entrada “inmovilizada” durante un ciclo de procesamiento.
Después de ejecutar cada ciclo, la CPU ordena el intercambio de
señales entre las interfaces de entrada y salidas y la memoria
imagen, de forma que mientras dura la ejecución de cada ciclo, los
estados y valores de las entradas considerados para el computo no
son los actuales sino los almacenados en la memoria de imagen
leídos en el ciclo anterior. Los resultados no son enviados
directamente a la interface de salida, sino a la memoria de imagen
de salida, transfiriéndose a la interface, al terminar el ciclo.
(Introduccion a los Controladores Logicos Programables, s.f., pág.
4).
La memoria donde se almacena las instrucciones y el
almacenamiento de datos está basada en el tipo ROM, EEPROM o
FLASH, mientras que la memoria donde se ejecuta el programa es
la memoria RAM y por lo general se usan del tipo SRAM.
2.2.4.4. Interfaces de entradas y salidas
Las interfaces permiten tener una comunicación con la planta, con lo cual
se puede leer los estados que provienen de los elementos primarios de
control como los sensores o de interruptores y enviar información a
elementos finales de control como motores, bombas o electroválvulas.
Estas interfaces tienen que manejar señales que pueden clasificarse en
tres grupos como se menciona en Introduccion a los Controladores
Logicos Programables, s.f. :
1) Por tipo
• Analógicas (0-10V o 4-20mA)
• Digitales (señales binarias de 8, 16 o 32 bits)
2) Por la tensión de alimentación
• Corriente continua (estáticas 24-110V)
• Corriente continua a colector abierto (PNP o NPN)
• Corriente alterna (60-110-220V)
• Salidas por relé

28
3) Por el tipo de aislamiento
• Optoacopladas
• Acoplamiento directo
2.2.5. Scan del PLC
La ejecución de un programa en el PLC se da una forma iterativa, la cual es
conocida como scan. Este scan depende directamente de la cantidad de
entradas/salidas y las comunicaciones que deben realizarse. Podemos describir el
ciclo de scan como sigue:
El SCAN de un PLC comienza con la lectura del estado de sus entradas. El
programa de aplicación es ejecutado basado en la información obtenida.
Una vez que el programa es ejecutado el PLC realiza un diagnostico interno
y tareas de comunicación. El ciclo del SCAN se completa actualizando las
salidas y comenzando el proceso de nuevo. (Mendez, 2012, pág. 15)
Figura 2.2: Ciclo de funcionamiento de un programa en un PLC
Fuente: Introduccion a los Controladores Logicos Programables (s.f.)
El autodiagnóstico consiste en comprobar el firmware (instrucciones) de la CPU
y también la memoria del programa, así como los módulos de ampliación que
tenga conectados el PLC.
2.2.6. PLC Logo Siemens
Un Logo como lo menciona Siemens sigue siendo un PLC, pero orientado a tareas
de automatización pequeñas y domótica. Debido a que es un autómata de gama
baja; por decirlo así, en comparación con los clásicos S200, 300 o 1200 está
limitado en número de entradas y salidas, así como en el procesamiento, pero
posee las funciones básicas y necesarias para poder realizar automatizaciones de
baja escala, obteniendo una relación costo-beneficio aceptable.
Dentro de la gama de PLCs Logo, se ha elegido el Logo 230 RC que se muestra
en la Figura 2.3, el cual se ajusta a los requerimientos necesarios para desarrollar
nuestro proyecto. Entre las características más resaltantes de este se encuentran:
1) Entradas digitales I1 a I8 a 220 VAC.
2) Entrada de alimentación de 115 … 240VAC entre L1 y N.
3) Salidas de relé Q1 a Q4 de 10 A.
4) Entrada para programación y descarga de software a PC.

29
5) Pantalla LCD.
6) 4 cursores para programación manual.
Figura 2.3: PLC Logo 230RC Siemens
Fuente: Internet
2.2.7. Logo Soft Comfort
Es el software utilizado para la creación de programas para LOGO en el
computador, el cual incluye todas las gamas de controladores LOGO.
Con LogoSoft Comfort se pueden elaborar programas de conmutación de forma
interactiva y eficiente, ya que posee un entorno de trabajo gráfico, con lo cual
mediante la utilización de bloques funcionales basados en funciones lógicas que
se conectan entre sí, se puede hacer uso de todos los recursos que posee el PLC
para crear programas de automatización de manera práctica. Además, cuenta con
la opción de trabajar la programación y simulación de manera offline, con lo cual
es posible visualizar los estados de entradas y salidas, como el ciclo de ejecución
del programa.
Entre las funciones más importantes que ofrece este software están las siguientes:
• Creación en entorno gráfico de programas utilizando diagrama de
escalera o también llamado de contactos (KOP) o diagrama de bloques
de funciones (FUP).
• Simulación de programa en el ordenador.
• Impresión de un esquema general del programa.
• Lectura del contador de horas de funcionamiento.
• Transferencia del programa desde la PLC al PC y viceversa.
• Interrupción del procesamiento del programa desde la PC (STOP).
• Comparación de programas
Podemos ver en la Figura 2.4 el ambiente de desarrollo del LogoSoft Comfort,
del cual distinguimos las ventanas de editor diagrama, en la cual se agrupan los
bloques para el desarrollo del programa. La ventana de instrucciones, en donde
se encuentran las secciones de funciones basicas, especiales y constantes, las

30
cuales contienen los bloques para la programacion del Logo. Adicional a estas,
observamos la ventana de diagramas y una ventana de informacion, para ver el
estado de carga del programa, estado de conexión y errores en el programa.
La barra de menus y la barra de herramientas estandar ubicadas en la parte
superior, contiene las funciones para gestionar los programas, asi como la
transferencia del programa al PLC. La barra de herramientas en la ventana de
editor de programa, permite la conexión de bloques, test y simulacion.
Figura 2.4: Interface de usuario del software LogoSoft Comfort
Fuente: Programa LogoSoft Comfort V8.0
Dentro de la barra de instrucciones podemos cuatro secciones, llamadas
constantes, funciones básicas, funciones especiales y perfil de registro de datos.
La sección de constantes abarca las entradas y salidas del tipo analógico como
digital, marcas y funciones de red.
Las funciones básicas constan de las operaciones lógicas AND, OR, NOT,
NAND, NOR Y XOR como se describen en la Tabla 2.1.

31
Tabla 2.1: Lista de funciones Básicas
Representación en el
circuito eléctrico
Representación en
LOGO
Designación de la
función básica
Conexión en serie,
contactos normalmente
abiertos
AND (&)
La salida Q solo
toma el estado 1
cuando las cuatro
entradas tienen
estado 1.
AND con evaluación
de flanco
La salida solo toma
el estado de 1 cuando
todas las entradas
tienen estado 1 y en
el ciclo anterior tenia
estado 0 por lo
menos una entrada.
Conexión en paralelo,
cerrados
NAND
La salida solo adopta
el estado 0 cuando
todas las entradas
tienen estado 1.
NAND con
evaluación de flanco
La salida solo adopta
el estado 1 cuando
por lo menos una
entrada tiene estado
0 y en el ciclo
anterior tenían
estado 1 todas las
entradas.
Conexión en paralelo,
abiertos
OR
La salida ocupa el
estado 1 cuando por
lo menos una entrada
tiene estado 1, es
decir, está cerrada.

32
Continuación de Tabla 2.1
Conexión en serie,
cerrados
NOR
La salida solo ocupa el
estado 1 si todas las
entradas tienen estado
0, es decir, están
desactivadas.
Alternador doble
XOR
La salida de XOR
ocupa el estado 1
cuando las entradas
tienen estados
diferentes.
INVERSOR (NOT)
La salida ocupa el
estado 1 cuando la
entrada tiene el estado
0. El bloque NOT
invierte el estado en la
entrada
Fuente: (Siemens, 2006)
Las funciones especiales contienen funciones de tiempo, remanencia y diferentes
posibilidades de parametrización para adaptar el programa a las necesidades que
tengamos. consta de temporizadores, contadores, amplificadores, multiplexores,
comparadores y filtros del tipo analógico. Así mismo incluye un controlador PI,
PWM, relés enclavadores y registros de desplazamiento por mencionar los más
importantes, como se muestra en la Tabla 2.2.
Tabla 2.2 Lista de funciones especiales.
Representación en LOGO Designación de la Rem
función especial
Rem
Tiempos
Retardo a la conexión Rem
Retardo a la desconexión
Rem

33
Continuación de Tabla 2.2
Retardo a la
conexión/desconexión
Rem
Retardo a la conexión
con memoria
Rem
Relé de barrido (salida
de impulsos)
Rem
Relé de barrido
disparado por flanco
Rem
Generador de impulsos
asíncrono
Rem
Generador aleatorio
Interruptor de
alumbrado para
escalera
Rem
Temporizador semanal
Temporizador anual
Contador
Contador
avance/retroceso
Rem
Contador de horas de
funcionamiento Rem
Interruptor de valor
umbral
Conmutador analógico
de valor umbral

34
Interruptor
Conmutador analógico
de valor umbral
diferencial
Comparador analógico
Vigilancia del valor
analógico
Amplificador analógico
Otros
Relé autoenclavador Rem
Relé de impulsos Rem
Textos de aviso
Interruptor de software Rem
Registro de
desplazamiento
Rem
Fuente: Siemens (2006)
2.2.8. Microcontrolador PIC
Según Palacios Municio, Remiro Domínguez, & López Pérez (2004), la
definición de un microcontrolador es: “Un microcontralor (µc)es un sistema
cerrado, lo que quiere decir que en un solo circuito integrado se encierra un
sistema digital programable completo”.
Las partes principales de un µc son:
1. Procesador.
2. Memoria de programa no volatil.
3. Memoria de lectura/escritura para almacenamiento de datos.
4. Puertos de entrada y salida.
5. Módulos de comunicación.

35
6. Módulos axuliares: Timers, Osciladores, Convertidores A/D y D/A,
Módulos PWM, modo de operación de bajo consumo, proteccion de
fallos de alimentacion.
7. Sistemas de interrupción.
Figura 2.5: Arquitectura de procesadores
Fuente: Araujo Díaz (s.f)
Dentro de la gama de microcontroladores que estan actualmente en el mercado,
los microcontroladores PIC de Microchip Technology Inc., aparecen con una de
las mejores opciones debido a su bajo costo, disponibilidad, bajo consumo,
tamaño reducido, gran cantidad de informacion y herramientas de desarrollo a
nivel de hardware y software, hacen que la programación y uso de estos
microcontroladores tenga una menor complejidad.
Dentro de las caracteristicas que hace mas compactos y veloces a los
microcontroladores PIC son las siguientes:
1. Procesador RISC.
2. Procesador segmentado.
3. Arquitectura Harvard.
Con el procesador RISC (Reduce Instrucción Set Computer), el número de
instrucciones se reducen, se simplifican los modos de direccionamiento y permite
ejecutar instrucciones en un solo ciclo a excepción de las instrucciones de salto.
La estructura segmentada, permite realizar de forma simultánea las dos fases que
componen cada instrucción. La fase de ejecución de la instrucción se lleva a cabo
al mismo tiempo que se realiza la búsqueda de la siguiente instrucción a ejecutar.
La arquitectura Harvard a diferencia de la Von Neumann, utiliza dos memorias
independientes, que son la memoria de instrucciones y la memoria de datos,
accediendo a cada memoria de forma autónoma con un bus independiente y de
longitud diferente, como se puede apreciar en la Figura 2.6.

36
Figura 2.6: Arquitectura Von Neuman y Harvard
Fuente: Araujo Díaz (s.f)
Otra característica relevante de los PICS es el manejo intensivo del Banco de
Registros, los cuales participan de una manera muy activa en la ejecución de las
instrucciones, lo cual implica que todos los elementos del sistema, es decir,
temporizadores, puertos de entrada/salida, posiciones de memoria, etc., están
implementados físicamente como registros.
La arquitectura básica de un µc PIC se muestra en la Figura 2.7 en donde se puede
observar la memoria de programa que es del tipo de memoria de solo lectura
(ROM) conectada al CPU mediante un bus de una longitud de 12, 14 o 16 bits; la
cual varía de acuerdo al rango de la arquitectura de 8,16 o 32 bits, la memoria de
datos del tipo memoria de acceso aleatorio (RAM) conectada al CPU mediante
un bus de 8 bits.
Figura 2.7: Arquitectura de un microcontrolador de 8 bits
Fuente: Microchip (2011)

37
2.3. GLOSARIO DE TÉRMINOS BÁSICOS
PLC: Controlador Lógico Programable utilizado en procesos industriales.
Proceso Batch: Proceso ejecutado en forma secuencial y por etapas.
Sensor: Dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables
de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas.
Actuador: Dispositivo capaz de transformar algún tipo de energía (mecánica, hidráulica,
neumática o eléctrica) en la activación de elementos finales de control (válvulas, motores,
otros) en el proceso con la finalidad de crear un efecto sobre el elemento externo, a partir
de la señal de un controlador.
Microcontrolador: circuito integrado programable, capaz de ejecutar instrucciones
grabadas en su memoria, compuesto de bloques funcionales, destinado a cumplir
una función.
2.4. HIPÓTESIS
2.4.1. Hipótesis general
El diseño e implementación de un módulo para la simulación practica de un proceso
tipo Bath permitirá mejorar la enseñanza de prácticas de laboratorio en el área de
control de procesos industriales.
2.5. DEFINICIÓN Y OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES
2.5.1. Variable Dependiente
Mejora en la enseñanza de prácticas de laboratorio de control de procesos
industriales.
2.5.2. Variable Independiente
Módulo de simulación practica de un proceso industrial, para la enseñanza de
prácticas de laboratorio.

38
III. DESARROLLO METODOLOGICO: DISEÑO DEL MODULO DE
CONTROL
3.1. HARDWARE DE ADQUISICION
3.1.1. Sensor de presión MPS 3117
Para la medición de nivel de líquido existen diferentes tipos de sensores que se
pueden utilizar para este propósito como los del tipo ultrasónico, capacitivo o de
presión, el cual ha sido seleccionado para la presente investigación, por su bajo
costo y disponibilidad inmediata que se tenía para el desarrollo.
El sensor MPS 3117 es un sensor que mide la presión manométrica (por encima de
la presión atmosférica), con un rango de medición de 0 a 5.8 PSI lo cual es
equivalente a aproximadamente un rango de 0 a 4 metros de agua. Este sensor
entrega una señal del tipo diferencial con un valor máximo de 100 mV, basado en
el modo wein-brigde como se muestra en la figura 4.1.
Figura 3.1: Sensor de presión MPS 3117
Fuente: Internet
Entre las características de relevancia de este sensor, destacan el consumo máximo
de 3mA, tensión de alimentación entre ±2 y ±18V y una resistencia de puente de
5KΩ. Debido a que el recipiente tiene una altura de 80 cm, solo utilizaríamos la
quinta parte del rango total del sensor y al ser señales en la escala de los milivoltios,
se necesitó realizar un acondicionamiento de esta señal utilizando un amplificador
de instrumentación para trabajar con señales de estos niveles y además amplificarla
a un rango de 0 a 5 voltios, con lo cual se ajustaría a los niveles que el
microcontrolador puede manejar.
3.1.2. Análisis de relación Altura – Voltaje
Al realizar un análisis físico de la presión en el recipiente como se muestra en la
Figura 4.2, derivamos en las siguientes ecuaciones:

39
PE
Donde:
Po: Presión atmosférica
m: masa del agua
P: Presión en el área del
recipiente
H: altura
PE: Sensor de presión
A: Área
Figura 3.2: Diagrama de cuerpo libre del recipiente
Fuente: Elaboración propia
𝑃 =
𝑊
𝐴
=
𝑚𝑔
𝐴
Ecu 1.
𝑃 =
𝜌𝑣𝑔
𝐴
=
𝜌𝐴𝐻𝑔
𝐴
Ecu 2.
𝑃 = 𝜌𝑔𝐻 = 𝛾𝐻 Ecu 3.
La presión en el recipiente es definida como el producto del peso específico y la
altura del líquido. Asumiendo que el voltaje de salida del sensor (referido al voltaje
amplificado en la etapa de acondicionamiento) es proporcional a la diferencia de
presión y guarda una relación lineal, planteamos la siguiente relación:
𝑉𝑜 ≈ 𝛾𝐻 Ecu 4.
𝑉𝑜 = 𝑘𝛾𝐻 Ecu 5.
𝑉𝑜 = 𝑚𝐻 + b Ecu 6.
3.1.3. Etapa de acondicionamiento de señal
Para esta etapa se utilizó un amplificador de instrumentación (IA), el cual es
adecuado para trabajar con señales que se manejan escalas de tensión de µV o mV.
Entre los circuitos integrados disponibles en el mercado se encuentra el
amplificador de instrumentación AD620, el cual permite manejar la ganancia del
amplificador con solo una resistencia externa, en rangos entre 1 a 1000. La relación
de ganancia está definida por la Ecuación 7.
H
Po
m
P
A

40
Ecu 7.
Para poder definir la ganancia adecuada para el amplificador de instrumentación,
colocamos una resistencia de valor 1MΩ, entre los pines 1 y 8, con el objetivo de
obtener una ganancia aproximada de 1, con lo cual realizamos la medición a
diferentes alturas para medir el valor máximo entregado por el sensor, de acuerdo a
la Tabla 3.1.
Tabla 3.1. Mediciones de Altura vs Voltaje de salida con ganancia 1
Altura [cm] Voltaje Salida [mV]
5 0.0048
10 0.0064
20 0.0093
30 0.0123
40 0.0153
50 0.0184
60 0.0213
70 0.0242
80 0.0273
De acuerdo al valor máximo de voltaje entregado por el sensor para una altura de
70 cmH2O, es de 24 mV, para obtener rango de valores entre 0 y 4V en la entrada
analógica del microcontrolador necesitamos una ganancia determinada por la
Ecuación 8.
G =
4
0.0273
= 146.5 Ecu 8.
Reemplazando el valor de G en la Ecuación 7, obtenemos un valor de RG de 339,
pero al no ser un valor comercial decidimos seleccionar una resistencia de 330 ohm
el cual tendríamos una ganancia de 150 que se mantiene en el rango de medición
máxima del ADC.

41
Figura 3.3: Hardware de acondicionamiento para sensor de presión MPS3117
Tabla 3.2. Mediciones de Altura vs Voltaje de salida con ganancia 150
Altura [cm] Voltaje Salida [V]
5 0.716
10 0.954
15 1.163
20 1.389
25 1.619
30 1.846
35 2.06
40 2.29
45 2.52
50 2.75
55 2.97
60 3.20
65 3.42
70 3.65

42
Para obtener el valor de “m” utilizamos la herramienta de ajuste de curvas de Matlab
como se muestra en el anexo 5 donde obtenemos la relación expresada en la
ecuación 9.
𝐻 = 22.18 ∗ 𝑉 − 10.89 Ecu 9.
3.1.4. Microcontrolador PIC16F1829
De acuerdo a lo planteado en la presente investigación, se requería seleccionar un
microcontrolador que cuenta con un convertidor analógico a digital (ADC) así
como pines de entradas/salidas para manejar una pantalla LCD y tres relés para él
envió de señales al Logo. Para el desarrollo del software de adquisición y envío de
señales de nivel al PLC, se eligió el Microcontrolador PIC16F1829 de Microchip,
el cual cuenta con las siguientes especificaciones:
➢ Memoria de programa: 8K
➢ Memoria de datos: 1K
➢ Pines I/O: 18
➢ ADC: Resolución de 10 Bits
➢ Timers 8/16 bits: 4/1
➢ Oscilador interno: Seleccionable de 31KHz a 32MHz
Con la arquitectura del microcontrolador antes descrita se realizó la lectura de la
señal proveniente de la etapa del hardware de acondicionamiento, para poder medir
el nivel de agua en el tanque y activar 3 relés, con los cuales se envió la señal al
PLC para tres distintos niveles (0cm|30 cm|70cm), para que este realice la lógica de
control del proceso. Además, se manejó una pantalla LCD de 16x2, en la cual se
mostró el valor del nivel actual del tanque y el estado de los tres relés.
Figura 3.4: Hardware para medición de nivel de agua y envió de señales al LOGO.
Fuente: Elaboración propia.

43
3.2. DIAGRAMA ELECTRICO DEL TABLERO DE CONTROL
El tablero de control para el proceso Bath desarrollado en la presente investigación consta
de una llave general, un contactor, un guardamotor botones de inicio y parada, dos pilotos y
el PLC LOGO. Todos estos componentes están conectados de acuerdo a como se muestra en
la Figura 3.5.
Figura 3.5: Diagrama eléctrico del tablero de control
3.3. SOFTWARE PARA MEDICION DE NIVEL
Para el diseño del software para la medición de nivel se utilizó el módulo ADC del
microcontrolador PIC y el uso del Timer 1, para generar un tiempo de muestreo con el cual
se realice la lectura del canal analógico. La finalidad de utilizar un Timer y no realizarlo
mediante retardos, radica en diseñar un software más optimo utilizando los recursos con los
que cuenta el microcontrolador.
El Timer 1 trabajando como temporizador, permite generar una interrupción cuando este se
desborda. Mediante este principio, es que decidimos utilizar esta interrupción para generar
un tiempo de muestreo exacto para la lectura del canal analógico, sin tener la necesidad de
emplear retardos que dejan al microcontrolador sin hacer nada, tiempo en el cual puede
emplearse para realizar otras tareas, y solo realizar la lectura cuando es necesario (mediante
la interrupción).
Para el software diseñado, seleccionamos el oscilador interno con el que cuenta el
microcontrolador a una frecuencia de 16MHz y un tiempo de muestreo de 100ms, para
realizar la lectura del canal analógico. Para generar la interrupción en el tiempo seleccionado
se utiliza la ecuación 3.
𝑇 = 𝑇𝑜𝑠𝑐 ∗ 4 ∗ (65535 − 𝑇𝑀𝑅1) ∗ 𝑃𝑟𝑒𝑒𝑠𝑐𝑎𝑙𝑒𝑟 Ecu 10.

44
Dónde:
TMR1: Conformado por 2 registros de 1 byte c/u, y es el dato a partir del cual empezará a
incrementarse el TIMER1 con cada ciclo de instrucción.
Preescaler: Factor de división que tomar valores de 1, 2, 4 y 8
Tosc = 1/Frecuencia Oscilador
Siendo “T” nuestro tiempo de muestreo de 0.1 segundos, la frecuencia del oscilador de
16MHz y fijando un preescaler de 8, al reemplazar estos valores en la Ecuación 10 el valor
de TMR1 es:
0.1 = 0.0625 ∗ 0.000001 ∗ 4 ∗ (65535 − 𝑇𝑀𝑅1) ∗ 8
𝑇𝑀𝑅1 = 15535
El valor obtenido es con el cual inicializamos el Timer 1 para que genere una interrupción
cada 100ms, en donde realizaremos la lectura del canal analógico y activación de los relés.
Con respecto a los canales analógicos del microcontrolador, tenemos 12 canales disponibles
(CH0 – CH11). La primera opción que tenemos es la de seleccionar el canal analógico cero,
pero como sabemos los pines comparten funciones analógicas como digitales y algunos otros
periféricos. Los canales analógicos 0 y 1 comparten las funciones relacionadas a las líneas
de grabación del microcontrolador mediante ICSP (programación serie en circuito), donde
una línea de datos (PGD) y otra de reloj (PGC) manejan esta función, lo cual implica que, si
utilizamos estos canales como analógicos, habrá un conflicto al momento se subir el
programa al microcontrolador. Por esta razón se seleccionó el canal analógico 2 para evitar
este inconveniente.
El diseño del software del microcontrolador para la medición de nivel y activación de los
relés esta descrito en el diagrama de flujo en los anexos 8 y 9.

45
IV. DESARROLLO DE LA GUIA PRACTICA
4.1. PRACTICA 01: INTRODUCCION A LOGO SOFT Y CADe SIMU
4.1.1. OBJETIVOS
• Aprender a utilizar el software LogoSoft Comfort para crear programas
para el PLC Logo de Siemens.
• Simular el comportamiento del programa usando las funciones del
simulador integrado en el LogoSoft Comfort.
• Diseñar diagramas eléctricos el software CADe SIMU.
4.1.2. MATERIALES
• 1 PULSADOR NO
• 1 PULSADOR NC
• 1 MOTOR AC MONOFASICO
• 1 CONTACTOR
• 1 GUARDA MOTOR
• 1 RELE TÉRMICO
• 1 LLAVE TERMOMAGNÉTICA
• SOFTWARE LOGO SOFT COMFORT
4.1.3. MARCO TEÓRICO
El módulo lógico universal de Siemens para tareas en el ámbito industrial es el conocido
LOGO. Este módulo lleva integrado:
• Control
• Unidad de mando y visualización con retroalimentación
• Fuente de alimentación
• Interfaz para módulos de ampliación
• Interfaz para módulo de programación y cable para PC
• Funciones básicas habituales programadas, como retardos en la conexión y
desconexión, relés de corriente e interrupción de software.
• Temporizadores
• Marcas digitales y analógicas
• Entradas y salidas de acuerdo al modelo.
De acuerdo a la gama podemos encontrar Logos con diferentes tipos de alimentación,
entradas, salidas y con opciones de pantalla integrada. Con respecto a los módulos de
ampliación para comunicaciones y también del tipo analógico y digital, que varían en
número de entradas y salidas, así como en el tipo (AC o DC).
Uno de los módulos comerciales es el LOGO 230RC, el cual cuenta con las siguientes
prestaciones:
• 8 entradas digitales AC
• 4 salidas de relé
• Conexión para cable de programación
• 4 teclas de selección
• Pantalla de visualización
• Alimentación 115/220VAC

46
Figura 4.1: Descripción de Logo 230 RC Siemens
Fuente: Internet
La forma en cómo se representan los circuitos de forma frecuente es la representación en
diagrama de contactos o KOP.
Figura 4.2: Diagrama de contactos
Fuente: Internet
En esta representación se puede observar que existen tres interruptores (S1, S2 y S3) y un
consumidor E1, el cual es activado de acuerdo a la activación de S1 o S2 y la activación
de S3. De acuerdo a esto se excita el relé K1 al cerrarse S1 o S2 y S3 estar cerrado.
Trasladando el circuito de la Figura 4.2 a la lógica que maneja el Logo quedaría como se
muestra en la Figura 4.3.

47
Figura 4.3: Diagrama de funciones de la figura 2 en Logo.
Figura 4.4: Conexión cableada en Logo.

48
LOGOSOFT COMFORT
Con el programa LogoSoft Comfort se dispone, de las siguientes funciones:
• Creación gráfica de su programa offline como diagrama de escalera (esquema de
contacto / esquema de corriente) o como diagrama de bloque de funciones
(esquema de funciones) Simulación del programa en el ordenador
• Generación e impresión de un esquema general del programa
• Almacenamiento de datos del programa en el disco duro o en otro soporte
• Comparación de programas
• Parametrización cómoda de los bloques
• Transferencia del programa: Logo a PC y viceversa
• Lectura del contador de horas de funcionamiento
• Ajuste de la hora
• Ajuste del horario de verano e invierno
• Prueba online: Indicación de estados y valores actuales de Logo en modo RUN:
✓ Estados de entradas y salidas digitales, de marcas, de bits de registro de
desplazamiento y de teclas de cursor.
✓ Valores de todas las entradas y salidas analógicas y marcas.
✓ Resultados de todos los bloques.
✓ Valores actuales (incluidos tiempos) de bloques seleccionados Interrupción
del procesamiento del programa desde el PC (STOP) Logo Manual.
Con LogoSoft Comfort también tendrá una alternativa a la planificación tradicional con
las siguientes etapas:
1. Diseñar su programa en el escritorio.
2. Simular el programa en el ordenador y comprueba su funcionamiento antes de
ponerlo en marcha.
3. Comentar e imprimir el programa.
4. Guardar los programas en el sistema de archivos de su PC. De ese modo
estarán disponibles directamente para usos posteriores.
5. Transferir el programa a Logo.
Entre las funciones más útiles que nos ofrece el software son:
• La simulación offline del programa
• La indicación simultánea del estado de varias funciones especiales
• La posibilidad de documentar programas ampliamente
• La indicación de estados de valores actuales de Logo en modo RUN
• La extensa ayuda en pantalla.
En la Figura 5 se muestra el entorno de trabajo del LogoSoft Comfort V8.0, aparecen el
editor de diagramas, la ventana del área de trabajo donde se realizan los circuitos, una
ventana donde se muestran los diagramas e instrucciones y en la parte inferior se muestra la
ventana de información. La mayor parte de la pantalla la ocupa el área dedicada a la
creación de programas. Esta área se denomina interfaz de programación. En ella se
disponen los botones y las combinaciones lógicas del programa.

49
Para no perder la vista de conjunto, especialmente en el caso de programas grandes, en los
extremos inferior y derecho de la interfaz de programación se dispone de barras de
desplazamiento que permiten mover el programa en sentido horizontal y vertical.
Figura 4.5: Interfaz de trabajo de LogoSoft Comfort.
Fuente: LogoSoft Comfort
En el Editor de diagramas se muestran los iconos para crear los circuitos. En la Figura 6, se
muestra la función de algunos de estos iconos.
Figura 4.6: Iconos en el editor de diagramas.
1. Selección
2. Conectar (F5)
3. Deshacer/Unir conexión (F11)
4. Insertar comentario (F9)
5. Constantes y conectores (F6)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

50
6. Funciones básicas (F7)
7. Funciones especiales (F8)
8. Perfil de registro de datos
9. Convertir a KOP
10. Simulación (F3)
11. Test online.
En la parte superior se tiene otra barra de herramientas con las opciones de Nuevo, Abrir,
Guardar, Imprimir, etc., además de las opciones para operar el Logo: Colocarlo en modo
RUN, STOP y transferir programa desde la PC al Logo o viceversa.
Figura 4.7: Iconos para operar el Logo.
CADe SIMU
CADe SIMU es un programa de edición y simulación de esquemas de automatismos
eléctricos, el cual solo es un ejecutable que podemos correr en cualquier computadora. Los
archivos por defecto tienen la extensión. CAD y debemos abrir primero el programa y
después cargar los archivos que deseamos abrir.
Figura 4.8: Interfaz de simulación CADe SIMU.
El programa en modo simulación visualiza el estado de cada componente eléctrico cuando
esta activado al igual que resalta los conductores eléctricos cuando se da el paso de una
corriente eléctrica.

51
El programa cuenta con una gama de librerías que permiten realizar los diagramas, como se
muestra en las figuras 9, 10.
Figura 4.9: Librerías bloque I en el programa CADe SIMU.
Fuente: CADe SIMU

52
Figura 4.10: Librerías bloque II en el programa CADe SIMU.
Fuente: CADe SIMU
Para realizar la simulación, en primer lugar, se agregan los componentes que serán parte del
diagrama y luego se realiza la conexión con las distintas opciones de cableado. No se puede
conectar directamente los componentes. Posterior a la correcta conexión, se puede iniciar la
simulación para determinar si nuestro circuito eléctrico a implementar funcionaria de la
mejor manera, como se muestra en la Figura 4.11.a y 4.11.b.

53
Figura 4. 11 A) Conexión de componentes de un circuito de fuerza. B) Simulación del
circuito de fuerza.
4.1.4. PROCEDIMIENTO
Realizar un programa para realizar la marcha y parada de un motor AC monofásico,
considerando un pulsador NO de nombre START y un pulsador NC de nombre
STOP, para las funciones antes mencionadas.
1. Creamos un nuevo diagrama y seleccionamos el tipo de esquema de
contactos (KOP) como se muestra en la figura 4.12.

54
Figura 4.12: Creación de un nuevo programa con esquema de contactos.
2. Implementar las conexiones físicas tal como se muestra en el diagrama de
la figura 4.13, con el contactor, guardamotor, pulsadores, motor AC y la
llave térmica.
Figura 4.13 Diagrama eléctrico para el arranque y parada de un motor

55
3. Implementar y simular el diagrama de funciones de la figura 4.14 y 4.15.
Figura 4.14: Diagrama de funciones para el arranque y paro de motor
Figura 4.15: Diagrama de funciones con relé enclavador
4. Trasladar el diagrama de funciones a su equivalente en KOP.
5. Realizar la conexión utilizando el cable de programación a la PC y al Logo.
6. Verificar las conexiones físicas y reemplazar en la programación la salida
física por una marca.
7. Cargar el programa al Logo y realizar un test online.
8. Si todo está correcto activar en la programación la salida física Q1 y
verificar la operación del motor.
9. Diseñar y simular la nueva lógica si el pulsador de STOP fuese NA.

56
4.1.5. CUESTIONARIO
• Elaborar un programa solo utilizando enclavamientos para accionar una
lampara L3, si las lámparas L1 y L2 se han encendido y apagado una vez.
L1, L2 y L3 tienen pulsadores independientes para su respectivo encendido
y apagado del tipo NO. Se puede incluir los pulsadores que considere
necesarios. Incluir un pulsador de parada de emergencia del tipo NC.
Diseñar el diagrama en CADe SIMU.
• Elaborar un programa para encender y apagar tres lámparas L1, L2 y L3
manualmente y de forma secuencial. Cada lámpara tiene su pulsador NO
para encender y otro para apagar. Una vez iniciada la secuencia de
encendido (L3-L2-L1), se debe terminar la secuencia para poder apagar
(L2-L1-L3). Incluir un pulsador de parada de emergencia del tipo NC.
Diseñar el diagrama en CADe SIMU.
4.1.6. CONCLUSIONES
Escriba las conclusiones a las que ha llegado con el desarrollo de la presente
práctica.

57
4.2. PRACTICA 02: DIAGRAMAS DE FUNCIONES, KOP Y MARCAS
4.2.1. OBJETIVOS
• Afianzar los conocimientos básicos de contactos y marcas para la
programación en Ladder mediante el planteamiento de ejemplos
comúnmente presentes en la industria.
• Diseñar los diagramas de funciones a partir del diagrama KOP.
4.2.2. MATERIALES
• PULSADOR NO
• PULSADOR NC
• 1 MOTOR AC MONOFASICO
• 2 CONTACTORES
• 1 GUARDA MOTOR
• 1 RELÉ TÉRMICO
• 1 LLAVE TERMOMAGNÉTICA
• 2 INTERRUPTORES NO
• SOFTWARE CADE SIMU
En el diagrama KOP todas las señales o variables binarias que intervienen, ya sean
externas o internas (marcas), se representan mediante un "contacto" o una "bobina".
Los contactos y las bobinas llevan una etiqueta que indica de que variable se trata.
Los contactos se disponen en serie y paralelo formando una ecuación lógica cuyo
resultado será la activación o no de una bobina. En cada instrucción puede haber
tantos contactos como sea preciso, pero solo puede haber una bobina ya que ésta es
el resultado de la operación.
El estado de una bobina dependerá del estado de los contactos asociados a ella. La
variable asociada a una bobina se puede utilizar como contacto en las instrucciones
posteriores. El diagrama de contactos nos muestra de una
manera gráfica la relación que se establece entre las señales binarias que intervienen
en el sistema de control.
Los contactos se conectan en serie y paralelo formando una sentencia lógica que
tendrá como resultado la activación o desactivación de la bobina conectada a ellos,
situada siempre a la derecha del gráfico.
Cada contacto o bobina lleva una etiqueta que indica la variable binaria a la que
representa. El valor de dicha variable estará almacenado en una posición de
memoria por lo que a dicha etiqueta se le denomina también dirección y se habla
de direccionamiento de la memoria. Una misma variable se puede utilizar como
bobina, para establecer su propio valor, y como contacto para determinar otros
valores.
Una bobina de cualquier tipo puede representar una salida del autómata, un relé
interno o cualquier otro bit direccionable en la escritura. Cada bobina normal solo
puede aparecer una vez a lo largo del programa. Una misma dirección o etiqueta
tampoco puede designar a una bobina normal y a un set / reset. En cambio, una
bobina set / reset si puede aparecer varias veces con la misma dirección a lo largo
del programa.

58
De acuerdo a la figura 4.16, podemos distinguir los componentes básicos de los
diagramas KOP.
Figura 4.16: Componentes básicos de los diagramas KOP
Fuente: Urbana, Educacion

59
Realizar un programa para un sistema como el que se muestra en la Figura 4.17
donde se necesita almacenar agua en el tanque entre el nivel inferior y el superior
para que la bomba no trabaje continuamente enviando agua a la casa.
START y STOP son pulsadores normalmente abierto y cerrado respectivamente, el
interruptor flotador inferior IFI está abierto cuando está desactivado y cerrado
cuando se activa; mientras que el interruptor flotador superior IFS está cerrado si
está desactivado y abierto si se activa.
Figura 4.17: Sistema automático de llenado de tanque.
Fuente: Autómatas Programable - Guía 1
La Tabla 4.1 muestra los elementos de entrada y salida del sistema y sus estados de
acción para poder realizar la programación en el LogoSoft Comfort.
Tabla 4.1. Lista de entradas y salidas del programa de control de llenado de
tanque.
N°
DENOMINACION NOMBRE ACCION DIRECCION
1
Activación de sistema de
llenado
START Cerrado = 1 I1
2
Paro del sistema de
llenado
STOP Cerrado = 1 I2
3
Interruptor flotador
inferior
IFI Cerrado = 1 I3
4
Interruptor flotador
superior
IFS Cerrado = 1 I4
5
Bomba de llenado de
tanque
BOMBA Q1

60
1. Implementamos el diagrama que se muestra en la Figura 4.18, con los
contactos disponibles en el árbol de operaciones (Sección de instrucciones
en el margen izquierdo).
Figura 4.18: Diagrama de contactos del sistema.
2. Implementar el diagrama de funciones mostrado en la figura 4.19.
Considere que el bloque B005 debe ser implementado con un bloque NOT
para I3 seguido de un bloque AND.
Figura 4.19: Diagrama de funciones del sistema.

61
3. Simular el funcionamiento del sistema para las condiciones planteadas en
la tabla 4.1.
4. Implementar el circuito de la figura 4.20.
Figura 4.20: Solución al sistema de llenado con Relé auto enclavador.
5. Simular el circuito de la Figura 4.20 y comentar los resultados obtenidos.
6. Modificar el programa para considerar el interruptor superior IFS como un
interruptor abierto por defecto al igual que el interruptor IFI
7. Implementar el nuevo programa en el módulo y comprobar su
funcionamiento de acuerdo al diagrama eléctrico de la figura 4.21.

62
Figura 4.21: Diagrama eléctrico de sistema de llenado de tanque.
4.2.5. CUESTIONARIO
• Elaborar un programa para controlar la operación de un circuito de llenado
de tanque, el cual cuenta con tres sensores de nivel LT1, LT2 y LT3 del
tipo NO, dos válvulas V1 (para entrada de líquido) y V2 (salida de fluido)
situadas en la parte superior e inferior respectivamente y un motor M. Se
debe seguir la siguiente secuencia del proceso:
1. La válvula V1 esta encendida hasta que el sensor LT3 se active.
2. Si el sensor LT2 se activa, el motor se enciende y gira en sentido
horario hasta que LT3 se active.
3. Si LT3 se activa, la válvula V1 se desactiva, V2 se activa y el motor
gira en sentido antihorario hasta que LT1 se desactive. Considere
dos botones para la marcha y paro del proceso, del tipo NO y NC
respectivamente. Diseñar el diagrama en CADe SIMU.
4.2.6. CONCLUSIONES
Escriba las conclusiones a las que ha llegado con el desarrollo de la presente práctica.

63
4.3. PRACTICA 03: MANEJO DE TEMPORIZADORES Y CONTADORES
4.3.1. OBJETIVOS
• Utilizar los boques de temporización y conteo del Logo para insertar
funciones de tiempo e incrementos/decrementos.
• Utilizar el temporizador de retardo en la conexión.
• Utilizar el contador ascendente/descendente.
4.3.2. MATERIALES
• PULSADOR NO
• PULSADOR NC
• 1 MOTOR AC MONOFÁSICO
• 1 CONTACTOR
• 1 GUARDA MOTOR
• 1 LLAVE TERMOMAGNETICA
• CABLE DE PROGRAMACION
• SOFTWARE CADe SIMU
Dentro de los bloques de programación disponibles en el Logo, se encuentran las
funciones especiales, las cuales realizan tareas específicas las cuales no son del
tipo combinacionales, como por ejemplo los contadores y temporizadores.
Con respecto a manejo de tiempos, tenemos los temporizadores con retardo a la
conexión, con retardo a la desconexión y con retardo a la conexión y a la
desconexión.
TEMPORIZADOR CON RETARDO A LA CONEXIÓN
En la programación del Logo, esta función se representa como indica la figura
4.22.
Figura 4.22: Representación gráfica, de la función de temporizador con retardo a la
conexión.

64
El funcionamiento de este temporizador es la siguiente:
Cuando en la entrada “Trg” se produce una transición positiva (cambio de 0 a 1),
comienza la temporización durante el tiempo fijado en el “Par”. Si la entrada
sigue puesta a 1 por lo menos durante el tiempo configurado, a salida “Q” es
puesta a 1, después de transcurrido este tiempo y permanece activada mientras la
entrada se mantenga en 1 (la salida se activa con retardo a la conexión con
respecto a la entrada). En el momento en que la entrada pase a 0, se desactiva la
salida de forma instantánea.
Si se da el caso en que la salida pase de 1 a 0, antes de que expire el tiempo
prefijado, el tiempo se resetea a 0.
conexión.
TEMPORIZADOR CON RETARDO A LA DESCONEXIÓN
La representación de esta función está indicada en la figura 4.24.
Figura 4.24: Representación gráfica, de la función de temporizador con retardo a la
desconexión.

65
El funcionamiento de este temporizador es la siguiente:
Cuando en la entrada “Trg” se produce una transición positiva (cambio de 0 a 1),
salida “Q” es puesta a 1 de forma instantánea y comienza la temporización
durante el tiempo fijado en el “Par”. Expirado este tiempo, la salida “Q” es puesta
a 0.
Si, durante este tiempo de temporización se activa la entrada “Reset”, la salida
“Q” es puesta a 0 y el tiempo se reestablece a 0.
desconexión.
CONTADOR ASCENDENTE/DESCENDENTE
La representación de esta función está indicada en la figura 4.26.
Figura 4.26: Representación gráfica, de la función contador adelante/atrás.
Los parámetros con los que cuenta esta función son los siguientes:
• R: Entrada de reset que reestablece el contador a 0. Mientras R=1, la
salida Q esta desactivada.
• Cnt: Entrada para el conteo de las transiciones positivas (0 a 1). Las
transiciones negativas no cuentan.
• Dir: Esta entrada determina el sentido del contador. Si es 0, se realiza el
conteo de forma ascendente. Por el contrario, si es 1, el conteo se realiza
de forma ascendente.
• Par: Permite colocar el valor inicial a partir del cual se cuenta adelante
o atrás. Además, permite fijar el umbral de conexión On (valores entre 0

66
a 999999) y el umbral de desconexión Off (valores entre 0 a 999999), de
la salida Q.
Se debe tener en consideración la siguiente regla:
• S i el umbral de conexión ≥ umbral de desconexión, rige:
Q = 1 si Cnt ≥ On
Q = 0 si Cnt < Off.
• S i el umbral de conexión < umbral de desconexión, rige:
Q = 1 si On ≤ Cnt < Off
Figura 4.27: Diagrama de funcionamiento, de la función contador adelante/atrás.
4.3.4. PROCEDIMIENTO 1
Diseñar un programa para la activación de un motor AC monofásico después de
presionar un pulsador NO de nombre START por 5 segundos. Considere un
pulsador NC de nombre STOP, para las funciones antes mencionadas.
1. Implemente la conexión eléctrica utilizada en el laboratorio 1, mostrado en
la figura 4.13.
2. Implementar el siguiente diagrama de funciones mostrado en la figura 4.28.
Figura 4.28: Diagrama de funciones para activación de motor utilizando temporizador
con retardo a la conexión.

67
3. Configurar el temporizador con el valor de 5s, como se muestra en la figura
4.28.
4. Simular el funcionamiento del diagrama.
5. Cargar el programa al PLC y verificar su funcionamiento.
6. Modificar el diagrama para agregar el enclavamiento para que la salida
permanezca activa, aunque se deje de presionar START. Agregar un botón
de STOP para detener el motor.
7. Simule la nueva configuración y cargue el programa para verificar su
funcionamiento.
8. Modificar el programa anterior, agregando un contador, de tal forma que,
si se ha presionado 5 veces START, la salida se active después de 5
segundos de forma permanente hasta que se presione 5 veces STOP.
9. Implementar el diagrama que se muestra en la figura 4.29.
con retardo a la conexión y contador adelante/atrás.
10. Simular el funcionamiento del diagrama como se menciona en el apartado
8.
11. Cargar el programa al PLC y verificar su funcionamiento.
4.3.5. CUESTIONARIO
• Elaborar un programa para controlar un semáforo temporizando 14” para
la luz roja, 6” para la luz verde y 6” para la luz ámbar. Considerar un
pulsador de START para encender el semáforo y otro de STOP para
apagarlo. El funcionamiento del semáforo debe ser continuo y no debe
depender de ningún evento. Diseñar el diagrama eléctrico utilizando CADe
SIMU.
• Elaborar un programa para automatizar un estacionamiento de cinco plazas
de tal forma que, si éste se encuentra lleno, se encienda una luz roja
indicando “LLENO” y no suba la barrera impidiendo el ingreso de más
vehículos. En caso contrario deberá estar encendida una luz verde
indicando “LIBRE”. Realice el conteo de los carros que ingresan durante
el día. Diseñar el diagrama eléctrico utilizando.
4.3.6. CONCLUSIONES
Escriba las conclusiones a las que ha llegado con el desarrollo de la presente práctica.

68
4.4. PRACTICA 04: PROCESO BATCH PARA MEZCLA DE LIQUIDOS
4.4.1. OBJETIVO
• Aplicar los conocimientos obtenidos en las practicas anteriores para
desarrollar el control de un proceso Bath de mezcla de líquidos.
4.4.2. MATERIALES
• PULSADOR NO
• PULSADOR NC
• 2 BOMBA DE AGUA MONOFÁSICA
• 1 MOTOR 220VAC
• 1 ELECTROVALVULA 220VAC
• 2 CONTACTORES
• 1 GUARDA MOTOR
• 2 RELÉ TÉRMICO
• 3 INTERRUPTORES NO
• SOFTWARE CADe SIMU
Un proceso puede ser definido como un conjunto de actividades que guardan
relación entre sí, para generar una salida a partir de entradas. En el ámbito industrial
los procesos toman insumos y los transforman o les agregan un valor para generar
un resultado o servicio.
Procesos continuos
En este tipo de procesos se fabrica transfiriendo el material entre los diferentes
equipos que realizan actividades específicas del proceso. Cada uno de los equipos
opera en un solo estado, y tiene una salida permanente del producto.
Procesos Discretos
Los productos son elaborados en lotes, por lo que una cantidad especifica de
producto es movida como una unidad entre secciones o estaciones y cada una
mantiene el control y sus actividades únicas. Las salidas de este tipo de procesos
aparecen una por una o en cantidades de partes.
Procesos Bath
Los procesos de esta clase se caracterizan por la producción de cantidades
específicas de material (por lo general líquidos), en donde el material de entrada es
sometido a un conjunto ordenado de tareas de procesamiento en un determinado
tiempo. También pueden ser utilizados en procesos continuos consiguiendo de
algún modo ordenar y secuenciar las etapas del proceso productivo.
Diseñar un programa para un realizar la mezcla de dos líquidos. El proceso consta
de dos bombas para el llenado, tres interruptores de nivel NO, un motor para la
mezcla y una electroválvula de desfogue, además de un botón NO para el inicio y

69
un botón NC para el paro del proceso en cualquier momento. Se define la siguiente
secuencia:
Cuando el interruptor de nivel 1 este desactivado (contenedor de líquidos vacío) y
se pulse START se activará la bomba 1 hasta que se active el interruptor de nivel
2. En ese instante se activará la bomba número 2 hasta que el interruptor de nivel 3
se active. Al estar los tres interruptores activados se enciende por 2 minutos un
motor que realiza la mezcla de líquidos. Pasado este tiempo el motor se detiene y
se activa una electroválvula de desfogue hasta que los tres interruptores de nivel se
desactiven.
1. Implemente la conexión mostrada en la figura 4.30.
con retardo a la conexión y contador adelante/atrás.
2. Implementar el diagrama de contactos (KOP) y trasladarlo luego a
diagrama de funciones.
3. Realizar la simulación del diagrama de la Figura 4.31, considerando las
condiciones mencionadas en la descripción de operación del proceso.

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