Este ejemplo de aplicación integra un sistema de transporte automatizado con captura de materiales y una máquina de impresión por transferencia. El sistema emplea un PLC Siemens S7-200Smart y una HMI (Interfaz Humano-Máquina) de la marca Wecon. Utiliza control por pulsos para tres servomotores de ejes y cuatro variadores de frecuencia para transportadores, logrando operaciones en modos manual, reinicio, automático, alarma y configuración de parámetros. El sotfware de programación para el PLC requiere STEP 7 MicroWIN SMART V2.2 o posterior, mientras que la pantalla táctil utiliza LeviStudio V8.10.70 de Wecon.

En una aplicación industrial real, el control complejo de tres ejes servomotores coordinados con transportadores ofrece capacidades avanzadas. En este caso, se logra una precisión comparable a una tarjeta de control de movimiento utilizando las capacidades PTO (Pulse Train Output) del PLC 200Smart. Se presenta a continuación el diseño para coordinar el transportador y la máquina de impresión.

Configuración del Hardware

• Tres servomotores controlan el movimiento lineal de los ejes X, Y y Z.
• Cuatro variadores de frecuencia impulsan transportadores en diferentes estaciones.
• Una pantalla Wecon proporciona la interfaz de usuario visual.

El principal desafío técnico es la sincronización temporal entre los ejes controlados por pulsos y los variadores, especialmente en el alineamiento preciso del descenso del cabezal de impresión con la señal de material en posición.

Control por Pulsos del Servomotor

La base del sistema es el control por pulsos. El siguiente código muestra la configuración esencial:

// Disparo de posicionamiento para el eje X
LD     SM0.0
MOVW   500, SMB67   // Configura PTO para pulsos en microsegundos
MOVD   VD2000, SMW168  // El número objetivo de pulsos proviene de un parámetro de HMI
MOVD   VD2004, SMW172  // Frecuencia de pulsos
PLS    0, 0          // Inicia el generador PTO 0

Esta implementación utiliza el asistente PTO del S7-200Smart. La dirección VD2000 almacena el valor convertido del equivalente de pulsos establecido desde la HMI. Durante la depuración, se observó que frecuencias de pulso superiores a 200 KHz ocasionalmente causaban pérdida de pasos en el servomotor. Este problema se resolvió incorporando un búfer de retardo de 50 ms tanto antes como después del envío de pulsos.

Diseño de la Interfaz HMI

La pantalla táctil Wecon asigna directamente botones a áreas de memoria V del PLC:

[Modo Manual] -> V10.0
[Inicio Automático] -> V10.1
[Origen Eje X] -> V20.0

El botón de parada de emergencia emplea un diseño de doble seguridad. Además del circuito físico de emergencia, se implementa una parada de emergencia por software redundante en el PLC. Cuando se activa V100.7, se ejecuta inmediatamente:

// Rutina de parada de emergencia para todos los ejes
LD     V100.7
R      Q0.0, 3       // Detiene inmediatamente la salida de pulsos
R      Q0.3, 4       // Desactiva los variadores
MOVB   16#FF, VB200  // Registra un código de alarma

Esta protección doble ha prevenido con éxito colisiones mecánicas en el entorno operativo.

Estructura del Programa Principal

La arquitectura del programa principal se organiza como sigue:

Red 1: Selección de modo
LD     SM0.1
CALL   SBR0   // Subrutina de inicialización de parámetros PTO

Red 2: Secuencia automática
LD     V10.1
A      V20.0   // Origen listo
AN     V100.7  // Sin parada de emergencia
CALL   SBR1   // Control de inicio/parada de transportadores
CALL   SBR2   // Movimiento coordinado de tres ejes
CALL   SBR3   // Secuencia de operación de la máquina de impresión

La subrutina SBR3 implementa una técnica avanzada: durante el descenso del cabezal de impresión, el eje Y realiza simultáneamente un movimiento de compensación inversa. Este algoritmo de equilibrio dinámico mejora la uniformidad de la impresión en la superficie del producto en un 30%. La compensación se calcula mediante una fórmula no lineal:

Compensación = Desplazamiento_Base + Coeficiente_Presión × Valor_Presión_Actual

Los datos analógicos del sensor de presión se actualizan en tiempo real en la fórmula a través de la instrucción MOV_W.

Sistema de Alarmas

El sistema de gestión de alarmas incluye detección estándar de sobrecorriente y límites de carrera, además de funcionalidad de enmascaramiento de sensores fotoeléctricos para entornos con salpicaduras de tinta. Cuando se detecta contaminación en el espejo del sensor:

LD     I1.5   // Señal de alarma fotoeléctrica
A      SM0.5  // Pulso de 0.5 Hz
TOG    Q2.5   // Activa el mecanismo de autolimpieza

Este método de limpieza por pulsos intermitentes evita el desperdicio de aire comprimido por soplado continuo, logrando un ahorro de energía medido del 15%.

Configuración Avanzada de Parámetros

La pantalla de configuración de parámetros oculta una funcionalidad adicional: manteniendo presionado el botón [Mantenimiento] durante 5 segundos, se accede a una página de ajuste de rigidez del servomotor. Aquí se almacenan parámetros de movimiento para diferentes tipos de material:

// Selección de tipo de material
LD     V50.0
MOVD   &VB1000, VD300  // Parámetros para material metálico
LD     V50.1
MOVD   &VB1100, VD300  // Parámetros para material plástico

La depuración reveló que los materiales duros requieren curvas de aceleración/desaceleración más pronunciadas. Modificando los parámetros de la envolvente PTO, se consiguió que el cabezal de impresión lograse una trayectoria suave sobre superficies de aluminio.

Optimización Temporal del Flujo Automático

El aspecto más notable del proyecto es la sincronización espacio-temporal en el flujo automático. Al iniciarse el cuarto transportador, el eje X ya comienza su pre-posicionamiento, el eje Y está realizando el pre-procesamiento para una interpolación circular, y el sistema de precalentamiento del cabezal de impresión se activa simultáneamente. Esta implementación de control anticipado (Look-ahead) se logró mediante una optimización a nivel de microsegundos del orden de ejecución de las subrutinas.

Consideraciones de Implementación en Campo

Un hallazgo durante la puesta en marcha en campo fue que la fuerza contraelectromotriz generada por los servomotores durante una parada de emergencia causaba activaciones erróneas ocasionales en las entradas digitales del PLC. Este problema se eliminó instalando circuitos de absorción RC en paralelo con las entradas y añadiendo un filtro de retardo de 10 ms en el software.