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Caso de estudio · Aforo · PLC M-Duino

Gente que entra, gente que sale. El PLC lleva la cuenta.

Aforo en la puerta y ozono a horas fijas, en un solo PLC Arduino.

2tareas en un PLC: contar y tratar el aire
3equipos: fotocélula, sensor y generador de ozono
24 Vmáximo de la salida; un SSR conmuta los 220 V
1panel táctil en Ethernet

Una tienda con un aforo máximo tiene que saber en todo momento cuántas personas hay dentro.

Por eso la cuenta la lleva el PLC: una barrera en la puerta, un límite fijado en el panel y un mensaje en pantalla cuando la tienda está llena.

Este caso es una propuesta de diseño de los ingenieros de Industrial Shields para una tienda pequeña o cualquier local abierto al público. No es el informe de una instalación concreta y no se cita a ningún cliente. El material original da los equipos y la secuencia: un PLC basado en Arduino con una fuente de 24 V, un Panel PC TouchBerry en Ethernet, una fotocélula de infrarrojos en la puerta, un sensor de ozono y un generador de ozono conmutado con un relé de estado sólido. La versión original, escrita para las normas de la COVID-19, también tomaba la temperatura de cada cliente con un sensor láser. Esta página conserva lo que sirve hoy a cualquier tienda: el aforo y el tratamiento del aire. Los paneles, cuentas, horas y niveles de esta página son ejemplos de una forma típica de hacerlo.

El reto

Saber cuántas personas hay dentro. Tratar el aire cuando no hay nadie.

El responsable de una tienda pequeña tiene que respetar un aforo máximo y mantener el local limpio, sin nadie contando en la puerta. El sistema debe contar personas, avisar cuando se llega al límite, tratar el aire a unas horas fijas y dejar que el responsable cambie los ajustes.

01

Contar en la puerta

Una fotocélula de infrarrojos en la puerta indica cada paso de una persona. El PLC convierte esas señales en el número de personas que hay dentro.

02

Parar las entradas con el local lleno

El aforo máximo es un ajuste. Cuando la cuenta llega a él, la pantalla indica que no puede entrar nadie más hasta que alguien salga.

03

Tratar el local a horas fijas

Un generador de ozono funciona a unas horas fijadas, en la pausa del mediodía y por la noche, hasta que un sensor de ozono indica que la concentración es la adecuada.

04

Cambiar los ajustes en una pantalla

El responsable fija el aforo y las horas del tratamiento en un panel táctil, y allí ve las alarmas.

Equipos estándar alrededor de un PLC

El diseño usa piezas habituales: una fotocélula, un sensor de ozono, un generador de ozono y un panel táctil. Un PLC basado en Arduino los lee, decide y conmuta el generador. Su programa se escribe en el Arduino IDE.

Cómo funciona

Tres pasos: contar, tratar el aire, ajustar y avisar.

Cada panel muestra un paso, y los tres comparten la misma cuenta y los mismos ajustes. Pulsa los botones. Los paneles son simulaciones ilustrativas: las cuentas, los límites, las horas y los niveles son ejemplos, no datos de una instalación.

Paso 1 · Contar en la puerta

Cada paso por la puerta cambia la cuenta. El PLC la compara con el límite.

La fotocélula da una señal digital al PLC cada vez que una persona corta su barrera. El PLC guarda el número de personas que hay dentro y lo compara con el aforo máximo fijado en el panel. Cuando la cuenta llega al límite, el panel muestra que no pueden entrar más personas hasta que salga alguien. Una barrera le dice al PLC que alguien ha pasado, pero no en qué sentido, y el caso no explica cómo cuenta las salidas. Una forma típica: dos barreras separadas unos centímetros, de modo que el orden en que se cortan da el sentido; o una puerta para entrar y otra para salir, con una fotocélula cada una. Haz entrar y salir a gente, hasta llegar al límite.

  • Fotocélula en una entrada digital del PLC
  • Cuenta de personas dentro, comparada con el límite
  • Mensaje en el panel cuando la tienda está llena
FueraDentroAB
Personas dentro0
Límite (paso 3)0
Entradas0
Puerta0
BARRERA ABARRERA BENTRADASALIDALLENO: ESPERE

Eventos del PLC (ejemplo)

    Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo, no datos de una instalación. Las dos barreras son un ejemplo de una forma típica de distinguir entradas y salidas. El diseño original cita una fotocélula y no dice cómo cuenta las salidas.

    Paso 2 · Tratar el aire

    A la hora fijada, el generador funciona hasta que el nivel de ozono es el adecuado.

    A cada hora de tratamiento fijada en el panel, el PLC pone en marcha el generador de ozono. Su salida digital da 24 V como máximo y el generador funciona a 220 V, así que la salida acciona un relé de estado sólido. El sensor de ozono, en una entrada analógica, le da al PLC la concentración en el aire. Esa entrada lee 0-10 V, así que el sensor necesita una salida de 0-10 V, o de 4-20 mA con una resistencia shunt. El generador funciona hasta que es la adecuada y entonces se para. El plan original hace el tratamiento en la pausa del mediodía y por la noche, con la tienda cerrada. El ozono a niveles de tratamiento es perjudicial si se respira, por eso un diseño típico también usa la cuenta del paso 1 como condición: no arranca mientras haya alguien dentro. Pon en marcha un tratamiento con gente dentro y luego con el local vacío.

    • Arranque a las horas fijadas en el panel
    • Relé de estado sólido entre la salida de 24 V y el generador de 220 V
    • Paro cuando el sensor de ozono llega al objetivo
    • Ejemplo: no arranca mientras la cuenta no sea cero
    Generadorde ozonoSSRobjetivoO3Local
    Nivel de ozono, % del objetivo0
    Generador0
    Personas dentro0
    Hora0
    EN ESPERABLOQUEADO: HAY GENTEGENERADOR EN MARCHAOBJETIVO ALCANZADONIVEL BAJANDONIVEL BAJO

    Tratamiento (ejemplo)

      Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo, no datos de una instalación. Niveles de ejemplo, en % del objetivo fijado para el tratamiento, y más rápidos que en la realidad. El caso no publica concentraciones ni tiempos. Bloquear el arranque mientras la cuenta no es cero y esperar a que baje el nivel antes de abrir son añadidos típicos; sigue las indicaciones del fabricante del generador y la normativa local.

      Paso 3 · Ajustar y avisar

      El responsable fija el límite y las horas. El panel muestra cada alarma.

      El Panel PC TouchBerry está conectado al PLC por Ethernet. En él, el responsable introduce el aforo máximo y las horas del tratamiento, y recibe las alarmas del sistema. El caso no publica el protocolo entre el panel y el PLC. Una forma típica: Modbus TCP, con el aforo, las horas y la cuenta en registros del PLC, como en este mapa de registros Modbus TCP en un M-Duino. Cambia aquí el límite y vuelve a probar el paso 1.

      • Panel PC en Ethernet
      • Aforo y horas de tratamiento fijados en la pantalla
      • Alarmas: tienda llena, tratamiento en marcha
      TratamientoPanel PC · Ethernet
      Límite0
      Dentro0
      Tratamientos al día0
      Última alarma0
      AJUSTES ENVIADOSTIENDA LLENATRATAMIENTO EN MARCHATRATAMIENTO TERMINADO

      Panel y PLC (ejemplo)

        Simulación ilustrativa. Valores de ejemplo, no datos de una instalación. Pantalla, límites y horas de ejemplo. El caso dice que el panel fija el aforo y las horas y muestra las alarmas. No publica el protocolo.

        Arquitectura del sistema

        ¿Cómo cuenta personas un PLC y cómo controla un tratamiento con ozono?

        Según el esquema original: la fotocélula va a una entrada digital, el sensor de ozono a una entrada analógica, el generador de ozono a una salida digital con un relé de estado sólido y el Panel PC a Ethernet. Una fuente de 24 V alimenta el PLC. El esquema original también tiene un sensor de temperatura en una entrada analógica, que esta página no usa. Un añadido típico que no está en el esquema: una segunda barrera para distinguir entradas y salidas.

        Fuente24 VccPLC M-DuinoEthernetFotocélula Abarrera en la puertaEntrada digitalFotocélula Bejemplo: sentidoSensor de ozonoconcentraciónEntrada analógicaRelé de estado sólidoentrada 24 V, salida 220 VSalida digitalGenerador de ozono220 VPanel PCaforo, horas, alarmasEthernetDisposición del esquema original. La fotocélula B es un ejemplo. No se muestra el sensor de temperatura del original.Fuente24 VccPLC M-DuinoEthernetFotocélula Abarrera en la puertaEntrada digitalFotocélula Bejemplo: sentidoEntrada digitalSensor de ozonoconcentraciónEntrada analógicaRelé de estado sólidoentrada 24 V, salida 220 VSalida digitalGenerador de ozono220 VRelé de estado sólidoPanel PCaforo, horas, alarmasEthernetDisposición del esquema original. La fotocélulaB es un ejemplo. No se muestra el sensor detemperatura del original.
        Entradas digitalesEntrada analógicaSalida digitalEthernet
        Señales y datos
        SeñalEntreTipoPara qué
        Paso de personasEntreFotocélula → PLCTipoEntrada digitalPara quéCuenta de personas dentro
        Segunda barrera (ejemplo)EntreFotocélula → PLCTipoEntrada digitalPara quéEntrada o salida. No está en el esquema original
        Concentración de ozonoEntreSensor de ozono → PLCTipoEntrada analógica, 0-10 VPara quéParar el generador en el objetivo. Sensor con salida de 0-10 V, o de 4-20 mA con una resistencia shunt
        Generador en marchaEntrePLC → relé de estado sólido → generadorTipoSalida digital, 24 VPara quéTratamiento a las horas fijadas
        Aforo y horasEntrePanel PC → PLCTipoEthernetPara quéAjustes del responsable
        Cuenta y alarmasEntrePLC → Panel PCTipoEthernetPara quéTienda llena, tratamiento en marcha
        AlimentaciónEntreFuente de 24 V → PLCTipo24 VccPara quéEl PLC funciona de 12 a 24 Vcc

        Por qué funciona

        La cuenta y el reloj en el controlador. Los ajustes en la pantalla.

        La cuenta está en el PLC

        El PLC lee la fotocélula y lleva la cuenta él mismo. El panel la muestra y fija el límite, pero la decisión está en el controlador. Mira los fundamentos de las entradas digitales.

        El reloj está en el PLC

        El M-Duino tiene un reloj en tiempo real, así que puede arrancar el tratamiento a las horas fijadas por sí solo, sin un PC en medio.

        Un sensor cierra el lazo

        El generador no funciona un tiempo fijo. Funciona hasta que el sensor de ozono indica que la concentración es la adecuada, como pide el diseño original. Mira los fundamentos de las entradas analógicas.

        La tensión de red no llega al PLC

        La salida digital da 24 V como máximo. Un relé de estado sólido conmuta el generador de 220 V, de modo que la tensión de red nunca llega a la salida del PLC.

        Ajustes sin tocar el código

        El aforo y las horas del tratamiento son valores del panel, no constantes del código. El responsable los cambia en la pantalla táctil.

        Sitio para más sensores

        El M-Duino 19R tiene 4 entradas analógicas de 0 a 10 V. El diseño usa una para el sensor de ozono. Las demás quedan libres para más sensores, por ejemplo un transmisor de CO2 (ver las preguntas).

        Hardware utilizado

        Un PLC con Ethernet en el armario y un panel para el responsable.

        M-DUINO ETHERNET PLC ARDUINO 19R, PLC Arduino industrial con Ethernet, salidas de relé y digitales para carril DIN

        M-DUINO ETHERNET PLC ARDUINO 19R

        Un PLC para carril DIN basado en Arduino Mega 2560, con 17 E/S, Ethernet, RS-485 y RS-232, reloj en tiempo real y ranura microSD. En este caso cuenta a las personas en la puerta, compara la cuenta con el límite, pone en marcha y para el generador de ozono y habla con el panel por Ethernet.

        Función
        Cuenta de personas, límite, horario del tratamiento, orden al generador
        Entradas
        6: 4 analógicas/digitales (0-10 V, 10 bits), 2 digitales optoaisladas (5 a 24 Vcc), 2 con interrupción
        Salidas
        11: 3 digitales/PWM/analógicas (digital hasta 24 Vcc, analógica 0-10 V), 8 relés (4 A a 230 Vca, 2 A a 24 Vcc, carga resistiva)
        Comunicaciones
        Ethernet (W5500, 10/100), RS-485, RS-232, serie TTL, I2C, SPI
        Integrado
        Reloj en tiempo real, ranura microSD, USB
        Alimentación y montaje
        12 a 24 Vcc, carril DIN TS35, IP20, 0 a 60 °C

        El material original cita un PLC Arduino de Industrial Shields con una fuente de 24 V, y su imagen de producto es un M-Duino 19R. La imagen y el enlace muestran el M-DUINO ETHERNET PLC ARDUINO 19R, la versión actual de ese modelo. El nivel alto de sus salidas digitales lo fija la tensión en QVdc, hasta 24 Vcc. Comprueba que encaja con el rango de entrada del relé de estado sólido.

        TouchBerry Pi Panel PC 10.1 pulgadas FLEX, panel táctil industrial con Raspberry Pi 4 y Ethernet

        TouchBerry Pi Panel PC 10.1" FLEX

        El material original cita un Panel PC TouchBerry en Ethernet, y la página antigua enlaza el panel Raspberry Pi de 10,1". El TouchBerry Pi Panel PC 10.1" FLEX es la versión actual: una Raspberry Pi 4 detrás de una pantalla táctil de 10,1", con Ethernet Gigabit y un puerto serie. Para mostrar un panel de control a pantalla completa, mira el modo quiosco para un dashboard de Node-RED.

        Función
        Aforo y horas, cuenta en pantalla, alarmas
        Pantalla
        10,1" IPS, 1280 x 800, capacitiva, 900 nits
        Puerto serie
        Uno: RS-485, RS-232 o TTL, a elegir en el pedido
        Frontal
        IP20 o IP65, a elegir en el pedido
        Comunicaciones
        Ethernet Gigabit, 4 x USB, I2C, SPI
        Alimentación
        12 a 24 Vcc, SAI para un apagado seguro, 0 a 45 °C

        La imagen muestra el TouchBerry Pi Panel PC 10.1" FLEX, no la unidad de una tienda real.

        Preguntas sobre este caso

        ¿Cómo cuenta un PLC las personas que hay dentro de una tienda?

        Una fotocélula de infrarrojos en la puerta da una señal digital cada vez que una persona corta la barrera, y el PLC lleva la cuenta. Una sola barrera solo dice que alguien ha pasado. Para saber el sentido, una forma típica son dos barreras separadas unos centímetros: si se corta A antes que B, es una entrada; si se corta B antes que A, es una salida. Otra forma es una puerta para entrar y otra para salir, con una fotocélula cada una. Las entradas del M-Duino aceptan de 5 a 24 Vcc, y dos de ellas pueden generar una interrupción. Mira los fundamentos de las entradas digitales y un contador de pulsos con interrupciones (ejemplo con ESP32 PLC; la idea es la misma).

        ¿Qué pasa cuando la tienda llega a su aforo máximo?

        En este diseño, el responsable fija el aforo máximo en el panel. Cuando la cuenta llega a él, el panel muestra un mensaje: no pueden entrar más personas hasta que alguien salga. La cuenta baja con cada salida y el mensaje desaparece. Un añadido típico es un semáforo rojo y verde en la puerta, en una salida del PLC, para que la gente lo vea antes de entrar.

        ¿Cuándo se hace el tratamiento con ozono y cómo se asegura que el local esté vacío?

        En el plan original, en la pausa del mediodía y por la noche, con la tienda cerrada. El ozono a las concentraciones que se usan para tratar un local es perjudicial si se respira, así que no debe haber nadie dentro. Una forma típica de añadir una condición en el PLC: arrancar solo con la cuenta a cero y apagar el generador si entra alguien. Antes de volver a abrir, sigue las indicaciones del fabricante del generador y la normativa local sobre el tiempo de espera y la ventilación. Estas condiciones del programa se suman a las instrucciones de seguridad del generador.

        ¿Por qué un relé de estado sólido entre el PLC y el generador de ozono?

        La salida digital del PLC da 24 V como máximo, y el generador de este diseño funciona a 220 V. Un relé de estado sólido recibe la señal de 24 V en su entrada y conmuta la carga de red en su salida. El M-Duino 19R también tiene salidas de relé de 4 A a 230 Vca con carga resistiva. Si usas una de ellas, comprueba la corriente y el tipo de carga del generador frente a ese valor.

        ¿Puede el mismo PLC vigilar el CO2 u otros valores de calidad del aire?

        El diseño original no incluye un sensor de CO2. Lee un solo valor del aire: la concentración de ozono, en una entrada analógica. El M-Duino 19R tiene 4 entradas analógicas de 0 a 10 V. Un transmisor de CO2 con salida de 0 a 10 V puede usar una entrada libre. Uno con salida de 4 a 20 mA puede usar una resistencia shunt de precisión de 500 Ω, como explica la página del M-Duino 19R. El panel puede mostrar entonces el valor junto a la cuenta. Los límites y la acción, por ejemplo poner en marcha un ventilador, son decisiones de tu proyecto. Mira los fundamentos de las entradas analógicas.

        ¿Qué partes de este caso son hechos y cuáles son ejemplos?

        Hechos: una propuesta de diseño para una tienda pequeña; un PLC Arduino de Industrial Shields con una fuente de 24 V; un Panel PC TouchBerry en Ethernet que fija el aforo máximo y las horas del tratamiento y muestra las alarmas; una fotocélula de infrarrojos en la puerta, en una entrada digital; un mensaje en el panel al llegar al límite; un sensor de ozono en una entrada analógica; un generador de ozono de 220 V en una salida digital con un relé de estado sólido; el tratamiento en la pausa del mediodía y por la noche hasta que la concentración es la adecuada. La versión original también tomaba la temperatura de cada cliente con un sensor láser; esta página no lo usa. Ejemplos: cuentas, límites, horas, niveles, la segunda barrera, la condición sobre la cuenta, el protocolo y los textos de las alarmas.

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