Estación de llenado con PLC: sensores PNP/NPN y detección de atascos
Una planta de envasado instala una estación de llenado de garrafas gobernada por un PLC S7-1200. El módulo de entradas digitales está configurado como sinking (sumidero): la entrada se activa cuando el sensor entrega +24 V. La cinta transportadora se mueve con un motor trifásico gobernado por un contactor y dispone de un encoder de 1 024 pulsos por vuelta. Para detectar la garrafa se ha previsto un sensor inductivo NPN; para comprobar que la garrafa está llena se ha previsto una fotocélula PNP. La válvula de llenado es de 24 V DC y el pulsador de marcha es NA. El jefe de línea quiere además una alarma si la cinta deja de moverse con el motor en marcha, y discute si llenar por tiempo o por peso.
1. Asigna las entradas y salidas y decide si los sensores previstos pueden conectarse directamente al módulo sinking.
Read the worked answer
Asignación propuesta: I0.0 pulsador de marcha NA; I0.1 sensor inductivo de presencia de garrafa; I0.2 fotocélula de nivel; I0.3 pulsos del encoder; Q0.0 contactor de cinta; Q0.1 válvula de llenado; Q0.2 piloto de alarma. El módulo sinking espera que el sensor active la entrada entregando +24 V, es decir, necesita sensores PNP. La fotocélula PNP puede conectarse directamente. El inductivo NPN conmuta a 0 V, por lo que no se leerá correctamente: la entrada quedará flotante o permanentemente activa. Soluciones: sustituir el inductivo por una versión PNP, cambiar el módulo a sourcing o intercalar un relé de interfaz. Lo más limpio es unificar todos los sensores PNP. No debe resolverse invirtiendo la alimentación ni puenteando la entrada: se perdería el aislamiento y la protección.
2. Describe la lógica de alarma por atasco si el motor está en marcha y no llegan pulsos del encoder durante 2 s.
Read the worked answer
Se usa un temporizador TON con tiempo de preselección de 2 s. La entrada del temporizador debe estar activa cuando Q0.0 (motor) está a 1 y no hay pulsos del encoder. Como el encoder entrega pulsos muy rápidos, no basta con mirar el nivel de I0.3: hay que detectar flancos o usar un contador. Una solución: un bloque que reinicie el temporizador con cada flanco de subida de I0.3. Si pasan 2 s sin flanco y Q0.0 sigue activo, se activa Q0.2 y se desactiva Q0.0. El temporizador debe resetearse al parar el motor para no dar falsa alarma. En ladder: contacto Q0.0 en serie con un contacto normalmente cerrado de la señal de pulso detectada, alimentando el TON; la salida del TON excita la alarma y un enclavamiento de paro. Conviene añadir histéresis o un retardo de arranque de 3 s para no disparar durante la aceleración.
3. Compara llenar por tiempo frente a llenar por peso y razona cuál es lazo abierto y cuál cerrado.
Read the worked answer
Llenar por tiempo es un lazo abierto: el PLC abre la válvula durante un tiempo fijo y no mide la masa resultante. La cantidad llenada depende de la presión de red, la viscosidad, el desgaste de la válvula y la temperatura; el sistema no corrige el error. Es barato, pero la dispersión puede ser grande. Llenar por peso con una célula de carga es un lazo cerrado: se mide la masa, se compara con la consigna y el PLC corrige el tiempo de apertura o la apertura de la válvula. Puede usarse un control PID o una estrategia de dos velocidades: caudal alto hasta el 90 % y pulso final. La precisión mejora, pero requiere calibrar la célula, filtrar la señal y tener en cuenta el peso de la garrafa. La decisión depende de la tolerancia: si el pliego exige ±1 g, el lazo abierto no es aceptable; si exige ±10 g y el producto es homogéneo, el temporizador puede bastar.