arranqaue de motor estrella delta s7-200

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANOFACULTAD DE INGENIERA MECNICA ELCTRICA, ELECTRNICA Y SISTEMAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA ELECTRNICA

ARRANQUE DE UN MOTOR EN ESTRELLA-DELTA CON EL PLC S7-200 CPU 224xpCURSO : AUTMATAS PROGRAMABLES

PRESENTADO POR :

VILA CORRALES, Kenny A. CHINO CATARI, Ever PACORICONA APAZA, Alex PAMPA VILCA, Wilson Jos RODRIGO HUANCA, Flix CRUZ CARRIN, Christian A.

C.U. marzo del 2009

Ing. Electrnica

Autmatas Programables

NDICE Pg.INTRODUCCIN I. Micro PLC SIMATIC S7-200 Siemens 1. Mdulos CPU CPU 221 CPU 222 CPU 224 CPU 226 2. Funciones 3. Programacin 4. Mdulos de ampliacin digitales 5. Mdulos de ampliacin analgicos 6. Fuente de alimentacin II. S7-200-CPU224 XP 1. Partes del CPU 224xp 2. Datos tcnicos III. SISTEMAS DE ARRANQUE DE LOS MOTORES ASNCRONOS TRIFSICOS DE ROTOR EN CORTOCIRCUITO O JAULA DE ARDILLA 1. Arranque Estrella-delta 2. Fotografas del proceso de cableado 3. Fotografas del funcionamiento del arraque estrella delta 4. Programa del arranque estrella delta CONCLUSIONES BIBLIOGRAFA 2 3 3 3 3 3 4 5 6 6 7 7 9 10 11

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INTRODUCCIN Los PLC han venido a sustituir el control por rels como se realizaba en dcadas anteriores. Los PLC inicialmente fueron dispositivos simples para el control de mquinas, y evolucionaron a lo que son actualmente: la solucin a la mayora de los problemas de automatizacin en diversos procesos e industrias. La gran aplicabilidad de estos dispositivos en casi todas las reas se debe a la enorme diversidad de fabricantes y modelos existentes, que pueden ser adaptados para solucionar cualquier problema; adems de la facilidad con que pueden ser programados para diversas tareas. Cuando se conecta un motor de jaula de ardilla directamente a la red, ste absorbe una intensidad muy fuerte de la lnea en el momento del arranque, lo que puede afectar no slo a la duracin de los aparatos de conexin, sino a las lneas que suministran energa elctrica. Una forma de reducir la corriente de arranque es reducir la tensin aplicada al motor, existen diferentes mtodos para reducir la corriente de arranque disminuyendo la tensin en este caso el arranque Estrella-delta. Para este fin se utiliz el PLC S7-200 CPU224XP, de 14 entradas, 10 salidas digitales y 3 analgicas integradas. Expandible con hasta un mximo de 7 mdulos de ampliacin de la serie S7-22X.

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I. Micro PLC SIMATIC S7-200 SiemensEste micro-PLC cuenta con una alta escala de integracin, aplicable tanto para los controles ms simples como tambin para tareas complejas de automatizacin. Puede implementarse aislado, interconectado en red o en configuraciones descentralizadas. La familia SIMATIC S7-200 esta compuesta de los siguientes mdulos: 4 equipos bsicos diferentes en diversas variantes. 14 mdulos de ampliacin digitales y analgicos. 2 mdulos de comunicaciones para la conexin a PROFIBUS e Interfaz-AS.

Ofrece diferentes posibilidades de comunicacin: La interfaz punto a punto PPI, MPI (esclavo) y en modo interfaz libremente programable. Acoplamiento a Interfaz AS, actuando como maestro a travs del mdulo de comunicaciones CO 243-2. Acoplamiento a PROFIBUS-DP como esclavo; a travs del mdulo PROFIBUS-DP EM 277.

1. Mdulos CPU: CPU 221: Cuenta con 10 entradas/salidas, no expandible. CPU 222: Cuenta con 14 entradas/salidas, expandible con mximo 2 mdulos de ampliacin externos.

CPU 224: Cuenta con 24 entradas/salidas, expandible con mximo 7 mdulos de ampliacin externos

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Mdulo CPU 224 CPU 226: Cuenta con puerto de comunicacin adicional, con 40 entradas/salidas, expandible con mximo 7 mdulos de ampliacin externos.

Mdulo CPU 226

En general estos mdulos cuentan con: 1. Una fuente de alimentacin de 24 V para sensores y carga, posibilitando la conexin directa de sensores y actuadores. 2. Entradas y salidas digitales 3. Puertos de comunicacin 4. Bus de ampliacin para la conexin de mdulos de ampliacin. 4

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5. Entradas de alarma 6. Contadores rpidos 7. Expansin sencilla gracias a los mdulos de ampliacin digitales y analgicos (EM) 8. Simulador 9. Potencimetro analgico 10. Salidas de impulsos de alta frecuencia (mx. 20kHz) para resolver tareas de posicionamiento y mando de motores regulados por frecuencia y motores PaP mediante etapas de potencia adecuadas. 11. Reloj de tiempo real. 12. Cartucho de memoria EEPROM que permite cambiar rpidamente de programa y almacenar adicionalmente el programa. 13. Mdulo de pila para respaldar los datos durante mucho tiempo (valor tpico de 200 das). 2. Funciones: Amplio juego de instrucciones como: Operaciones bsicas como funciones lgicas, asignacin de resultados, memorizar, contar, formar tiempos, cargar, transferir, comparar, desplazar, rotar, formar complementos, llamar subprogramas (con variables locales). Instrucciones de comunicacin integradas. Funciones sofisticadas como modulacin del ancho del impulso, trenes de impulsos, funciones aritmticas, aritmtica en coma flotante, regulacin PID, funciones de salto y bucle y conversin de cdigos facilitan la programacin.

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Contador: Las confortables funciones de contador unidas a los contadores integrados y rdenes espaciales para High Speed Counter ofrecen al usuario otros campos de aplicacin adicionales. Tratamiento de alarmas Las alarmas activadas por flancos (disparadas por la subida o bajada de los flancos de las seales del proceso en entradas de alarma) posibilitan una reaccin muy rpida ante los eventos del proceso. Las alarmas temporizadas pueden ajustarse con una graduacin de 1 ms, en un margen de 1 ms a 255 ms. Las alarmas de contador pueden dispararse al alcanzar el valor establecido o al cambiar de direccin de contaje. Las alarmas de comunicacin permiten disfrutar de un intercambio de informacin rpido y sencillo con las unidades perifricas, como por ej. Impresoras o lectores de cdigos de barras.

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Consulta y forzado directos de entradas y salidas; las entradas y salidas tambin se pueden consultar y forzar de forma directa, o sea, independientemente del ciclo. De este modo el control puede reaccionar rpidamente a los eventos del proceso.

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Proteccin por contrasea; la estructura de proteccin por contrasea a 3 niveles garantiza un alto grado de seguridad para personas con altos conocimientos del dispositivo. Funciones de test y diagnstico. Forzado de entradas y salidas en el modo de test y de diagnstico. Edicin en RUNTIME. Durante el modo RUN es posible editar programas y cargar con un simple clic del ratn los programas modificados en la CPU sin necesidad de interrumpir el programa en ejecucin. Funciones matemticas adicionales como SIN, COS, TAN, LN, EXP.

3. Programacin: Las CPU del S7-200 se programan con el software de programacin STEP 7Micro/WIN 32. Tambin se puede programar la CPU desde los SIMATIC CP, as como a travs del puerto MPI de la PG. En este caso, las velocidades de comunicacin pueden ser de hasta 187.5 kbits/s.

4. Mdulos de ampliacin digitales Los mdulos de ampliacin digitales complementan la periferia integrada en los mdulos CPU. Sirven para adaptar flexiblemente el autmata a la tarea respectiva y para aadir o ampliar posteriormente la instalacin con entradas y salidas adicionales.

Mdulo de ampliacin digital EM 22X

Existen 3 modelos de este tipo, el EM 221, el EM222 y el EM223.

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5. Mdulos de ampliacin analgicos Los mdulos de ampliacin analgicos permiten aplicar entradas/salidas analgicas. stas sirven para conectar sensores analgicos y actuadores sin necesidad de amplificador adicional.

Mdulo de ampliacin analgico EM 23

Existen 3 modelos de este tipo, el EM 231, el EM232 y el EM235. 6. Fuente de alimentacin: El S7-200 utiliza la fuente de alimentacin SITOP power 24 V/3.5A. Esta fuente se utiliza para alimentar consumidores de alto consumo, cuando la alimentacin estndar que incorpora la CPU no es suficiente. Tambin es utilizada en CPU con tensin de alimentacin de 24 V DC.

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Fuente de alimentacin

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II. S7-200-CPU224 XPLa CPU 224XP consta de 14 entradas, 10 salidas digitales y 3 analgicas integradas. Expandible con hasta un mximo de 7 mdulos de ampliacin de la serie S7-22X, con dos potencimetros analgicos, selector de modo (Stop, term y run) y dos unidades de programacin (PG 720 PII, PG 740 PIII), con 256 contadores y temporizadores (ms detalles en datos tcnicos apartado I.2) CPU compacta, ampliable, memoria de trabajo 12/16 kbytes de programa, 10 kbytes de datos, tensin de alimentacin 100 a 230 V, 14 ED/10 SD (salidas por rel)/2 EA/1 SA integradas.

S7-200 CPU 224xp

Margen de temperatura ambiente -25 a +70 C; -25 a +55 C (para aplicaciones con homologacin cUL), condensacin permitida

Condiciones ambientales Apropiado para una exposicin medial extraordinaria (p. ej. en una atmsfera de cloro y de cido sulfrico). Referencia

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6AG1 214-2AD23- 2XB0 6AG1 214-2BD23- 2XB0

Referencia based on 6ES7 214-2AD23-0XB0 6ES7 214-2BD23-0XB0

Datos tcnicos Los datos tcnicos son idnticos con los datos tcnicos de los mdulos based on. 1. Partes del CPU 224xp

Construccin del S7 200 CPU 224XP

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2. Datos tcnicos Tensiones de alimentacin Valor nominal 24 V DC Rango admisible, lmite inferior (DC) Rango admisible, lmite superior (DC) 120 V AC 230 V AC Rango admisible, lmite inferior (AC) Rango admisible, lmite superior (AC) Rango admisible de frecuencia, lmite inferior Rango admisible de frecuencia, lmite superior Tensiones e intensidades Tensin de carga L+ Valor nominal (DC) Rango admisible, lmite inferior (DC) Rango admisible, lmite superior (DC) Tensin de carga L1 Valor nominal (AC) 100V; 100 V; 100 a230 V AC Rango admisible, 5V lmite inferior (AC) Rango admisible, 250 V lmite superior (AC) Rango admisible de 47 Hz frecuencia, lmite inferior Rango admisible de 63 Hz frecuencia, lmite superior Consumo 12 A; con 28,8 V 20 A; con 264 V Intensidad de cierre, mx. De la tensin de alimentacin 900 mA; 120 a 900 mA, L+, mx. corriente de salida para tarjetas de ampliacin (5 V DC) 660 mA De la tensin de alimentacin 200 mA; 30 a 100 mA (240 24 V 20,4 V 28,8 V 24 V 5V 30 V

6ES7 214- 2AD230XB0S 20,4 V 28,8 V

6ES7 214- 2BD230XB0

S S 85 V 264 V 47 Hz 63 Hz

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L1, mx.

V), 60 a 200 mA (120 V); corriente de salida para tarjetas de ampliacin (5 V DC) 600 mA

Pila de respaldo 100 h; (mn. 70 h a 40 C); 100 h; (mn. 70 h a 40 C); 200 das (tp.) con mdulo 200 das (tp.) con mdulo de batera opcional de batera opcional

Tiempo de respaldo, mx.

Memoria 1; Mdulo de memoria enchufable, contenido idntico a EEPROM integrada, adems se pueden guardar recetas, registros de datos y otros archivos. 1; Mdulo de memoria enchufable, contenido idntico a EEPROM integrada, adems se pueden guardar recetas, registros de datos y otros archivos.

Memoria N de mdulos de memoria (opcional)

Memoria de datos y programa - Memoria de datos, mx. 10 kbytes - Memoria de programs, mx. 16 kbytes; 12 kbytes con Runtime Edit activo S; Programa: Respaldo existente todo el programa sin mantenimiento en EEPROM integrada, programable a travs de CPU; datos: todo el DB1 cargado por PG/PC sin Mantenimiento en EEPROM integrada, valores actuales de DB 1 en RAM, marcas remanentes, tiempos, contadores, etc., sin mantenimiento a travs del Condensador de alta capacidad; Batera opcional para respaldo de larga duracin CPU/tiempos de ejecucin Para operaciones de bits, mx. 0,22 s

10 kbytes 16 kbytes; 12 kbytes con Runtime Edit activo S; Programa: todo el programa sin mantenimiento en EEPROM integrada, programable a travs de CPU; datos: todo el DB1 cargado por PG/PC sin Mantenimiento en EEPROM integrada, valores actuales de DB 1 en RAM, marcas remanentes, tiempos, contadores, etc., sin mantenimiento a travs del Condensador de alta capacidad; Batera opcional para respaldo de larga duracin

0,22 s

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Temporizadores/contadores y su remanencia Contadores S7 Cantidad 256 256 de ellos, remanentes - configurable S; a travs de condensador S; a travs de condensador de alta capacidad o batera de alta capacidad o batera - Lmite inferior - Lmite superior Rango de contaje - Lmite inferior - Lmite superior Temporizadores S7 Cantidad de ellos, remanentes - configurable - Lmite superior Rango de tiempo - Lmite inferior - Lmite superior 1 256 0 32.767 256 1 256 0 32.767 256

S; a travs de condensador de alta capacidad o batera 64

S; a travs de condensador de alta capacidad o batera 64

1 ms 1 ms 54 min; 4 tiempos, 1 ms a 54 min; 4 tiempos, 1 ms a 30 s 16 tiempos, 10ms a 5 30 s 16 tiempos, 10ms a 5 min 236 tiempos, 100 ms a min 236 tiempos, 100 ms a 54 min 54 min

reas de datos y su remanencia Marcas Cantidad, mx. Remanencia disponible

32 byte(s) S; M0.0 a M31.7 de ellos, remanentes 0 a 255, a travs de condensador de alta capacidad o batera, ajustable de ellos, remanentes sin pila 0 a 112 en EEPROM, ajustable Configuracin del hardware Programadoras (PGs)/PCs conectables SIMATIC PG/PC, PC estndar

32 byte(s) S; M0.0 a M31.7 0 a 255, a travs de condensador de alta capacidad o batera, ajustable 0 a 112 en EEPROM, ajustable

SIMATIC PG/PC, PC estndar

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Aparatos de ampliacin, mx.

7; Solamente pueden utilizarse tarjetas de ampliacin de la serie S722x (a consecuencia de la corriente de salida limitada, la utilizacin de tarjetas de ampliacin puede estar sujeta a limitaciones.) 38; 2 entradas y 1 salida on board, adems como mx. 28 entradas y 7 salidas (EM) o como mx. 0 entradas y 14 salidas (EM) 168; mx. 94 entradas y 74 salidas (CPU+EM) 62; Esclavos A/B ASInterface (CP 243-2) Si Interfaz RS485 integrada RS485 38; 2 entradas y 1 salida on board, adems como mx. 28 entradas y 7 salidas (EM) o como mx. 0 entradas y 14 salidas (EM) 168; mx. 94 entradas y 74 salidas (CPU+EM) 62; Esclavos A/B ASInterface (CP 243-2) Si Interfaz RS485 Integrada RS485

Ampliacin de la periferia Entradas/salidas analgicas, mx.

Entradas/salidas digitales, mx. Entradas/salidas ASInterface, mx. Sistema de conexin Bornes de E/S enchufables Interfaz Tipo de interfaz Norma fsica Funcionalidad MPI

S; como esclavo MPI para el intercambio de datos con maestros MPI (CPU S7-300/S7-400, OP, TD, Push Button Panels); posibilidad de comunicacin CPU/CPU interna a S7-200 limitada en la red MPI; velocidades de transmisin de 19,2/187,5 kbits/s S; con protocolo PPI para funciones de programacin, funciones HMI (TD 200, OP), comunicacin CPU/CPU interna de S7-200; velocidades de transmisin 9,6/19,2/187,5 kbits/s

PPI

Intercambio serie de datos S; como interfaz libremente programable con posibilidad de interrupciones para intercambio de datos en serie con equipos no Siemens con velocidades de transferencia y protocolo ASCII de 1,2/2,4/4,8/9,6/19,2/38,4/57,6/115,2 kbits/s; el cable PC/PPI puede usarse tambin como convertidor RS232/RS485 RS232/RS485

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III.

SISTEMAS DE ARRANQUE DE LOS MOTORES ASNCRONOS TRIFSICOS DE ROTOR EN CORTOCIRCUITO O JAULA DE ARDILLA

Cuando se conecta un motor de estas caractersticas directamente a la red, ste absorbe una intensidad muy fuerte de la lnea en el momento del arranque, lo que puede afectar no slo a la duracin de los aparatos de conexin, sino a las lneas que suministran energa elctrica.

Motor asncrono jaula de ardilla

Corte tpico de un motor jaula de ardilla pequeo

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Estas fuertes corrientes sobrecargan las lneas de distribucin, pudiendo producir cadas de tensin y calentamiento en 1os conductores de las mismas. Por esta razn, las compaas de energa prescriben reglamentaciones para reducir dichas corrientes de arranque a unos valores que sean aceptables. El arranque directo est permitido para motores que posean una potencia inferior a 5.5 Kw. Una forma de reducir la corriente de arranque es reducir la tensin aplicada al motor, con ello tambin se disminuye el par efectivo de arranque, ya que al disminuir la tensin, el flujo del estator tambin disminuye y con l la f.e.m. inducida en el rotor y la intensidad rotrica. El par de arranque disminuye con el cuadrado de la tensin. Existen diferentes mtodos para reducir la corriente de arranque disminuyendo la tensin: Arranque Estrella-delta 1. Arranque Estrella-delta: Es uno de los mtodos ms conocidos con el que se pueden arrancar motores de hasta 1 l KW de potencia. Consiste en conectar primero el motor en estrella para, una vez arrancado, conmutar a la conexin en tringulo. Para que esto se pueda llevar a cabo, se debe utilizar un motor que est preparado para funcionar a la tensin inferior conectado en tringulo. As, por ejemplo, un motor de 220/380 podr ser arrancado en una red de 220 V. Si a un motor de las caractersticas indicadas se le conecta primero en estrella, cada una de las bobinas del mismo quedar sometido a una tensin, SQRT(3) inferior que si hubiese conectado en tringulo. Con ello se consigue que la intensidad en el arranque quede disminuida a la tercera parte respecto al arranque directo en conexin en tringulo. El par tambin queda reducido a la tercera parte, lo que conviene tenerlo en cuenta si el motor arranca con toda la carga. Por esta razn, conviene que el motor arranque en vaco o con poca carga.

Conexin en estrella

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Conexin en Delta

K1.... Contactor de la acometida. K2 ... Contactor punto estrella. K3 ... Contactor de la etapa delta. K7 ... Relevador de tiempo. S1 ... Pulsador arrancar. SO... Pulsador parar. F2 ... Relevador bimetlico de sobrecarga. F1.... Proteccin contra cortocircuito del circuito principal. F10... Fusibles para el circuito de control (en caso de existir).

Circuito principal estrella-delta

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Configuracin estrella delta en el panel

En al figura Configuracin estrella delta en el panel se muestra la etapa de configuraciones tales como: Linea de alimentacin (K1.... Contactor de la acometida), configuracin de estrella (K2 ... Contactor punto estrella), configuracin delta (K3 ... Contactor de la etapa delta), debidamente cableado hacia el motor jaula de ardilla, al PLC S7-200 CPU 224xp y cargado con el programa, para el control del motor.

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Comparacin esquema montaje

En la figura Comparacin esquema montaje se muestra lo siguiente: Lnea de alimentacin (K1 Contactor de la acometida) -- color azul. Configuracin estrella (K2 Contactor punto estrella) -- color verde. Configuracin delta (K3 Contactor de la etapa delta) -- color rojo. Motor jaula de ardilla color

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En la figura se muestra la fotografa del sistema de arranque estrella-delta de un motor asncrono jaula de ardilla . En la cual se muentra las diferentes etapas como son: o o o o o Lnea de alimentacin (K1.... Contactor de la acometida) Configuracin estrella (K2 ... Contactor punto estrella) Configuracin delta (K3 ... Contactor de la etapa delta) S7-200 CPU 224xp Motor asncrono jaula de ardilla

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2. Fotografas del proceso de cableado

Cableados en la etapa de la configuracin estrella delta

Lnea de alimentacin Para el arranque estrella delta

Configurando los bornes del motor Jaula de ardilla

Cableado del S7-200 cpu224xp Al tablero de contactores

Cableado de los bornes de entrada y salida del S7-200

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3. Fotografas del funcionamiento del arraque estrella delta A continuacin se muestra las fotografias del funcionamiento del arranque estrella delta del motor jaula de ardiklla (para mejor visualizacin ver video adjunto en el CD).

Visualizacin arranque estrella

Visualizacin arranque delta

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4. Programa del arranque estrella delta

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CONCLUSIONES Conforme la complejidad de los procesos industriales fueron creciendo, se cre la necesidad de modernizar las tcnicas de control de los procesos, lo que llev al nacimiento del PLC. Los PLC son dispositivos que ofrecen gran versatilidad en el control de las diferentes etapas dentro de los procesos industriales. Tienen la ventaja que todos estos procesos, incluyendo mdulos remotos adicionales, pueden ser controlados con un dispositivo central que ocupa un especio reducido. Reducen el tiempo de programacin o reprogramacin del sistema de control, eliminando los procesos exhaustivos de alambrado que se deban de realizar antes del nacimiento del PLC. Los PLC ofrecen seguridad tanto al usuario como al proceso al cual es aplicado, ya que cuentan con dispositivos mecnicos y de programacin con los que restringe el acceso a realizar cambios en el programa de control. Se tiene la opcin de un control remoto del sistema global mediante el uso de una red, entre las cuales se pueden mencionar la Modbus Plus, Modbus bus, Ethernet TCP/IP y Web Server. Cuentan con la opcin de una interfaz grfica con la que se logra un mejor entendimiento del proceso en tiempo real y a travs del mismo se puede programar o reprogramar directamente con botones incorporados o con una pantalla tctil. Gracias a la implementacin de software especializado para la PC, se puede programar el comportamiento de diferentes tipos de sistemas con los distintos lenguajes comerciales de una manera sencilla y eficaz. Los fabricantes ofrecen una gran variedad de configuraciones que pueden ser adaptadas a las diferentes necesidades de la industria y a cualquier aplicacin en general. Las aplicaciones de los PLC son muy variadas por las caractersticas con que son diseados, ya que pueden ir desde el control del timbre de una escuela hasta el control de un sistema de generacin y distribucin de energa elctrica. En resumen, los Controladores Lgico Programables han llegado a ser una solucin rpida, prctica, costo eficiente y verstil para las necesidades de la industria moderna. El mtodo de arranque estrella delta se usa para reducir la corriente de arranque , as disminuyendo la tensin de arranque. El arranque directo est permitido para motores que posean una potencia inferior a 5.5 Kw. Estrella delta es uno de los mtodos ms conocidos con el que se pueden arrancar motores de hasta 1 l KW de potencia.

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BIBLIOGRAFA http://www.siemens.com Micro PLC Simatic S7-200 Publicacin de Siemens, extracto del catlogo ST 70, Septiembre del 2000. http://tvtronica.com.ar/Plc2.htm http://www.modicon.com/whatisaplc/index.htm Manual usuario Manual usuario-Simatic Simatic S7-200 CPU S7-200 CPU 224 SIMATIC S7-200 Siemens AG 2007 SIMATIC STEP 7 Introduccin y ejercicios prcticos.

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arranqaue de motor estrella delta s7-200

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