automatizacion de una casa inteligente con plc´s

Automatizacin de una Casa Inteligente con PLCs

Castro Rangel Mauricio Javier Enriquez Lozano Diego Pacheco Contreras Aldrin

Agradecimientos

Castro Rangel Mauricio Javier:

Este trabajo es producto de las personas que han credo en mi incondicionalmente, que

su amor me han hecho llegar a este punto, a mi mam y mis hermanos, a mis compaeros

que me han apoyado con sus consejos y sus conocimientos para crecer como estudiante y

como persona, a nuestro asesores que pusieron su fe en nosotros, y a todas las personas

que me han permitido visualizar un futuro mejor.

Enriquez Lozano Diego:

Agradezco a todos aquellos que durante mi camino hasta este punto creyeron en m, a

mis amigos, a mis padres, a mis hermanos y al destino que me puso en cada lugar a su

debido tiempo para aprender y crecer como persona.

Pacheco Contreras Aldrin:

Dedico esta obra a mis padres quienes siempre tuvieron el buen cuidado de apoyarme en

todos mis estudios, que con sabidura y amor me criaron para no estar desamparado en la

vida, as agradezco a mis hermanos quienes emocionalmente influyeron a formarme

profesionalmente, reconozco el apoyo de todas las personas que amistosamente me

honraron con sus buenas cualidades y que me inspiran a ser una persona de xito. Estoy

honrado de haber concluido la obra en cooperacin de mis compaeros, y de los asesores

que amablemente aceptaron apoyarme en esta empresa.



ndice:

Pgina

Objetivo Justificacin

Introduccin Captulo 1: Marco Terico 1

1.1 Definicin de una Casa Inteligente. 2 1.2 Historia de las Casas Inteligentes 2 1.3 Grados de Inteligencia... 5 1.4 Caractersticas Fundamentales de una Casa Inteligente 6 1.5 Historia del PLC.. 7 1.6 Arquitectura del PLC.. 8 1.7 Programacin del PLC... 16 1.8 Diagrama de Escalera 21

Captulo 2: Elementos de Control.. 28 2.1 Control de Potencia 29 2.2 Elementos de Mando. 38 2.3 Microcontrolador PIC16F84A 43

Captulo 3: Desarrollo de Proyecto... 48 3.1 Control de Acceso.. 49 3.2 Control de Iluminacin.. 57 3.3 Control hidrulico, hidrosanitario y riego automatizado 66 3.4 Deteccin contra Incendios... 81 3.5 Vigilancia Perimetral.. 87

Captulo 4: Costos de Proyecto. 91 4.1 Introduccin. 92 4.2 Costos de Materiales. 94 4.3 Costos de Mano de Obra.. 97 4.4 Costo Total de Proyecto 99

Conclusiones.. 100 Bibliografa... 101 Anexo 1..... 103 Anexo 2..... 119 Anexo 3..... 120 Anexo 4..... 123 Anexo 5..... 126 Anexo 6..... 127



Objetivo

Implementar un controlador lgico programable, PLC, en los sistemas hidrulicos y

elctricos de una casa habitacin para hacerla inteligente, lo que permitir administrar

operaciones de servicio y seguridad de forma autnoma.

Justificacin

Una casa inteligente proporciona un ambiente confortable, saludable, seguro, y un sentido

de modernidad a la vivienda, aprovecha de las tecnologas de la automatizacin,

impulsado por los avances de la electrnica y la necesidad actual de entre otros, ahorro de

agua, aumentando la Calidad de Vida de las personas.

Los Controladores Lgicos Programables satisfacen las necesidades de flexibilidad en

cambios de su programacin, discrecin en cuanto a espacio, de alta confiabilidad, y

posibilidades de expansin, requerimientos que caracterizan a una casa inteligente de ser

adaptable para aceptar cambios tecnolgicos y estructurales.

Por lo anterior, un Ingeniero en Robtica se ve obligado a satisfacer las necesidades y

tendencias tecnolgicas de la automatizacin asistida por PLC, aplicndolo en el

desarrollo de viviendas y manteniendo la competitividad tecnolgica nacional a nivel

mundial.



Introduccin

El origen de las casas inteligentes proviene de la demanda de los edificios inteligentes,

inicia en la dcada de los 80 con la euforia del mercado que deseaba integrar a los

edificios, nuevos sistemas de control, computadoras y comunicaciones. En la dcada de

los 90 se consolida el desarrollo de los edificios automatizados, aprovechan los espacios

tanto verticales como horizontales, en donde tambin es primordial el confort y la

tecnologa amigable al usuario.

Actualmente los edificios son diseados y construidos con propsitos especficos, el

diseo de algunos est dirigido para un mercado especial, en su mayora, los dispositivos

de control ahora estn al alcance econmico tanto a empresas y edificios ms pequeos,

esto ha permitido a un nuevo termino nacido en Francia llamado domtica, que proviene

de domus, en latn casa y tica de automtica, que hace referencia a la aplicacin del

edificio inteligente en la casa habitacin.

El PLC se dise en los aos de 1963 para eliminar los grandes tableros de control en los

que se encontraban muchos relevadores de control, temporizadores y contadores, adems

de que su cableado era demasiado complejo por lo que en el momento de buscar fallas, o

modificar el proceso, el responsable de su mantenimiento requera una gran cantidad de

tiempo para reparar o modificar y poner en funcionamiento a la mquina, tiempo que se

detena la produccin y la empresa perda ingresos en esos tiempos muertos.

Fue en 1977 que se logro la integracin de los controladores programables compactos,

basados en set (poner), y reset (restablecer), que adems, empleaban configuraciones

jerrquicas como parte de un sistema integrado de manufactura.

La aplicacin de un PLC es de controlar diversos procesos en casas habitacin; el PLC no

ha sido diseado para el funcionamiento de una actividad especfica, sino que puede

actuar en cualquier tipo de proceso que requiera activar una gran cantidad de salidas y

que su control pueda tener igual nmero de mandos, estas caractersticas de ser

programable, permite que se pueda modificar en cualquier momento su programa de

ejecucin, la cual utiliza un lenguaje tcnico estandarizado.

En esta tesis se aborda el tema de casas habitacin inteligentes, y se describirn de forma

resumida en los captulos que componen esta tesis. As, en el primer y segundo captulo,

marco terico y elementos de control, se explican los fundamentos en materia de Casas

Inteligentes y de Controladores Lgicos Programables de manera que el lector tenga

conocimiento del proyecto a desarrollar.

En el capitulo tres, desarrollo proyecto, se publicarn los procedimientos y resultados que

se obtuvieron de la investigacin, que comprende los servicio de agua, de iluminacin, y



algunos de confort, seguridad y proteccin fundamentales para que sea considerada una

casa inteligente.

En el cuarto captulo, costos, se detalla el valor monetario que trae consigo la implantacin

del proyecto de hacerse, costo de los componentes, costos de la mano de obra y el costo

total del proyecto, adems de las conclusiones de este proyecto.

Elementos que componen un sistema de Casa Inteligente


Castro Rangel Mauricio Javier Enriquez Lozano Diego Pacheco Contreras Aldrin Pgina 1

Captulo 1: Marco Terico

1.1 Definicin de una Casa Inteligente 1.2 Historia de las Casas Inteligentes 1.3 Grados de Inteligencia

1.4 Caractersticas Fundamentales de una Casa Inteligente 1.5 Historia del PLC 1.6 Arquitectura del PLC

1.7 Programacin del PLC

En este captulo se exponen

en detalle los elementos

tericos necesarios para el

desarrollo de este proyecto,

haciendo referencia a datos

histricos e investigaciones

realizadas con anterioridad.



1.1 Definicin de Casa Inteligente

Domtica o casa inteligente1, es el conjunto de servicios proporcionados por sistemas

tecnolgicos integrados, como el mejor medio para satisfacer estas necesidades bsicas

de seguridad, comunicacin, gestin energtica y confort, del hombre y de su entorno ms

cercano. De gran inters es trmino integracin, todas las necesidades se deben

satisfacer de forma global y en conjunto. En otro caso no puede hablarse de casa

inteligente, sino simplemente de la automatizacin de tal o cual actividad.

En Mxico el encargado de evaluar los grados de inteligencia de un edificio inteligente es

el IMEI2, quien define a una casa o edificio inteligente como: aquel que esta centralmente

automatizado para optimizar su operacin y administracin de forma elctrica, es

altamente eficiente para minimizar el uso de energa, altamente seguro y confortable, que

respeten las normas tecnolgicas.

La finalidad de una casa inteligente es crear un ambiente confortable, saludable y seguro.

Proporcionar mayor flexibilidad a los cambios originados por las necesidades de los

habitantes. Facilitar la operacin con tecnologa transparente al usuario. Altamente

eficiente en el uso de la energa y el agua.

Fig. 1.1 Principales actividades que se automatizan en una Casa Inteligente

1.2 Historia de las Casas Inteligentes

No existe una fecha exacta sobre el origen de la casa inteligente, pero con frecuencia se

hace referencia al ao 1978, cuando sali al mercado el sistema X10, considerado el

primer sistema estndar que permita a varios electrodomsticos comunicarse entre ellos,

as como el control de luces de la casa habitacin, aprovechando en todo momento la

instalacin elctrica existente y sin necesidad de cables.

1 Definicin de la Real Academia Francesa 2 Instituto Mexicano del Edificio Inteligente



A partir de este momento, la tecnologa comenz a evolucionar, se buscaba crear un

producto que pudiera conectar entre s las redes que nutren a un hogar de energa e

informacin, tales como: agua, electricidad, red telefnica, gas, calefaccin, etc., con la

automatizacin como principal objetivo.

Cada pas desarroll de forma distinta esta nueva tecnologa, dependiendo tanto de la

potencia de su industria tecnolgica y de telecomunicaciones; como de las necesidades de

energa e informacin que quisiera cubrir con su desarrollo y su ideologa.

Estados Unidos fue uno de los primeros pases en entrar en este sector de la tecnologa.

Los estadounidenses controlaban el campo de la informtica gracias a IBM, permitindoles

desarrollar un proyecto llamado Interactive Home3. A partir del ao 1984, se lanz el

proyecto de la National Association of Home Builders4, denominado Smart House5. El

elemento fundamental del Smart House era un sistema de cableado unificado que

reemplazaba a las redes de energa e informacin tradicionales de una casa.

Como innovacin, destacaba su sistema de control de circuito cerrado, que permita

controlar cualquier aparato por medio de una seal y conocer en todo momento lo que

est ocurriendo dentro de la casa. Aunque no fue el nico, este proyecto fue uno de los

ms importantes de la poca y el primer paso de la industria estadounidense hacia un

campo en el que actualmente es una de las lderes. Japn fue otra de las potencias

tecnolgicas que se interes por el desarrollo de esta nueva tecnologa.

Cabe mencionar que en el ao de 1982, en Japn haba llegado a la saturacin del

mercado en telfonos, lo que impuls nuevas tendencias, como la telefona sin hilos o el

desarrollo de las centrales telefnicas.

Tambin hubo cambios en otros aparatos, como la televisin en color. El primero de ellos

lleg a una saturacin de mercado muy importante, el 99% de los hogares japoneses ya

posea en 1986 un televisor a color. La respuesta fue el anuncio de innovaciones, como la

televisin en alta definicin; que permitieron un avance importante a la tecnologa

audiovisual, que forma parte tambin del concepto de Hogar Digital.

Antes de mencionar a los pases europeos, hay que tener en cuenta que la Comunidad

Europea contaba con una serie de programas de investigacin tecnolgica que hacan

referencia en muchos casos a esta nueva tecnologa para el hogar, y que tena efectos a

nivel econmico gracias al presupuesto que la comunidad europea destinaba a las

investigaciones.

3 Hogar Interactivo 4 Asociacin Nacional de Constructores de Casas 5 Casa Inteligente



Ejemplos de programas de este tipo fueron el Esprit, Euronet Diane, o Race, entre los

aos 1987 y 1992, todos ellos destinados al desarrollo de tecnologa y las

telecomunicaciones. Pero el ms conocido de todos ellos fue el Programa Eureka de

1985, que fijaba sus fines hacia productos comerciables de las tecnologas de la

informacin y de las telecomunicaciones, la robtica, los materiales, las tcnicas de

montaje, la biotecnologa, la tecnologa del medio marino, el lser, la proteccin del medio

y la nueva generacin de medios de transporte.

Adems, integraba el subproyecto especfico llamado Integrated Home Systems6, cuyos

objetivos eran poner a punto una red domstica y desarrollar productos compatibles con

esta red. Este proyecto tuvo sucesores aos ms tarde, en los que participaron empresas

de toda Europa tales como Siemens, British Telecom o Thomson.

Ms all de los proyectos comunitarios, los pases ms grandes y tecnolgicamente ms

potentes de Europa, Alemania, Francia y Reino Unido, tambin desarrollaron sus propias

investigaciones, entre las cuales se destacan las innovaciones en los campos de la

teleeducacin, la telemedicina, la telemetra y teleseguridad. En el caso francs, hay que

destacar el apartado de teleeducacin, en el que el Centre National de Documentation

Pdagigique y el Centre National dEtudes des Telecomunications lanzaron en 1989 un

servicio de formacin escolar llamado Educable con un banco de imgenes accesible a

travs de Minitel.

Por lo que respecta a telemetra y teleseguridad, existan en Francia varios proyectos

dedicados al ahorro de agua, gas y electricidad, y el gran nmero de robos en el pas

propiciaron que Thomson lanzara un sistema de disuasin a travs de voz sinttica.

Alemania fue otro de los pases donde ms novedades se dieron en estos niveles, y centr

los esfuerzos en el campo de la telemetra y teleseguridad.

El Gobierno alemn se dio cuenta de las posibilidades comerciales y de exportacin de la

telemetra o medida remota de energa, por lo que lanz la red TEMEX7 que implicaba

soluciones integradas para la electricidad, gas, agua y clculo anticipado de calefaccin.

Para finalizar en el Reino Unido, hubo innovaciones en telemedicina, donde destac la

empresa Manorfield System Ltd, que desarroll paquetes de software para farmacuticos

en 1978; as como en el campo del teletrabajo, donde destacaba el proyecto Department

of Trade and Industry para discapacitados.

La primera definicin de este concepto naci en los aos setenta en Francia con la palabra

domotique8, que haca referencia al progreso conjunto que tres grandes reas de la

6 Casa con Sistemas Integrados 7 Thelemetry Exchange 8 Domtica



tecnologa, la informtica, la electrnica y las telecomunicaciones. La domtica es una

denominacin referida a las viviendas, por la que diversos productos tecnolgicos de

reas como la electricidad, la electrnica, la informtica, la robtica y las

telecomunicaciones convergen y se integran en un sistema con objeto de proveer

aplicaciones y servicios de utilidad para los habitantes del hogar.

Por lo que respecta a la casa inteligente, expresin muy usada especialmente en los

ochenta y los noventa, podramos definirla como aquel edificio que se basa en la

automatizacin de las funciones, de las actividades, que cuenta con telecomunicaciones

avanzadas y finalmente que muestra flexibilidad al cambio, para poder satisfacer las

necesidades de los distintos usuarios que pueda albergar.

Fig. 1.2 Ejemplo de Domtica

1.3 Grados de Inteligencia

El concepto en Mxico es relativamente nuevo, llega a principios de los 90 y a partir de

este momento existe un gran inters por conocer a detalle cuando un edificio puede ser

considerado inteligente, sin embargo, resulta difcil trazar una lnea divisora que permita

diferenciar con precisin cuando un edificio es inteligente; no obstante que existe grado de

inteligencia dentro de un edificio, y considerando las necesidades reales de los dueos

mexicanos, este concepto deber irse introduciendo paulatinamente, sobre todo en

edificios de gran tamao, cuya operacin y prestacin de servicios resulta muy complejo.

A continuacin se analizan los grados de inteligencia de un edificio desde el punto de

vista tecnolgico.



Grado 1. Inteligencia mnima o bsica. Un sistema bsico de automatizacin del edificio,

el cual no est integrado. Existe una automatizacin de la actividad y los servicios de

telecomunicaciones, aunque no estn integrados.

Grado 2. Inteligencia media. Tiene un sistema de automatizacin del edificio totalmente

integrado. Sistemas de automatizacin de la actividad, sin una completa integracin de las

telecomunicaciones.

Grado 3. Inteligencia mxima o total. Los sistemas de automatizacin del edificio, la

actividad y las telecomunicaciones, se encuentran totalmente integrados.

Para el desarrollo de este proyecto se involucran como mnimo los siguientes sistemas:

Sistemas de automatizacin de la casa.

Sistemas de automatizacin de la actividad.

Con lo cual se integra a la casa con un nivel de inteligencia aceptable.

1.4 Caractersticas de una Casa Inteligente

Las caractersticas de una Casa Inteligente son las siguientes:

1. Flexibilidad. La casa es altamente adaptable para los continuos cambios

tecnolgicos. Estructuralmente, ser necesario prever ductos adicionales para

comunicaciones, un cuarto de equipos de control, la orientacin para aprovechar la

luz del Sol, y todo aquello le permita darle mayor flexibilidad a la casa. En cuanto a

servicios, son todos los sistemas elctricos- electrnicos, hidrulicos, sanitarios,

control y seguridad.

2. Integracin. La casa centralmente automatizada para optimizar su operacin y

administracin. Son todos los servicios dentro de la casa, se puede incluir en

cualquiera de las siguientes reas: Proteccin, Seguridad, Administracin, Ahorro

de Energa y Servicios Bsicos. Todas estas reas, al establecer un sistema control

bsico quedan integradas a travs de la automatizacin.

3. Seguridad. La seguridad es un aspecto fundamental en el diseo de una casa

inteligente, incluyendo equipos contra incendios y lo que permita a los habitantes

sobrevivir ante una contingencia. Dentro de este concepto se debe incluir la

seguridad patrimonial, incluyendo todos los adelantos tecnolgicos que cuiden y

vigilen el inmueble contra el crimen.



4. Ahorro de energa y agua. Con el sistema bsico del control de una casa, se lograr

un sustancial ahorro de agua y energa, ya que los equipos sern programados

para que operen en situaciones de mximo rendimiento.

1.5 Historia del PLC

La historia del PLC se remonta al ao de 1963, cuando la fbrica de autos General Motors

pidi a sus ingenieros la implementacin de equipos de control que no resultaran tan

costos, ya que al cambio de modelos, se tenan que construir mquinas con diferente

proceso, por lo que cambiaba tambin, al sistema de control; si reconsidera que cada

mquina estaba gobernada por una gran cantidad de relevadores de control,

temporizadores, contadores, arrancadores y pistones; entonces, a cada cambio de

modelo, la gran mayora de este equipo se desechaba, por lo que los costos de

produccin se elevaban considerablemente.

En el ao de 1969 se construyen los primeros controladores programables que en realidad

eran relevadores electrnicos que se podan reprogramar para no desecharse. En 1971 se

empiezan a aplicar los primeros controladores programables fuera de la industria

automotriz. En 1973 aparecen los primeros controladores programables inteligentes en los

que se integran, en otras cosas, operaciones aritmticas, capacidad para almacenar

listados de datos, movimiento de la informacin, operaciones por matrices e interconexin

de terminales de video.

Para el ao de 1975 se logran la integracin de funciones analgicas por medio de los

operadores matemticos P.I.D.9 los cuales hacen posible el acceso de mandos como

acopladores trmicos, sensores de presin y todas aquellas seales que no son de tipo

digital, sino que se establecen parmetros comparativos para lograr que esa seal

analgica sea detectada por el equipo y comience y termine su proceso, dependiendo del

tipo de seal que enve el mando.

En 1976 se empleaban por primera vez los controladores programables en

configuraciones jerrquicas como parte de un sistema integrado de manufactura. En el

ao de 1977 se logran la integracin de los controladores programables compactos,

basados en set y reset.

9 Proporcional Integral Derivativo



Fig. 1.3 Modulo de PLC

1.6 Arquitectura del PLC

La arquitectura del PLC es el diseo que integra a las partes principales que conforman al

equipo y la funcin que realizan, prcticamente podemos decir que est compuesto por 5 y

estas son:

Modulo de entradas o inputs

Modulo de optoacoplador, tanto para entradas como para salidas

Modulo de salidas o outputs

Unidad Central de Proceso, CPU

Programador o software



Fig. 1.4 Arquitectura de PLC

Fig. 1.5 Software Micro Logixs 500 para PLC

El modulo de entradas

Es la parte en la que se conectan todos los mandos componentes del sistema de control

como pueden ser: pulsadores, interruptores, sensores, etc., la gran mayora de los equipos

tienen una fuente de alimentacin propia para la conexin de estos mandos, es decir, el

PLC tiene una fuente de alimentacin que en su mayora es de 24 V c.d., y en otros casos

se requiere de una fuente de alimentacin externa. Esta fuente es necesaria porque los

optoacopladores trabajan a esa tensin y su conexin es la siguente:



Fig. 1.6 Ejemplo de conexiones de Entradas Fsicas al PLC

Cuando el PLC tiene su propia fuente de rectificacin, el optoacoplador tiene un borne

comn, que en este caso es un borne de 0 V, el cual es de signo negativo (-) conectado al

borne S0, mientras que en los mandos se conectan al borne de 24 V que es de signo

positivo (+) de esta manera el botn cerrado est enviando una seal directamente al

optoacoplador, el fototransistor est cerrando el circuito y conectado al CPU para que

cuando se cierre el botn abierto este envie una seal al optoacoplador, ponga en

continuidad al fototransistor y complemente el mando hacia el CPU y este, en combinacin

con las memorias respectivas realicen una funcin determinada de acuerdo a como se

haya programado. Todos los mandos envan una seal 0 o una seal 1 al

microprocesador.

Cuando algn mando enva una seal analgica se debe conectar una tarjeta de

acoplamiento que convierte la seal analgica a digital.

Las seales analgicas son aquellas que se envan con un valor indefinido como son

temperaturas, tensiones o corrientes y en las que esos valores varan en el tiempo y que

pueden partir de 0 alcanzar un valor alto y decrecer en el tiempo, por esta razn es que se

colocan tarjetas que determinan en que valor de la seal analgica es 0, y en que

momento es 1.



Fig. 1.7 Tipos de Seales

Optoacoplador

Fig. 1.8 Optoacoplador.

Se emplea para evitar que algn un error en la conexin de entrada, o de salidas pueda

daar al CPU, est compuesto por un led y un fototransistor, de manera que cuando se

conecta a una seal de entrada, en el modulo respectivo, el led se enciende y pone en

conductividad al fototransistor, esta seal esta transmitida hacia el CPU, de manera que

se evita que la seal de entrada pase fsicamente de forma directa al CPU.

En la gran mayora de los nuevos equipos se colocan dos leds por cada optoacoplador

para emplear cualquier polaridad, con lo que se facilita la conexin de los sensores sean

estos de tipo PNP o del tipo NPN.



Fig. 1.9 Conexin de los sensores de tipo PNP o del tipo NPN a un PLC con salida a

optoacoplador.

Modulo de salidas

Es la parte en la que se conectan los actuadores componentes de sistema como son:

contactores, arrancadores, electrovlvulas, luces, etc.

En este modulo se pueden conectar hasta tres tipos de tensin distinta, dependiendo de la

tensin de trabajo de las cargas, de la marca y del modelo del equipo, sus bornes de

alimentacin son independientes del optoacoplador y sus contactos pueden ser activados

por relevador seco, por transistor o por TRIAC, en la siguiente figura se muestra como se

pueden conectar las salidas, sean a transistor o a rel.



Fig. 1.10 PLC con salida a transistor.

Fig. 1.11 PLC con salida a Relevador.



Fig. 1.12 PLC con salida a Rectificador Controlado de Silicio.

Unidad Central de Proceso

Es la parte ms importante del equipo, ya que es quien procesa la informacin recibida de

acuerdo a un programa grabado previamente en su memoria y enva la o las seales de

salida al modulo respectivo para poner a funcionar a una mquina. Adicionalmente al CPU

existen varios tipos de memoria que son las que se encargan de almacenar varios tipos de

datos, tanto de ejecucin

como de programacin.

Fig. 1.13 Arquitectura de la

Unidad Central de Proceso



La comunicacin que existe entre el CPU, las diferentes memorias, los mdulos de

entradas, salidas y las interfaces de comunicacin se da a travs de buses, las cuales

enlazan estos elementos a travs de hilos o pistas intercambiando datos u rdenes.

En el equipo se pueden almacenar una gran cantidad de datos dados a travs de Bits con

valor 0 y 1 que combinados constituyen en lenguaje binario, la capacidad de

procesamiento de un CPU est dada por el modelo del mismo, se le conoce como

velocidad de procesamiento. En memorias adicionales se pueden almacenar datos de

fbrica y datos de programacin, cada una de las cuales juegan un papel en el proceso de

programacin y ejecucin de los datos. Estos datos se introducen en el equipo a travs de

datos codificados en valores binarios 0 y 1 conocidos como Bits.

Un Bit es la unidad de informacin ms pequea con valores cero y uno, estos valores los

proporciona bsicamente el modulo de entradas de los sensores o mandos quienes

solamente pueden guardar dos estados.

Cerrado (1) Abierto (0)

De la misma forma el CPU puede entregar, como resultado del proceso, dos valores en

sus salidas Outputs

Salida Activa (1) Salida Inactiva (0)

O internamente puede procesar con estos dos valores las salidas de los relevadores de

control, conocidos como banderas.

Un grupo de 8 bits forma lo que se conoce como un Byte, el que sirve para agrupar varias

seales de informacin binaria. Por ejemplo, los direccionamientos, en la mayora de los

equipos, cuando son de entradas o de salidas, lo mismo que relevadores internos pueden

ser agrupados por medio de bytes:

Una Palabra es la unidad de informacin compuesta por varios bits, esta palabra sirve

para el proceso de informacin ms compleja, en la que se manejan varios valores

mayores al bit, por ejemplo: Tiempos, conteo de eventos, clculos matemticos,

comparacin de valores, etc.

Procesador de Palabras, cuando un CPU es de mayor capacidad puede ser capaz de

procesar grupos de varios bits en lugar de procesar a bits sueltos.

Adems, cada equipo tiene una velocidad de barrido, que es el tiempo que tarda el equipo

en reconocer los datos almacenados y las conexiones externas en las entradas y salidas.

El CPU es el encargado de ejecutar el programa que se disea y se introduce previamente

adems de ordenar las transferencias de informacin en el sistema de entradas y salidas,



tambin establece la comunicacin con otros perifricos externos como pueden ser

tarjetas adicionales u otros equipos PLC.

Junto con el CPU se integran memorias que almacenan los datos que se introducen por

medio de un programador, las memorias ms comunes que se emplean son:

ROM Read Only Memory. Memoria de solo lectura esta memoria se graba desde su

fabricacin y est destinada a cumplir una tarea general. En esta memoria no afecta la

falta de seal elctrica, es decir se conserva independientemente de que este o no

energizada el equipo.

RAM Random Access Memory. Traducido del ingls que significa memoria de acceso y

en la cual se puede escribir pudiendo modificarse el programa cuantas veces se desee,

que es una de las ventajas principales de los PLC sobre las tarjetas electrnicas. Esta

memoria es del tipo voltil, es decir que debe ser respaldada por una pila interna que la

proteja de cualquier falla de alimentacin de la red elctrica para evitar la prdida de la

memoria del programa.

En muchos casos las pilas o capacitores que respaldan a esta memoria llegan a fallar, por

lo que muchos fabricantes han recurrido a la memoria tipo EEPROM.

EPROM Erasable Programable Only Memory. Es una memoria que puede ser borrada o

modificada por luz ultravioleta y que conserva su memoria aun cuando exista una falta de

alimentacin de la red, pero el proceso de modificacin tarda entre 15 y 45 minutos,

adems de que se requiere de un equipo de reprogramacin.

EEPROM - Erase Electrical Random Access Memory. La memoria no voltil es una de las

mejores para guardar datos sin necesidad de energa de respaldo, y solamente se puede

programar y borrar por medio de una seal elctrica, de ah su nombre traducido del ingls

Memoria de Lectura, escritura programable y borrable elctricamente. Esta memoria se

ejecuta a travs de un software y una PC o a travs de un programador manual. Esta

memoria es la ideal para los equipos de PLC.

NVRAM Non Volatile RAM. Es una memoria de lectura y escritura no voltil.

1.7 Programacin del PLC

El Controlador Lgico Programable tiene la versatilidad de poder adaptarse a cualquier

mquina, ya que su caracterstica de ser programable permite que se puedan modificar en

cualquier momento su programa de ejecucin.

El programa de un PLC debe coincidir con el diseo de un diagrama de cableado con

todos sus componentes, dicha programacin se realiza por medio de lo que conocemos

como lenguajes de programacin, los que difieren en parte o totalmente de los que se



emplean para programacin de computacin como puede ser Pascal o Basic, entre otros.

Por lo tanto a los lenguajes que se emplean para programar al PLC se le conocen como

lenguajes tcnicos.

El lenguaje tcnico debe de tener, entre otras, las siguientes caractersticas: fcil de

entender, que se pueda convertir fcilmente con el diseo de cableado y estar dentro de

una normalizacin estandarizada, IEC y ANSI.

Tabla 1. Simbologa Convencional

Smbolos

Convencionales

Nombre Smbolo para el

PLC

ANSI IEC

Botn pulsador de arranque o

botn pulsador de cierre

Botn pulsador de paro o botn pulsador de apertura.

Botn de arranque con enclavamiento o botn de

cierre con enclavamiento.

Botn de paro con enclavamiento o botn de

apertura con enclavamiento.

Interruptor de fin de carrera o de limite N.A. o interruptor de fin de carrera de carrera o de

cierre.

Interruptor de fin de carrera o de limite N.C. o interruptor de

fin de carrera o de limite de apertura.

Interruptor de flotador de N.A.

o interruptor flotador de cierre.



Interruptor de flotador N.C. o

interruptor flotador de apertura.

Bobina de relevador o de contactor, en el PLC salida.

Contacto de relevador o de contactor N.A. o tambin de

cierre.

Contacto de relevador o de contactor N.C. o tambin de

apertura.

Bobina de temporizador on delay.

TON

Contacto de temporizador on delay N.A. o tambin de

cierre.

Contacto de temporizador on delay N.C. o tambin de

apertura.

Bobina de temporizador off

delay.

TOFF

Contacto de temporizador off delay N.A. o tambin de

cierre.



Contacto de temporizador off

delay N.C. o tambin de apertura.

Para la programacin de los PLC se han desarrollado varias formas que coinciden con el

tipo, marca y modelo de cada equipo, sin embargo en todos los lenguajes coinciden en la

adaptacin de los diagramas de cableado en cuanto a los mandos, ejecucin y activacin

de las salidas.

Diagrama de Escalera o de Contactos

En la programacin de diagramas de escalera, tambin conocida como diagrama de

contactos, se convierte cada smbolo de contacto de cualquier elemento, que puede ser

de: temporizador, botones, sensores, rel de control, etc. en contactos conocidos como de

activacin instantnea, y su diagrama coincide con la simbologa de la norma ANSI.

Existen algunos autores que consideran que este tipo de programacin es para los

tcnicos electricistas, ya que estas personas estn ms familiarizadas con los diagramas

de control electromagntico convencional.

1 23 202

202

Diagrama de escalera en PLC

SQUARED MICRO 1

Fig. 1.14 Diagrama de escalera en PLC

Lista de Instrucciones o Mnemnicos

Existen equipos que se pueden programar por lista de instrucciones, para realizarla se

requiere conocer las abreviaturas y rutinas de programacin que admite el equipo y su

direccionamiento. Uno de los requisitos para introducir la lista de instrucciones, tambin

llamada de sentencias, es el saber la forma en que se encuentran conectados los mandos

o entradas y los contactos internos de cada elemento interno como son las banderas, las

temporizadores, los contactores y las salidas.



En realidad, la programacin por lista de instrucciones, parte de la interpretacin del

diagrama de contacto en la que se puede observar de que forma estn enlazados los

contactos y dicho enlace es a travs de la abreviatura de la unin o del elemento que se

est conectando.

Lista de instrucciones en PLC SQUARED MICRO 1:

0. Lod 1

1.Lod 2

2.Or 202

3.And Shf Lod

4.And 3

5. Out 202

6.End

TRS+ENTER+ENTER

Funciones Lgicas

En la programacin por funciones lgicas, se considera la forma de conexin que

existe en los contactos, sea serie o paralelo y esta conexin se convierte en

compuertas lgicas para acoplarlas y lograr convertir el diagrama de control

electromagntico a diagrama de funciones. La mayora de los equipos con

programacin de funciones lgicas son muy limitados en cuanto a la cantidad de

entradas y salidas, adems, la cantidad de funciones y de memoria no permiten la

programacin de circuitos muy grandes o complejos, se emplean para controles

de mquinas pequeas o para sistemas de alarmas u otras tareas fuera del rea

industrial.

>=10

0

0

&0

0

0 0

Q10

0

0

SCI3

Q1

I2

I3

Funciones lgicas en PLC Logo!

Fig. 1.15 Funciones lgicas

Algunos equipos, tienen la facilidad de convertir en su software, el lenguaje de

programacin de contactos a la lista de instrucciones y a bloques lgicos.



Pgina 21

1.8 Diagrama Escalera

La elaboracin del diagrama de contactos es una actividad obligada que se debe

de realizar antes de direccionar al sistema, consiste en trabajar con el diagrama

electromagntico y realizar los cambios de los contactos convencionales a un

diagrama de escalera, el cual es muy parecido al diagrama en ANSI, por ejemplo:

B.P. B.A.

RC

RT

RT

I

D

D

I

RT

RC

S.C.

L1 L2

Fig. 1.16 Diagrama de Control

En el siguiente diagrama de control electromagntico en sistema americano se

muestra en relevador de control con su contacto NA para el enclavamiento, sus

mandos con botn de arranque normal abierto o de cierre, su botn de paro o de

apertura, un temporizador con sus contactos NA, NC y dos bobinas de contactor I

y D, as como un contacto cerrado de cada uno.

Para realizar el diagrama de contactos se van a colocar, en primera instancia, los

mandos conectados a una lnea vertical del lado izquierdo, y posteriormente la

salida virtual del relevador, se recordar que esta funcin es interna.

En el segundo peldao se repite el contacto de enclave del relevador de control,

ya que el temporizador depende de que este contacto este cerrado para comenzar

a funcionar, conectado al contacto del relevador esta la caja del temporizador,

indicando, en la parte inferior el tiempo preseleccionado, es decir en cuanto tiempo

debe de operar sus contactos dicho elemento.

A continuacin se dibuja el siguiente peldao con el contacto del relevador, no se

debe olvidar que en el PLC los elementos como son las bobinas del relevador, las

salidas, los mandos, los temporizadores, etc., pueden contener cuantos contactos

de apertura y cierre se necesiten, es decir que se puede disponer de una cantidad

ilimitada de los mismos; conectados en serie se encuentran el contacto cerrado



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del temporizador y el contacto de la salida a la bobina I, por ultimo en el mismo

peldao se encuentra la salida a la bobina D.

Por ltimo, se dibuja el peldao final en el que se representa el contacto de

enclave del relevador de control, con el contacto de cierre del temporizador en

serie y el contacto cerrado de la salida a la bobina D, tambin en serie para

alimentar a la bobina I.

Una vez que se ha elaborado el diagrama de contactos se procede a colocar la

nomenclatura de cada uno de los componentes del circuito, es decir, a nombrar

tanto a los contactos como a las bobinas de acuerdo al diagrama

electromagntico.

Fig. 1.17 Diagrama de Escalera

Como se pudo observar, en los dibujos anteriores, que para cada salida se ha

colocado un contacto NA de RC, adems del contacto de control del temporizador

y del contacto de bloqueo entre ambas bobinas, esta tarea se realiza para facilitar

la programacin por lista de instrucciones.

Si se observa, en el diagrama anterior, se ha colocado un contacto abierto en

lugar del botn cerrado, pero esto solamente se hace con los mandos y es por

seguridad del sistema, ya que el botn cerrado es un elemento de mando

mecnico, por lo tanto estar enviando una seal a la entrada del PLC sin ser

pulsado, por lo que esa seal es procesada de inmediato por el equipo.



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Si en lugar de un contacto abierto se colocar un contacto cerrado, entonces se

tendra que mandar el paro a travs de un botn NA, pero esto no da seguridad al

sistema ya que en caso de que se desconecte algn cable del botn de paro, este

no ser identificado en el equipo y al pulsar el botn en caso de necesidad, no se

detendr la mquina ya que la seal nunca llegar al PLC.

Fig. 1.18 Forma correcta de introducir el mando al PLC.

Al estar cerrado el botn de paro ya est enviando una seal al bit del PLC, por lo

que este ya lo tiene registrado como cerrado en su memoria, si se programar un

contacto cerrado y se conectara el botn cerrado, entonces el bit lo registrar

abierto, por lo que al momento de correr el programa, la salida no se podr activar,

ya que no existe flujo por ese contacto que est abierto.

Fig. 1.19 Forma incorrecta de introducir el mando al PLC.

En la siguiente figura se observa que cuando se pulsa el botn de arranque,

abierto, el contacto del programa se cierra al recibir el bit la seal de entrada,

mientras que en el contacto que se programo como cerrado no fluye la corriente al

estar cerrado el botn de paro, por lo que la seal en el contacto programado es

un inversor e invierte la seal recibida, si no existe seal de entrada el contacto se

cierra, pero si hay seal el contacto se abre.



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Fig. 1.20 Ejemplo de funcionamiento en el diagrama de control y diagrama de escalera.

BABP

RC

RC

RC

RC

RT I

RT D

RC

TON

D

I

Fig. 1.21 Diagrama de escalera de la figura 1.14

Tabla 2. Descripcin de la Fig. 1.21

Funcin electromagntica Ubicacin y Funcin en el PLC

Botn de Arranque Entrada Fsica

Botn de Paro Entrada Fsica

Relevador de Control Bobina Interna Virtual

Temporizador On Delay Temporizador Interno Virtual

Salida a Bobina D Salida Fsica a Bobina de Contactor para giro derecho

Salida a Bobina I Salida Fsica a Bobina de Contactor para giro izquiero



Pgina 25

Tabla de Direccionamientos

En la siguiente tabla se indican los factores a considerar en circuito de control que

ha de ser programado en el PLC.

Denominacin.- Debe ser el nombre que le estamos dando al elemento, sea este

interruptor de entrada o sea una salida a actuador, por ejemplo: botn de paro,

botn de arranque, interruptor de lmite, interruptor de temperatura, sensor

inductivo, etc.

Siglas.- Es la etiqueta con que se identifica al elemento en el diagrama

electromagntico, es decir la nomenclatura que se emplea para identificar cada

uno de los integrantes del circuito.

Direccin.- Es el direccionamiento que se da al elemento, para saber si es un

elemento de mando o elemento de salida, mediante las iniciales del ingls:

entrada = input (I); salida = output (O).

Funcin.- En este espacio se indica la funcin o la accin que realiza cada uno de

los elementos.

Tabla 3. Direccionamientos.

Denominacin Etiqueta Direccin Funcin

Botn de Arranque B.A. Input Externo Al pulsar el botn de arranque pone en funcionamiento el

sistema.

Botn de Paro B.A. Input Externo Al pulsar el botn de paro se detiene el funcionamiento del

sistema.

Relevador de

Control

R.C. Output

Interno

Al ser energizado por el botn de

arranque enclava al sistema.

Temporizador On

Delay

R.T. TON Al ser energizado por el contacto

R.C. cambia el estado de sus contactos cuando transcurre el

tiempo preestablecido.

Contactor D D Output Externo

Al ser energizado la bobina del contactor D el motor trabaja a la

derecha e impide que trabaje el contactor I.

Contactor I I Output Externo

Al ser energizado la bobina del contactor I el motor trabaja a la

izquierda e impide que trabaje el contactor D.



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Una vez que se ha llenado la tabla anterior se procede a direccionar con el

protocolo de la marca del equipo, para esto es necesario que se revise el listado

de direcciones de la marca, para este proyecto se utilizar un equipo Allen Bradley

1200.

Tabla 4. Direccionamientos del PLC Allen Bradley 1200

P.L.C. Entradas Salidas Banderas, Rels, Bits o

Marcas Internas

Temporizadores Contadores

Allen Bradley

I:0/0 I:0/11

O:0/0 O:0/11

B3:0 B3:4096

T4:0 T4:255 C5:0 C5:255

I:0/0I:0/1

B3:0

B3:0

B3:0

B3:0

T4:37 O:0/1

T4:37 O:0/0

B3:0

T4:37

O:0/0

O:0/1

100

1

Fig. 1.22 Diagrama con direccionamientos de PLC Allen Bradley.

Este diagrama de contactos se encuentra direccionado y listo para introducirse al

programador o al Software.



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Tabla 5. Descripcin de la fig. 1.22

Denominacin Operando Simblico

Operando Absoluto

Funcin

Botn de Arranque B.A. I: 0/0 Energizar al Sistema

Botn de Paro B.A. I: 0/1 Detiene el funcionamiento del sistema

Relevador de Control

R.C. B3: 0 Enclava y mantiene en funcionamiento al sistema

Temporizador On Delay

R.T. T4: 37 Controla el tiempo de operacin del motor con giro

derecho e invierte el sentido del giro.

Contactor D D O: 0/0 Salida al contactor para que el motor gire en el sentido

derecho.

Contactor I I O: 0/1 Salida al contactor para que el motor gire en el sentido

izquierdo.



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Captulo 2: Elementos de Control

2.1 Control de Potencia 2.2 Elementos de Mando 2.3 Microcontrolador PIC16F84A

En este captulo se exponen los

elementos tericos de entrada,

salida, control y potencia

necesarios en la operacin del

PLC.



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2.1 Control de Potencia

El tema de controles y automatismo es una parte importante en las instalaciones

de la casa habitacin, se ha venido desarrollando rpidamente en este medio, de

acuerdo con los avances de la tecnologa y la industria, haciendo necesario la

actualizacin de los medios de control automticos, siendo este tema la base de

los controles automticos para motores elctricos y otros sistemas actuadores

elctricos, por controladores lgicos programables.

El control de potencia es una de las cuatro funciones que conforman la estructura

de la automatizacin. Su funcin bsica consiste en establecer o interrumpir la

alimentacin de los receptores siguiendo las rdenes de la unidad de proceso de

datos.

Dichas rdenes se elaboran a partir de la informacin procedente de los

captadores, funcin de adquisicin de datos, y de los rganos de mando, funcin

de dilogo hombre-mquina. Entre los receptores ms utilizados para el

accionamiento de mquinas se encuentran los motores elctricos. Los equipos de

control de potencia destinados a controlarlos, normalmente llamados

arrancadores, realizan las funciones de seccionamiento, proteccin y

conmutacin.

Los arrancadores cuentan con los elementos necesarios para controlar y proteger

los motores elctricos. De la eleccin de stos depende el rendimiento de toda la

instalacin: nivel de proteccin, funcionamiento con velocidad constante o

variable, etc. El arrancador garantiza las siguientes funciones:

1. Seccionamiento

2. Proteccin contra cortocircuitos y sobrecargas

3. Conmutacin.

Seccionamiento.

Para manipular las instalaciones o las mquinas y sus respectivos equipos

elctricos con total seguridad, es necesario disponer de medios que permitan

aislar elctricamente los circuitos de potencia y de control de la red de

alimentacin general. Esta funcin, llamada seccionamiento, le corresponde a

aparatos especficos: seccionadores o interruptores.



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Proteccin

Todos los receptores pueden sufrir accidentes, de origen elctrico, sobre carga,

cada de tensin, variacin de voltaje o ausencia de fases que provocan un

aumento de la corriente absorbida, cortocircuitos cuya intensidad puede superar el

corte del contactor. De origen mecnico, calado del rotor, sobrecarga momentnea

o prolongada que provocan un aumento de la corriente que absorbe el motor,

haciendo que los bobinados se calienten peligrosamente.

Con el fin de que dichos accidentes no daen los componentes ni perturben la red

de alimentacin, todos los arrancadores deben incluir obligatoriamente proteccin

contra los cortocircuitos, para detectar y cortar lo antes posible las corrientes

anmalas, proteccin contra las sobrecargas, para detectar los aumentos de

corriente y cortar el arranque antes de que el recalentamiento del motor y de los

conductores dae los aislantes. Si es necesario, se pueden aadir protecciones

complementarias como el control de fallos de aislamiento, de inversin de fases,

de temperatura de los bobinados, etc.

La proteccin corresponde a seccionadores portafusibles, interruptores

automticos, rels de proteccin y rels de medida, funciones especficas

integradas en los aparatos de funciones mltiples.

Conmutacin

La conmutacin consiste en establecer, cortar y, en el caso de la variacin de

velocidad, ajustar el valor de la corriente absorbida por un motor. Segn las

necesidades, esta funcin puede realizarse con aparatos, electromecnicos,

contactores, electrnicos: rels y contactores estticos, variadores y reguladores

de velocidad.

Caractersticas de Diseo

A) Todo esquema debe ser realizado de forma tal que pueda ser interpretado

fcilmente. Para ello es necesario que se indiquen claramente los circuitos que lo

componen, as como el ciclo de funcionamiento.

B) Ofrece ayuda muy valiosa para el mantenimiento del equipo, as como para la

localizacin de posibles daos que permitan proceder a su reparacin.

Tabla 6. Smbolos ms utilizados (DIN)

Marcas ms usadas: Fases: R-S-T L1 - L2 - L

Neutro: N



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Descripcin Smbolo

Rel Trmico

Contactos Principales de

Contactor

Bobina de contactor

Normalmente

cerrado (NC)

Normalmente

abierto (NA)

Conexin desconexin

Desconexin mltiple

Conexin mltiple



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Marcha-paro

Dos posiciones

Auxiliar

normalmente cerrado

Auxiliar normalmente

abierto

Nota: En los contactos cerrados y abiertos la numeracin puede variar. Contactos cerrados: 21-22, 31-32, 41-42, etc; Contactos Abiertos: 23-24, 33-34,

43-44, etc.

Contactos

auxiliares del rel trmico

Contactos

temporizados al trabajo

Finales de carrera o interruptores de

posicin



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Contactor

Fig. 2.1 Contactor

Contactor, es un aparato de maniobra automtico con poder de corte, y que por

consiguiente puede abrir o cerrar circuitos con carga o en vaco.

Fig. 2.2 Partes Constitutivas de un Contactor.

Partes del contactor.

Carcasa. Es la parte externa que protege del medio a los componentes internos.

Bobina. Es el arrollamiento de alambre, que al aplicarse la tensin crea un campo

magntico, Se construye con cobre o aluminio. La tensin de alimentacin puede

ser la misma del circuito de fuerza o inferior a sta, o reducidas por un

transformador.

Ncleo. Serie de lminas muy delgadas, o chapas, ferromagnticas y aisladas

entre s, generalmente de hierro silicoso, con la finalidad de reducir al mximo las

corrientes originando prdidas de energa por el efecto Joule, generalmente en



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forma de E. En los contactores cuyo circuito de mando va a ser alimentado por

corriente alterna, el ncleo debe tener un elemento adicional denominado espiras

de sombra, espiras en cortocircuito, espiras de frager o anillos de defasaje.

Fig. 2.3 Ncleo de Contactor.

Cuando circula la corriente alterna por la bobina, cada vez que el flujo es cero, la

armadura se separa del ncleo dos veces por segundo, porque el flujo magntico

producido por la bobina es tambin dos veces cero. En realidad como el tiempo es

muy pequeo, 1/120 de segundo cuando la frecuencia es 60 Hz, es imposible que

la armadura se separe completamente del ncleo, pero es suficiente para que se

origine un zumbido y vibracin.

Para evitar este inconveniente se colocan en las dos columnas laterales del ncleo

las espiras de sombra, construidas en cobre, para suministrar al circuito magntico

un flujo cuando la bobina no le produce, creando en consecuencia un flujo

magntico constante, similar al que puede producir la corriente continua.

Armadura. Elemento similar al ncleo de transformador, en cuanto a su

construccin, pero que a diferencia de ste es una parte mvil, cuya finalidad

principal es cerrar el circuito magntico, cuando se energice la bobina, porque en

estado de reposo debe estar separada del ncleo. Se aprovecha de esta

propiedad de movimiento que tienen para colocar sobre l una serie de contactos,

parte mvil del contacto, que se cerraran o abrirn siempre que la armadura se

ponga en movimiento.



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Fig. 2.4 Partes mviles del Contactor.

Contactos. Los contactos son elementos conductores que tienen por objeto

establecer o interrumpir el paso de la corriente, ya sea en el circuito de potencia o

en el de mando, tan pronto como se energice la bobina.

Se construyen dichos puntos en materiales aleados a base de plata-cadmio, plata-

nquel, plata-paladio, etc. Estas partes deben tener una gran resistencia al

desgaste por erosin que produce el arco, tener buena resistencia mecnica, poca

resistencia elctrica en el punto de contacto, no oxidable y no ser susceptible a

pegarse o soldarse. Una de las precauciones que ms debe tomarse en cuenta es

hacerles un mantenimiento peridico, as como protegerlos del polvo, grasa,

humedad, etc.

Fig. 2.5 Contactos o Platinos.



Pgina 36

En el contactor se encuentran dos tipos de contactos:

Contactos Principales. Son los contactos que tienen por finalidad realizar el cierre

o apertura del circuito principal, a travs del cual se transporta la corriente al

circuito de utilizacin, carga. Se tienen contactores con contactos capacitados

para transportar corrientes desde unos cuantos amperes, hasta corrientes con

intensidades muy elevadas. La zona, donde se produce el arco, conocida

comnmente cmara apaga chispas, debe constituirse con materiales muy

resistentes al calor, tales como poliester con un gran porcentaje de fibra de vidrio.

Contactos Auxiliares. Son aquellos contactos que tienen por finalidad el gobierno

del contactor, especficamente de la bobina, y de su sealizacin. Pueden ser

abiertos o cerrados, y como estn hechos para dar paso nicamente pequeas

corrientes suelen ser normalmente ms pequeos que los contactos principales. El

nmero de contactos auxiliares por contactor vara de acuerdo a las necesidades

de las diferentes maniobras desde uno normalmente abierto, hasta varios abiertos

y cerrados. Algunos casos se tienen contactores que tienen nicamente contactos

auxiliares, denominados por esta razn contactores auxiliares o relevadores.

Funcionamiento del contactor

Cuando la bobina es recorrida por la corriente elctrica, genera un campo

magntico que hace que el ncleo atraiga a la armadura, parte mvil, se cierran

todos los contactos abiertos y se abren los contactos cerrados, principales y

auxiliares. Al desenergizar la bobina los contactos vuelven a su estado inicial, o de

reposo.

Elementos de Proteccin.

Proteccin contra los cortocircuitos

Un cortocircuito es el contacto directo de dos puntos con potenciales elctricos

distintos, en corriente alterna se genera de contacto entre fases, entre fase y

neutro o entre fases y masa conductora, en corriente continua es generado por

contacto entre los dos polos o entre la masa y el polo aislado. Las causas pueden

ser varias, por ejemplo, cables rotos, flojos o pelados, presencia de cuerpos

metlicos extraos, depsitos conductores, polvo, humedad, etc., filtraciones de

agua o de otros lquidos conductores, deterioro del receptor o error de cableado

durante la puesta en marcha o durante una manipulacin.

El cortocircuito desencadena un aumento de corriente que en milsimas de

segundo puede alcanzar un valor cien veces superior al valor de la corriente de

empleo. Por lo tanto, es preciso que los dispositivos de proteccin detecten el fallo



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e interrumpan el circuito rpidamente, a ser posible antes de que la corriente

alcance su valor mximo.

Fusibles

Son conductores calibrados expresamente para el paso de determinadas

cantidades de corriente, por consiguiente ms dbiles que el resto de los

conductores del circuito, de manera que al producirse un cortocircuito, ste se

interrumpir inmediatamente, debido al bajo punto de fusin que tiene.

Simbologa

Proteccin Automticos

Son aparatos construidos nicamente para proteger contra sobrecargas, rel

trmicos, termomagnticos y electromagnticos . Para que un contactor cumpla

funciones de proteccin es necesario que se le adicione otro dispositivo

denominado rel de proteccin. Fabrican en una extensa gama, tanto por la

diversidad de tipos, como de procedimientos para proteger. Irregularidades que se

pueden producir en las condiciones de servicio de una mquina o motor son:

1. Sobrecarga, por parte de la mquina accionada por el motor.

2. Disminucin de la tensin de red, que puede dar lugar a sobrecargas.

3. Gran inercia de las partes mviles, que hacen funcionar el motor

Sobrecargado en el perodo del arranque.

4. Excesivas puestas en marcha por unidad de tiempo.

5. Falta de una fase, haciendo que el motor funcione solo con dos fases.

En estos u otros casos similares, los elementos de proteccin desconectarn el

circuito de mando, desconectndose lgicamente el circuito de alimentacin de la

mquina o motor.

Rel trmico

Son elementos de proteccin, una por fase, contra sobrecargas, cuyo principio de

funcionamiento se basa en la deformacin de ciertos materiales, bimetales, bajo el

efecto del calor, para accionar, a una temperatura determinada, sus contactos

auxiliares que desenergizen todo el sistema. Los bimetales empezarn a curvarse



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cuando la corriente sobrepase el valor nominal. Empujando una placa de fibra

hasta que provoque la apertura y cierre de sus contactos auxiliares que

desenergicen la bobina y energicen el elemento de sealizacin. Una vez que los

rels trmicos hayan actuado se rearman empleando dos sistemas, son los

siguientes.

Rearme manual

Debe emplearse este sistema siempre que se tengan circuitos con presostatos,

termostatos, interruptores de posicin o elementos similares, con el objeto de

evitar una nueva conexin en forma automtica al bajar la temperatura del bimetal.

Rearme automtico

Se emplean exclusivamente en casos en que se usan pulsadores para la

maniobra, de manera que la reconexin del contactor no podr producirse

despus del enfriamiento del bimetal, sino nicamente volviendo a accionar el

pulsador.

2.2 Elementos de Mando

Son aquellos aparatos que actan accionados por el operario, o por alguna seal

elctrica. Los ms importantes son los pulsadores y selectores.

Interruptores

Son dispositivos con cierto poder de corte, para cerrar o abrir circuitos. Al abrirse

el circuito, la chispa que se produce debe apagarse rpidamente, antes de que se

forme un arco elctrico, que daara fcilmente los contactos.

Simbologa Componente

Pulsadores

Aparatos de maniobra con poder de corte. Se diferencian de los interruptores porque

cierran o abren circuitos solamente mientras acten sobre ellos una fuerza exterior,

recuperando su posicin de reposo, inicial, al cesar dicha fuerza, por accin de un muelle

o resorte.



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Selectores dos posiciones


Elementos de Sealizacin

Son todos aquellos dispositivos cuya funcin es llamar la atencin sobre el

correcto funcionamiento o paros anormales de las mquinas, aumentando as la

seguridad del personal y facilitando el control y mantenimiento de los equipos.

Clases de sealizaciones

Acsticas. Son seales perceptibles por el odo. Entre las ms usadas figuran los

timbres, zumbadores o chicharras, sirenas, etc.

pticas. Son seales perceptibles por la vista. Existen dos clases:

Visuales. Se emplean ciertos smbolos indicativos de la operacin que se est

realizando.

Luminosa. nicamente se emplean lmparas o pilotos, de colores diferentes.

De acuerdo a la complejidad y riesgo en el manejo de los equipos, se pueden

emplear, sealizaciones visuales, y luminosas, e incluso en casos especiales

sealizaciones pticas y acsticas simultaneamente.



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Sensores

Es importante la necesidad de accionamientos o elementos que actan sobre la

parte de potencia del sistema. La potencia necesaria para actuar sobre los

accionamientos puede ser considerable y a veces no pueden ser suministradas

por el sistema de control. En tales casos se requieren unos elementos intermedios

encargados de interpretar las seales de control y actuar sobre la parte de

potencia propiamente dicha. Dichos elementos se denominan preaccionamientos y

cumplen una funcin de amplificadores, ya sea para seales analgicas o para

seales digitales.

Es habitual que los sensores requieran una adaptacin de la seal elctrica que

suministran para que sean conectables a un determinado sistema de control. Esta

funcin la realizan los bloques de interfaz, que pueden ser totalmente

independientes del sensor o estar parcialmente incluidas en el.

Los trminos sensor y transductor se suelen aceptar como sinnimos, aunque, si

hubiera que hacer alguna distincin, el termino transductor es quiz mas amplio,

incluyendo una parte sensible o captador propiamente dicho de algn tipo de

circuito de acondicionamiento de la seal detectada. En particular, en el estudio de

los transductores cuya salida es una seal elctrica podemos dar la siguiente

definicin:

Un transductor es un dispositivo capaz de convertir el valor de una magnitud fsica

en una seal elctrica codificada, ya sea en forma analgica o digital.

No todos los transductores tienen porque dar una salida en forma de seal

elctrica. Como ejemplo puede valer el caso de un termmetro basado en la

diferencia de dilatacin de una lmina bimetlica, donde la temperatura se

convierte directamente en un desplazamiento de una aguja indicadora.

Tomando como ejemplo a los transductores en fenmenos elctricos o

magnticos, estos suelen tener una estructura general, se distinguen las

siguientes partes:

Elemento sensor o captador. Convierte las variaciones de una magnitud fsica en

variaciones de una magnitud elctrica o magntica, denominada seal.

Bloque de tratamiento de seal. Si existe, suele filtrar, amplificar, linealizar y, en

general, modificar la seal obtenida en el captador, por regla general utilizando

circuito electrnicos.



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Etapa de salida. Esta etapa comprende los amplificadores, interruptores,

conversores de cdigo, transmisores y, en general, todas aquellas partes que

adaptan la seal a las necesidades de la carga exterior.

Atendiendo a la forma de codificar la magnitud medida se puede establecer una

clasificacin en:

Analgicos. Aquellos que dan como salida un valor de tensin o corriente variable

en forma continua dentro del campo de medida. Es frecuente para este tipo de

transductores que incluyan una etapa de salida para suministrar seales

normalizadas de 0 10 V o 4 20 mA.

Digitales. Son aquellas que dan como salida una seal codificada en forma de

pulsos o en forma de una palabra digital codificada en binario, BCD u otro sistema

cualquiera.

Todo o Nada. Indican nicamente cuando la variable detectada rebasa un cierto

umbral o limite. Pueden considerarse como un caso lmite de los sensores

digitales en el que se codifican solo dos estados.

Sensor ptico CNY70

El CNY70 es un sensor ptico reflexivo con salida a transistor fabricado por Vishay

Telefunken Semiconductors. Tiene una construccin compacta donde el emisor de

luz y el receptor se colocan en la misma direccin para detectar la presencia de un

objeto por medio del empleo de la reflexin del haz de luz infrarrojo sobre el

objeto. La longitud de onda de trabajo es de 950 nm. El emisor es un diodo LED

infrarrojo y el detector consiste en un fototransistor.

La distancia del objeto reflectante debe estar entre los 5 y 10 mm de distancia. La

corriente directa del diodo IF=50 mA y la intensidad de colector es de IC=50 mA.

Fig. 2.6 Sensor CNY70.



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Para conectar estos dispositivos hay que polarizarlos, esa es la funcin de las

resistencias de circuito, dos posibles conexiones segn se quiera la salida para

color blanco o negro.

El inversor Trigger Schmitt 40106 se intercala para conformar las tensiones a

valores lgicos. Hay que tener en cuenta que los valores de transicin de la puerta

son VT+=2.9 V y VT-=1.9 V para una tensin de alimentacin de 5V y no se puede

variar.

Fig. 2.7 Circuito tpicos de conexin del CNY70

Sensor LDR

Las resistencia dependientes de la luz, LDR (Light Dependent Resistor) o

fotorresistencias, son dispositivos que varan su resistencia en funcin de la luz

que incide sobre su superficie. Cuanto mayor sea la intensidad de la amenaza que

incide sobre ella menor ser la resistencia entre extremos de la misma. Para su

fabricacin se utiliza materiales fotosensibles.

Su valor nominal se especifica sin que incida la luz externa. As por ejemplo, una

LDR de valor nominal de 50 k, tendr dicho valor si se tapa de manera que no

incida la luz sobre su superficie, si se le acerca una bombilla de 60 W puede

trabajar hasta unos 30 .

Las principales aplicaciones de estos componentes son controles de iluminacin,

control de circuitos con rels, en alarmas, etc.



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Fig. 2.8 LDR.

2.3 Microcontrolador PIC16F84A

Un microcontrolador es un circuito integrado programable que contiene todos los

componentes necesarios para controlar el funcionamiento de una tarea

determinada. Un sistema con microcontrolador debe disponer de una memoria

donde se almacena el programa que gobierna el funcionamiento del mismo que,

una vez programado y configurado solo sirve para realizar la tarea asignada.

El microcontrolador es uno de los inventos ms notables del siglo XX. Cada tipo

de microcontrolador sirve para una serie de casos y es el diseador del sistema

quien debe decidir cul es el microcontrolador ms idneo para cada uso.

En los ltimos aos han tenido un gran auge los microcontrolador PIC fabricados

por Microchip Technology Inc. Los PIC, Peripherical Interface Controller10, son una

familia de microcontroladores que ha tenido gran aceptacin y desarrollo en los

ltimos aos gracias a que sus buenas caractersticas, por ejemplo bajo precio y

reducido consumo. Un microcontrolador PIC16F84A puede trabajar con una

frecuencia mxima de 20 MHz.

Normalmente el microcontrolador PIC16F84A se alimenta con 5 V aplicados entre

los pines VDD y Vss que son, respectivamente, la alimentacin y la masa del chip.

10 Controlador Interfaz Perifrico



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Fig. 2.9 Arquitectura del PIC16F84A.

El consumo de corriente para el funcionamiento del microcontrolador depende de

la tensin de alimentacin, de la frecuencia de trabajo y de las cargas que

soportan sus salidas, siendo el orden de unos pocos mA.

El microcontrolador se comunica con el mundo exterior a travs de los puertos.

Estos estn constituidos por lneas digitales de entrada-salida que trabajan entre 0

y 5 V. Los puertos se pueden configurar como entradas para recibir datos o como

salidas para gobernar dispositivos externos.

El PIC16F84A tiene dos puertos:

El puerto A con 5 lneas, pines RA0 a RA4.

El puerto B con 8 lneas, pines RB0 a RB7.

Cada lnea puede ser configurada como entrada o como salida,

independientemente unas de otras, segn se programe.

Las lneas son capaces de entregar niveles TTL cuando las tensiones de

alimentacin aplicada en VDD es de 5 V. La mxima capacidad de corriente de

cada una de ellas es:

25 mA, cuando el pin esta a nivel bajo, es decir, cuando consume corriente.

Sin embargo, la suma de intensidad por las 5 lneas del puerto A no puede

exceder de 80 mA, ni la suma de las 8 lneas del puerto B puede exceder

de 150 mA.

20 mA, cuando el pin esta a nivel alto, es decir, cuando proporciona

corriente. Sin embargo, las intensidades por las 5 lneas del puerto A no

puede exceder de los 50 mA, ni la suma de las 8 lneas del puerto B puede

exceder de 100 mA.



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Todo microcontrolador requiere de un circuito que le indique la velocidad de

trabajo, es el llamado el oscilador o reloj. Este genera una onda cuadrada de alta

frecuencia que se utiliza como seal para sincronizar todas las operaciones del

sistema. Este circuito es muy simple pero da vital importancia para el

funcionamiento del sistema.

Fig. 2.10 Conexin del oscilador de cristal.

Generalmente todos los componentes del reloj se encuentran integrados en el

propio microcontrolador y tan solo se requieren de unos pocos componentes

externos, como un cristal de cuarzo o una red RC, para definir la frecuencia de

trabajo.

El PIC16F84A los pines OSC1/CLKIN y OSC2/CLKOUT son las lneas utilizadas

para este fin. Permite 5 tipos de osciladores para definir la frecuencia de

funcionamiento:

XT. Cristal de cuarzo.

RC. Oscilador con resistencia y condensador.

LP. Cristal para baja frecuencia y bajo consumo de potencia.

Externa. Cuando se aplica una seal de reloj externa.

El ms utilizado es el oscilador XT y est basado en el oscilador a cristal de

cuarzo o en un resonador cermico. Un oscilador estndar que permite una

frecuencia de reloj muy estable comprendida entre 100 kHz y 4 MHz.

Si se comprueba con un osciloscopio la seal en el pin OSC2/CLKOUT, se debe

visualizar una onda senoidal de igual frecuencia que la del cristal utilizado.

El reset en un microcontrolador provoca la reinicializacin de su funcionamiento,

un comienzo a funcionar desde cero. En este estado, la mayora de los

dispositivos internos del microcontrolador toman un estado conocido.



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En los microcontroladores se requiere un pin de reset para reiniciar el

funcionamiento del sistema cuando sea necesario. El pin de reset en los PIC se

denomina MCLR, master clear, y produce un reset cuando se aplica un nivel lgico

bajo.

Fig. 2.11 Conexin del reset del PIC16f84A.

Lenguaje mquina

El nico lenguaje que entienden los microcontroladores es el formado por los

ceros y unos del sistema binario. Cualquier instruccin que deba ser ejecutada por

el microcontrolador puede estar expresada en binario. A este lenguaje se le

denomina lenguaje maquina, por ser el que comprende el microcontrolador. Los

cdigos de este lenguaje que forman las instrucciones se les llaman cdigos

mquina.

Dicha codificacin binaria resulta incomoda para trabajar, por lo que muchas

veces se utiliza la codificacin hexadecimal para facilitar la interpretacin de los

cdigos maquina.

Lenguaje ensamblador

El lenguaje mquina es difcil utilizar por el hombre ya que se aleja de su forma

natural de expresarse, por esto se utiliza el lenguaje ensamblador, que es la forma

de expresar las instrucciones de una forma ms natural al hombre y que, sin

embargo, es muy cercana al microcontrolador porque cada una de sus

instrucciones se corresponde con otra en cdigo mquina que el microcontrolador

es capaz de interpretar.

El lenguaje ensamblador utilizar nemnicos que son grupos de caracteres

alfanumricos que simbolizan las ordenes o tareas a realizar con cada instruccin.



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Los nemnicos se corresponden las iniciales del nombre de la instruccin en

ingls, de forma que recuerdan la operacin que realiza la instruccin.

MPLAB IDE

El MPLAB IDE es un software de Entorno de desarrollo integrado que se ejecuta

bajo Windows. Con este entorno se puede desarrollar aplicaciones para los

microcontroladores PIC.

El MPLAB incluye todas las utilidades necesarias para realizacin de proyectos

con microcontroladores PIC, permite editar el archivo fuente del proyecto, adems

de ensamblarlo y simularlo en pantalla para comprobar cmo evoluciona tanto la

memoria de datos RAM, como la de programa ROM, los registros de SFR, etc.,

segn progresa la ejecucin del programa.

El MPLAB incluye:

Un editor de texto.

Un ensamblador llamado MPASM.

Un simulador llamador MPLAB SIM.

Un organizador de proyectos.

Fig. 2.12 Entorno del MPLAB IDE.



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Captulo 3: Desarrollo de Proyecto

3.1 Control de Acceso 3.2 Control de Iluminacin 3.3 Control Hidrulico, Riego automatizado e Hidrosanitario.

3.4 Deteccin contra Incendios 3.5 Vigilancia Perimetral

En este captulo se muestran

los resultados obtenidos de la

investigacin que comprenden

al control elctrico de una casa

inteligente grado 1 en sus

caractersticas fundamentales.



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3.1 Control de Acceso

Introduccin

La seguridad patrimonial de una casa inteligente, comienza con el control de

acceso de los habitantes; este control tiene como finalidad vigilar el acceso a la

casa.

En la actualidad, normalmente cualquier punto que pueda asegurarse con una

cerradura es susceptible de ser controlado con un sistema electrnico, de manera

que garantice el ingreso solo a personas autorizadas.

El punto dbil de una cerradura siempre ser la llave; eso significa que una llave

puede ser fcilmente duplicada, perdida o robada; lo cual implica el riesgo de

perder el control de entrada.

Un sistema electrnico de control de acceso, es una alternativa confiable, cada

persona recibe el cdigo que permite el acceso y garantiza la seguridad en el

inmueble.

Fig. 3.1 Muestra de sistemas para el control de acceso.

Funcionamiento

El control de acceso para este caso consta de un teclado hexadecimal, un

electroimn de 272.154 kgf, un botn liberador y el sistema de control.

Al introducir la clave el electroimn se desenergiza para abrir la puerta y entrar,

despus de 5 segundos se vuelve a energizar, para salir se presiona el botn

liberador y nuevamente el electroimn se desenergiza para poder salir. En la

pantalla LCD se visualiza si la clave es correcta o incorrecta y un LED se enciende

para permitir visualizar el teclado en caso de que este obscuro, siempre y cuando

se detecte la presencia de un sujeto que intente introducir la clave.



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Desarrollo

Por un medio de un PIC16F84A, se elaboro la interfaz del control de acceso que

comunica al PLC por medio de un pulso elctrico para energizar y desenergizar el

actuador, electroimn, y comprobar la clave de acceso.

Teclado_LeeHex: Lee tecla pulsada.

- La tecla leda es almacenada en

RAM mediante direccionamiento

indirecto.

- Apunta a la siguiente posicin de

RAM donde se almacena a la

clave tecleada.

- Visualiza @.

ltimo carcter de

la clave?

Compara cada uno de los

nmeros tecleados y guardados

en RAM con la clave secreta

guardada en ROM.

Coincide lo

tecleado con la

clave secreta?

Abre puerta y visualiza mensaje

Clave CORRECTA!NO abre puerta y visualiza

mensaje Clave INCORRECTA.

Retardo de unos segundos.

Cierra puerta y prepara todo para

la prxima lectura de la clave

secreta.

- Espera deje de pulsar e inicializa

teclado para prxima

exploracin.

- Limpia flag de interrupcin.

ServicioInterrupcin

Retorno de la interrupcin.

SI

NO

SI NO

FinInterrupcin

Fig.3.2 Diagrama de Flujo del Control de Acceso.



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Programacin por MPLABide

;CERRADURA ELECTRONICA ESIME.asm ; Cerradura Electrnica: la salida se activa cuando una clave de varios digitos introducida ;por teclado sea correcta. ; ; Tiene una salida "CerraduraSalida" que, cuando se habilita, activa durante unos segundos ; el electroimn de la cerradura permitiendo la apertura de la puerta: ; - Si (CerraduraSalida) = 1, la puerta se puede abrir. ; - Si (CerraduraSalida) = 0, la puerta no se puede abrir. LIST P=16F84A INCLUDE __CONFIG _CP_OFF & _WDT_OFF & _PWRTE_ON & _XT_OSC CBLOCK 0x0C ENDC ; La clave puede tener cualquier tamao y su longitud se calcula: #DEFINE LongitudClave (FinClaveSecreta-ClaveSecreta) #DEFINE CerraduraSalida PORTA,3 ; ZONA DE CDIGOS ******************************************************************** ORG 0 goto Inicio ORG 4 goto ServicioInterrupcion Mensajes addwf PCL,F MensajeTeclee DT "INGRESE CLAVE:", 0x00 DT "****************", 0x00 MensajeClaveCorrecta DT "CLAVE CORRECTA", 0x00 DT "****************", 0x00 MensajeAbraPuerta DT "BIENVENIDO PASE", 0x00 DT "****************", 0x00 MensajeClaveIncorrecta DT "CLAVE INCORRECTA", 0x00 DT "****************", 0x00 LeeClaveSecreta addwf PCL,F ClaveSecreta DT 1h,0h,3h,7h ; Ejemplo de clave secreta.



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DT 9h,5h FinClaveSecreta Inicio call LCD_Inicializa bsf STATU

automatizacion de una casa inteligente con plc´s

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