UD6 - Automatización con autómata programable by Alejandro García

UNIDAD 6 AUTOMATIZACIÓN CON AUTÓMATA PROGRAMABLE CONFIGURACIÓN DE INSTALACIONES DOMÓTICAS Y AUTOMÁTICAS Alejandro G. Castro

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Alejandro G. Castro

ÍNDICE 1.

Los PLC o Autómatas programables.................................................................................................. 3

Estructura interna de un PLC. ............................................................................................................. 5

Principales características de los PLC Siemens S7-200 ............................................................... 10

Principios generales de automatización con PLC........................................................................... 13

Conexión y cableado de entradas y salidas .................................................................................... 19

Programación del S7-200 ................................................................................................................... 23

Ciclo de programa............................................................................................................................... 30

Simulador S7-200 ................................................................................................................................ 31

Operaciones lógicas con bits ............................................................................................................ 33

10.

Marcas y Marcas especiales.......................................................................................................... 36

11.

Relé autoenclavado ........................................................................................................................ 38

12.

El telerruptor ................................................................................................................................... 40

13.

Ejercicio 1: Operaciones lógicas con bits ................................................................................... 42

14.

Ejercicio 2: Operaciones lógicas con bits ................................................................................... 43

15.

Temporizadores .............................................................................................................................. 46

16.

Ejercicio 3: Flancos y temporizadores. ........................................................................................ 48

17.

Ejercicio 4: Flancos y temporizadores. ........................................................................................ 50

18.

Ejercicio 5: Temporizadores.......................................................................................................... 53

19.

Operaciones de comparación ....................................................................................................... 54

20.

Ejercicio 6: Temporizadores, operaciones de comparación...................................................... 54

21.

Operaciones con contadores ........................................................................................................ 61

22.

Otras operaciones .......................................................................................................................... 62

23.

Ejercicio 7: Áreas remanentes ...................................................................................................... 65

24.

Ejercicio 8: Contadores, flancos, operaciones de comparación............................................... 67

25.

El Grafcet ........................................................................................................................................ 69

26.

Implementación del Grafcet.......................................................................................................... 74

27.

Ejercicio 9: Ejemplo de programación basada en Grafcet......................................................... 76

28.

Ejercicios propuestos .................................................................................................................... 78

6-2

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Los PLC o Autómatas programables

Comencemos definiendo un proceso industrial como una operación o secuencia de operaciones en las que las variables a controlar (temperaturas, desplazamientos, tiempos, etc.) están debidamente definidas. La gran mayoría de los procesos industriales requieren algún tipo de control. La necesaria automatización de estas funciones de control puede ser llevada a cabo de muy diferentes formas: a base de cuadros de relés, contactores, etc. Lamentablemente, cualquier modificación en este tipo de sistemas de control suponía gran esfuerzo técnico y económico, y más todavía si estos cambios eran frecuentes. Además debemos tener en cuenta que la mayoría de estos elementos son dispositivos mecánicos y poseen una vida limitada que requiere una estricta manutención. Por otra parte, estos sistemas suponen un conexionado complejo cuando existen gran cantidad de elementos, lo que implica un enorme esfuerzo de diseño, mantenimiento... Con el objetivo de solucionar, o al menos reducir, estos inconvenientes se elaboraron los autómatas, que permiten cambiar la funcionalidad del control del proceso industrial sin más que cambiar el programa, ya que gran parte de los componentes necesarios como relés auxiliares, temporizadores, etc; se encuentran implementados en la programación interna de él. Suponemos ya al lector familiarizado con los relés programables que constituyen el primer escalón en la “lógica programada”. En esta unidad vamos a ver el autómata industrial, fácilmente programable para tareas de control, y concebido para ser utilizado en ambientes industriales, es lo que se conoce como PLC, acrónimo de Programmable Logic Controller, es decir, Controlador Lógico Programable. Frente a los relés programables aporta una mayor capacidad de control. Figura 6.1, Distintos modelos de PLC (Cortesía de Siemens)

S7-400 S7-300 S7-200 Con los relés programables se cubre sin problemas el campo de la automatización, refiriéndonos con este término a procesos que manejan, principalmente, señales binarias. El autómata programable nos permitirá ya trabajar en el campo de lo que conocemos como regulación automática, donde se manejan señales de tipo analógico junto con señales de tipo binario. Para ello el autómata aporta una mayor capacidad de cálculo y tratamiento de señales analógicas, además de otras funciones: -

Control PI, PID, etc. Salidas y funciones específicas que permiten realizar PWM. Entradas de contaje rápido. Operaciones aritméticas. Capacidad de trabajar con diferentes tipos de datos. Conectividad con redes de comunicaciones industriales, etc.

Los autómatas programables no sólo tienen aplicación industrial, si no que también se emplean para automatizar procesos en el hogar (puerta de un garaje, luces de la casa, etc.), entre otros. Entre las características de los PLC's destacan: -

Fácilmente programables por la mayoría de los técnicos. Facilidad en la modificación de programas. Comunicación con otros PLC's, pudiendo enviar y recibir señales. Tiempo de vida largo. Pueden trabajar sin problemas en todo tipo de ambientes industriales.

Automatización con autómata programable

6-3

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Alejandro G. Castro

Actualmente los PC's están comenzando a reemplazar al PLC en algunas aplicaciones. Por lo cual, no sería de extrañar que en un futuro no muy lejano el PLC desapareciera frente al cada vez más potente PC, debido a las posibilidades que los ordenadores pueden proporcionar. Podríamos decir que un autómata programable es: Un equipo electrónico, basado en un microprocesador o microcontrolador, que tiene generalmente una configuración modular, puede programarse en lenguaje no informático y está diseñado para controlar procesos en tiempo real y en ambiente agresivo (ambiente industrial) Una característica del autómata programable que lo diferencia de otros sistemas de control programables está en la estandarización de su hardware, que permite la configuración de sistemas de control a medida. El autómata programable tiene capacidad para el tratamiento de señales digitales, analógicas, valores numéricos y alfanuméricos, y capacidad para actuar sobre un proceso con el mismo tipo de señales. El esquema más sencillo de implantación de un autómata para el control de un proceso lo podemos esquematizar en la figura 6.2. El autómata recibe la información que le suministra el proceso a través de los sensores conectados en sus entradas, y realiza acciones sobre el proceso a través de los actuadores conectados a sus salidas. El diálogo hombre-máquina permite que el operario del proceso de ordenes al PLC y supervise el proceso a través del PLC, o directamente en actuadores y sensores. Este esquema básico sufrirá posteriores ampliaciones en las que incluiremos la estructura interna Figura 6.2, Relación del PLC con el proceso a controlar.

ACTUADORES

SALIDAS

PROCESO

SENSORES

CPU

ENTRADAS

PLC

DIÁLOGO HOMBRE MÁQUINA

Estructura externa Existen dos estructuras básicas para los autómatas programables (figura 6.3). -

Compacta: consiste en una única pieza en la que se integran todos los elementos. En algunos modelos se pueden añadir módulos con más entradas y salidas. Este tipo de estructura es también muy utilizada para los relés.

Modular: en los que la CPU, la fuente de alimentación, las entradas, las salidas, etc., son cada una un módulo que se elige en función de la aplicación requerida.

6-4

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas Figura 6.3, Estructura física de los PLC's.

Para el caso de una estructura modular se dispone de la posibilidad de fijar los distintos módulos en raíles normalizados, para que el conjunto sea compacto y resistente.

Estructura interna de un PLC.

En la estructura interna del autómata podemos distinguir en una primera aproximación los siguientes bloques funcionales (figura 6.4): Fuente de alimentación Parte encargada de transformar y rectificar la tensión de red (CA) para alimentar en CC la electrónica interna del autómata y, en algunos casos, los sensores que se puedan conectar en las entradas del PLC. Interfaz de entradas Adapta y codifica, de forma comprensible para la CPU, las señales procedentes de los dispositivos de entrada o captadores, como por ejemplo, pulsadores, finales de carrera, sensores, etc. Misión: proteger los circuitos internos del Autómata, proporcionando una separación eléctrica entre estos y los captadores. Interfaz de salidas Decodifica las señales procedentes de la CPU, las amplifica, y las envía a los dispositivos de salida o actuadores, como lámparas, relés, contactores, arrancadores, electroválvulas, etc. Memorias El autómata dispone de varias memorias encargadas entre otras cosas de almacenar el programa a ejecutar, datos y resultados intermedios de las operaciones realizadas por el autómata. Buses Bus de datos, bus de direcciones y bus de control. Unidad central de proceso (CPU) Este bloque es el cerebro del autómata. Su función es la interpretación de las instrucciones del programa de usuario y en función del estado de las entradas, situar las salidas en el estado que determine el programa. Interfaces Electrónica interna encargada de comunicar la CPU para la carga y modificación del programa (PC, consolas de programación), así como para la conexión de elementos de comunicación o consolas de visualización.

Automatización con autómata programable

6-5

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Alejandro G. Castro

Figura 6.4, Estructura interna de los PLC's.

La CPU La CPU (Control Processing Unit) es la encargada de ejecutar el programa de usuario y activar el sistema de entradas y salidas programa de usuario y activar el sistema de entradas y salidas. También tiene la misión, en algunos autómatas, de controlar la comunicación con otros periféricos externos, como son la unidad de programación, LCD's, monitores, teclados, otros autómatas u otros, monitores, teclados, otros autómatas u otros ordenadores, ordenadores, etc. Es el corazón del autómata programable. Sus funciones son: -

Ejecutar el programa de usuario. Vigilar que el tiempo de ejecución del programa de usuario no excede un determinado tiempo máximo (tiempo de ciclo máximo). A esta función se le suele denominar Watchdog (perro guardián). Crear una imagen de las entradas, ya que el programa de usuario no accede directamente a dichas entradas. Renovar el estado de las salidas, en función de la imagen de las mismas, obtenida al final del ciclo de ejecución del programa de usuario. Chequear del sistema.

Para ello el autómata va a poseer un ciclo de trabajo, que ejecutará de forma continua. La CPU esta formada por el microprocesador (P), la memoria y circuitos lógicos complementarios, y ejecuta el programa de usuario, que reside en la memoria, adquiriendo las instrucciones una a una. El funcionamiento es de tipo interpretado, con decodificación las instrucciones cada vez que son ejecutadas las instrucciones cada vez que son ejecutadas. Normalmente los autómatas utilizan un lenguaje de bajo nivel similar al ensamblador, que es diferente para las diferentes marcas y modelos de autómata. Bloques fundamentales de una CPU Bloques fundamentales de una CPU (figura 6.5). – – – – – –

6-6

ALU (Arithmetic Logic Unit Arithmetic Logic Unit). Es la parte de la CPU donde se realizan los cálculos y las decisiones lógicas (combinaciones Y, O, sumas, comparaciones, etc.). Acumulador. Almacena el resultado de la última operación de la ALU. Flags. Son indicadores de resultado de operación (mayor que, positivo, negativo, resultado cero, etc.). El estado de estos flags puede ser consultado por el programa. Contador de programa (PC).Direccionamiento de la memoria dónde se encuentran las instrucciones del programa de control, y del cual depende la secuencia de ejecución de ellas. Decodificadores de instrucciones y secuenciador. Donde se codifican las instrucciones leídas en la memoria y se generan las señales de control pertinentes. Programa ROM. El fabricante suele grabar una serie de programas ejecutables fijos, firmware o software del sistema y es a estos programas a los que accederá el microprocesador para realizar las funciones ejecutivas. El software del sistema de cualquier autómata consta de una serie de funciones básicas que realiza en determinados tiempos de cada ciclo: en el inicio o conexión, durante el ciclo o ejecución del programa, y a la desconexión. Este software o programa del sistema es ligeramente variable para cada autómata, pero, en general, contiene las siguientes funciones: Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

o o o o o o

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Supervisión y control del tiempo de ciclo (watchdog), tabla de datos, alimentación, batería, etc. Autotest en la conexión y durante la ejecución de programa. Inicio del ciclo de exploración de programa y de la configuración del conjunto. Generación del ciclo base de tiempo. Comunicación con periféricos y unidad de programación. Etc. Figura 6.5, Diagrama de bloques de la CPU.

SECUENCIADOR

RELOJ

REGISTROS DE LA PILA

La memoria Definición: cualquier tipo de dispositivo que permita almacenar información en forma de bits (unos y ceros), los cuales pueden ser leídos posición a posición (bit a bit), o por bloques de 8 (byte), de dieciséis posiciones (word). Clasificación: –

–

– –

RAM (Random Access Memory), memoria de acceso aleatorio o memoria de lectura-escritura. Pueden realizar los procesos de lectura y escritura por procedimientos eléctricos. Su información desaparece al faltarle la alimentación. ROM (Read Only Memory), o memoria de solo lectura. En estas memorias se puede leer su contenido, pero no se puede escribir en ellas; los datos e instrucciones los graba el fabricante y el usuario no puede alterar su contenido. Aunque haya un fallo en la alimentación. EPROM, memorias de sólo lectura, reprogramables, con borrado por ultravioletas. EEPROM, memoria de sólo lectura, reprogramables, alterables por medios eléctricos. Tienen un número máximo de ciclos de borrado/grabado.

Las principales aplicaciones respecto al PLC de este tipo de memorias, se resumen en la tabla 1 y figura 6.6: Tabla 1, Memorias de los PLC's. MEMORIA

LECTURA / ESCRITURA

VOLÁTIL

SÓLO LECTURA

RAM ROM EPROM RAM+BATERÍA

NO VOLÁTIL

RAM+EEPROM

EEPROM Automatización con autómata programable

APLICACIONES Datos internos Memoria Imagen E/S Monitor Intérprete Programa de usuario (Lo guarda una vez depurado) Programa de usuario (RAM+BATERÍA) Datos internos mantenidos Parámetros Más RAM+EEPROM Respalda a la RAM Programa de usuario Parámetros

6-7

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Alejandro G. Castro

Figura 6.6, Tipos de memoria de los PLC's.

Programa o memoria del sistema firmware

Memoria de usuario

Memoria interna: En esta memoria se almacena el estado de las variables que maneja el autómata: entradas, salidas, contadores, relés internos, señales de estado, etc. Los tipos de variables que más comúnmente se almacenan en la memoria de un PLC son los siguientes: -

Posiciones de 1 Bit: Memoria imagen entradas / salidas, relés internos, marcas especiales, marcas auxiliares.

Posiciones de 8,16 o más bits (registros internos): temporizadores, contadores, otros registros de uso general.

Interfaces de entradas salidas Su misión es establecer un puente de comunicación entre le autómata y el proceso. Las interfaces de entrada filtran, adaptan y codifican de forma comprensible para la CPU las señales procedentes de los elementos de entrada. Las interfaces de salida son las encargadas de decodificar, y amplificar las señales generadas durante la ejecución del programa antes de enviarlas a los elementos de salida. En los autómatas pequeños, el tipo de interfaces disponibles suele ser limitado, siendo las más frecuentes, clasificadas por entradas y salidas: -

Entradas.  Corriente continua a 24 o 48 Vcc.  Corriente alterna a 110 o 220 Vca.  Analógicas de 0-10 Vcc o 4-20 mA Salidas.  Por relé.  Estáticas por triac a 220 Vca máximo.  Colector abierto para 24 o 48 Vcc.  Analógicas de 0-10 V o 4-20 mA.

Además de esto todo autómata, salvo casos excepcionales, posee la virtud de poder comunicarse con otros dispositivos (como un PC). Lo normal es que posea una E/S serie del tipo RS-232 (puerto serie). A través de esta línea se pueden manejar todas las características internas del autómata, incluso la programación del mismo. Esto suele emplearse para monitorizar el proceso. Hoy en día los autómatas se integran en las redes de comunicación industriales como ASi, Ethernet o Profibus, esto permite entre otras muchas cosas: -

6-8

Gestión y mantenimiento remoto de los equipos. Coordinación de todos los equipos de la planta, lo que mejora la productividad. Etc. Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas Figura 6.7, Redes de comunicación industriales.

Fuente de alimentación La misión de la fuente de alimentación es proporcionar las tensiones necesarias pare el funcionamiento de los distintos circuitos del sistema funcionamiento. Debido a que hay autómatas formados por bloques que requieren niveles de tensión y de potencia diferentes, están en ambientes con un alto contenido en ruido electromagnético, etc., normalmente la alimentación se obtiene de fuentes separadas, procurando aislar o independizar las siguientes partes del circuito : -

Unidad central e interfaces E/S (alimentación autómata).

Alimentación de entradas.

Alimentación de salidas (cargas) de tipo electromagnético.

La alimentación de la CPU: -

Puede ser continua a 24 Vcc o alterna a 110/220 Vca.

La propia CPU la que alimenta las interfaces conectadas a través del bus interno.

La alimentación de los circuitos de E/S puede realizarse, según tipos, en alterna a 48/110/220 Vca, o en continua a 12/24/48 , o en continua a 12/24/48 Vcc. Las formas más habituales de alimentar el autómata y a sus unidades de expansión de entradas / salidas (unidas por el bus interno del autómata), con sus sensores y actuadores, son las siguientes: -

Una única fuente incorporada en el autómata alimenta a la CPU con sus interfaces de entrada y salida y a los sensores y actuadores. A la unidad de expansión le llega la tensión a través del bus interno.

Varias fuentes de alimentación diferentes:    

La propia del autómata. La auxiliar para alimentación de E/S. Fuente de alimentación CC para los actuadores de salida. Fuente de alimentación de CA para los actuadores de salida.

La elección de uno u otro sistema de alimentación depende de los siguientes aspectos: Automatización con autómata programable

6-9

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Alejandro G. Castro

Conveniencia del uso de tensiones de seguridad

Niveles de potencia necesarios para la aplicación.

Compatibilidad entre la tensión auxiliar suministrada por el autómata y las necesarias en el sistema de E/S.

Funcionamiento o no de sensores y cargas a igual tensión de alimentación.

Necesidad de aislamiento galvánico en el sistema de E/S.

Principales características de los PLC Siemens S7-200

La gama S7-200 comprende diversos sistemas de automatización pequeños (Micro-PLC's) que se pueden utilizar para numerosas tareas. Gracias a su diseño compacto, su capacidad de ampliación, su bajo costo y su amplio juego de operaciones, los Micro-PLC's S7-200 son especialmente apropiados para solucionar tareas de automatización sencillas. Figura 6.8, Micro PLC S7-200

Dentro de la familia S7-200 tenemos a su vez dos grupos de PLC's, los S7-21X y los S7-22X, con algunas diferencias en cuanto a su hardware y las instrucciones que pueden utilizar. En las figuras 6.9 y 6.10 se puede observar la apariencia del las CPU's de la gama S7-200: Figura 6.9, PLC S7-21X

CPU 214

SF RUN STOP

13 9 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15.

6-10

Salidas integradas Terminales de alimentación Conmutador de modos de funcionamiento Cartucho de memoria o batería - opcionales Potenciómetros integrados Tapa frontal LEDs de status LEDs indicadores de las E/S Entradas integradas Fuente de alimentación integrada Puerto PPI (CPU 212 / 214) Puerto PPI (CPU 216) Puerto PROFIBUS (CPU 215) Puerto PPI (CPU 215 / 216) Conexión de bus entre módulos Módulo de ampliación

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas Figura 6.10, PLC S7-22X

3 2

13 12 8

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15.

10 9

15 Salidas digitales integradas LEDs de estado de las salidas digitales Terminales de alimentación Conmutador Stop/Run Conector para el cable de ampliación LEDs de estado de la CPU Ranura para el cartucho de memoria Puerto de comunicaciones (p. Ej. PPI) Entradas digitales integradas LEDs de estado de las entradas digitales Fuente de alimentación integrada Potenciómetros integrados Módulo de ampliación Fijadores para tornillo (DIN métrica M4, diámetro 5 mm) Pestaña de fijación

Las principales características de las CPU's-22X, se resumen en la tabla 2. Tabla 2, Principales características de la familia S7-200.

Automatización con autómata programable

6-11

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Alejandro G. Castro

La CPU S7-200 es un equipo autónomo compacto que incorpora una unidad central de procesamiento (CPU), una fuente de alimentación, así como entradas y salidas digitales. La CPU ejecuta el programa y almacena los datos para la tarea de automatización o el proceso. Entre otras tiene las siguientes características:  El sistema se controla mediante entradas y salidas digitales (E/S). Las entradas vigilan las señales de los dispositivos de campo (p.ej. sensores e interruptores), mientras que las salidas supervisan las bombas, motores u otros aparatos del proceso. La fuente de alimentación suministra corriente a la CPU y a los módulos de ampliación conectados. El (los) puerto(s) de comunicación permite(n) conectar la CPU a una unidad de programación o a otros dispositivos que intervengan en el proceso, como una unidad de visualización o una red de comunicación. Los diodos luminosos indican el modo de operación de la CPU (RUN o STOP), el estado de las entradas y salidas físicas, así como los posibles fallos del sistema que se hayan detectado. Utilizando módulos de ampliación se pueden agregar entradas y salidas (E/S) adicionales a la CPU. (La CPU 221 no se puede ampliar.) El rendimiento de la comunicación se puede incrementar utilizando módulos de ampliación. Algunas CPU's tienen un reloj de tiempo real incorporado, en tanto que otras pueden disponer de un cartucho (opcional) de reloj de tiempo real. Un cartucho enchufable EEPROM en serie (opcional) sirve para almacenar programas de la CPU y transferir programas de una CPU a otra. Un cartucho enchufable de pila (opcional) permite prolongar el respaldo de los datos en a RAM. El número de entradas y salidas que incorpora la CPU, se puede incrementar añadiendo módulos de ampliación (figura 6.11). Figura 6.11, Conexión de módulos de ampliación.

La configuración máxima de E/S para cada CPU está sujeta a los siguientes límites: 

Cantidad de módulos de ampliación: - CPU 221: no se pueden conectar módulos de ampliación. - CPU 222: 2 módulos de ampliación como máximo. - CPU 224 y CPU 226: 7 módulos de ampliación como máximo. De estos 7 módulos, sólo 2 pueden ser módulos de ampliación inteligentes (EM 277 PROFIBUS-DP). 

Corriente para 5 V: La tabla 3 muestra la corriente para 5 V máxima que puede suministrar cada una de las CPU's. La corriente total de todos los módulos de ampliación integrados en el sistema no puede exceder el límite mencionado.

6-12

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Tabla 3, Principales características de la familia S7-200

Principios generales de automatización con PLC

Concepto de automatismo Como ya es sabido, un automatismo es un dispositivo que permite a las máquinas o procesos evolucionar con la mínima intervención del hombre y que puede:  Encargarse de las tareas repetitivas, peligrosas o trabajosas.  Controlar la seguridad del personal y de las instalaciones.  Incrementar la producción y la productividad y economizar materia y energía.  Incrementar la flexibilidad de las instalaciones para modificar los productos o los ritmos de fabricación. Un automatismo industrial se concibe generalmente para mandar una máquina o un grupo de máquinas. A este grupo de máquinas se le de denomina parte operativa del proceso, mientras que al conjunto de los componentes del automatismo que suministran las informaciones que sirven para pilotar esta parte operativa se llama parte de mando. Es la conjunción de ambas partes lo que constituye el automatismo completo. Entre el autómata y la planta a controlar existe un intercambio de información en forma, frecuentemente, de variables binarias (p. e. estado de un interruptor...), aunque pueden intervenir igualmente informaciones analógicas (p. e. medida de una temperatura), que serán en ese caso convertidas en un conjunto de señales binarias interpretables por el autómata. Todo proceso recibe señales o informaciones que se llaman entradas, y suministra señales o informaciones que se llaman salidas. Si consideramos una máquina cualquiera, ella recibe órdenes del autómata. Estas órdenes, que constituyen las salidas del autómata, son las entradas de la máquina, la cual ejecuta acciones y devuelve informaciones al autómata en función del resultado de sus actuaciones. Estas informaciones que constituyen las salidas de la máquina forman parte de las entradas del autómata, que se complementan con el conjunto de instrucciones transmitidas por el operador al autómata. En lo sucesivo llamaremos entrada a una entrada del autómata y salida a una salida del autómata. La distinción entre variables de entrada y variables de salida, será de esencial importancia a la hora de analizar un proceso y debe realizarse siempre con mucho cuidado. A nivel de entradas, conviene señalar, que las informaciones necesarias para que el autómata ejecute sus instrucciones, las suministran los captadores, sensores, etc. Entre las cualidades que debemos exigir a estos dispositivos podemos citar: tiempo de respuesta, precisión, sensibilidad, inmunidad a perturbaciones, robustez...

Automatización con autómata programable

6-13

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Alejandro G. Castro

En lo referente a salidas, las informaciones suministradas por el autómata a la máquina (o procesos) corresponden a los instantes en los que una acción debe empezar. Por tanto, nos interesa elaborar un sistema que elabore informaciones que cambien de valor en los instantes deseados (ni antes, ni después). Deberemos prestar atención a la potencia requerida por los diversos dispositivos, pues a menudo el autómata no es capaz de suministrarla, por lo que es necesario recurrir a periféricos que realicen esta labor (relés, contactores, etc.). Figura 6.12, Relación del PLC con el proceso a controlar.

Variables de estado Partamos de un ejemplo cotidiano: el mando de un ascensor. Supongamos que haya una llamada desde el tercer piso. Si la cabina se encuentra en le quinto, debe descender, si se encuentra en la planta baja, debe subir; si está desplazándose entre dos plantas debe continuar su movimiento, pero el automatismo debe registrar la llamada procedente de la tercera planta. Concluyendo, podemos decir que: la orden a aplicar a la cabina depende de la situación, del estado, en el que se encuentra el ascensor en el momento de la llamada. Del ejemplo se extrae que será muy importante conocer en cada instante el estado de un automatismo para conocer su respuesta cuando un mando actúe sobre él, es decir, cuando una variable de entrada cambie de valor. Por tanto, para caracterizar el estado de un automatismo, en ocasiones, no basta con conocer solamente el valor de las variables de entrada, pues como bien ilustra el ejemplo del ascensor: no es el hecho de que haya una llamada en la tercera planta el único determinante del movimiento de la cabina... Necesitamos, además, conocer el estado de un conjunto de variables (variables de estado) que nos permitan “prever” cual será la evolución del automatismo en función de los cambios ocurridos en las variables de entrada. En la elección del conjunto de variables que permitan describir el comportamiento deseado, reside la complejidad de la programación, y no suele ser única. Cableado vs. Programa Vamos a diferenciar entre lógica cableada y lógica programada. Mientras un mando con relés o contactores representa la lógica cableada; un autómata programable representa la lógica programada. -

Lógica cableada: el programa de mando queda determinado a través de la unión entre los diferentes elementos, tales como bobinas de accionamiento, contactos de interruptores, etc. La modificación del programa supone una transformación del cableado.

Lógica programada: el programa de mando y el cableado son independientes. Los contactos de los captadores y las bobinas de accionamiento se conectan a las entradas-salidas del autómata. El programa de mando, se escribe en la memoria del autómata, quedando fijada la secuencia en que deben ser consultados los contactos, la forma en que deben realizarse las combinaciones (AND u OR) y la asignación de los resultados a las salidas, es decir, el accionamiento de las bobinas. En el caso de ser necesario realizar una variación del programa, no hay que modificar el cableado del autómata, sino solamente el contenido del programa.

6-14

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas Figura 6.13, Lógica cableada vs. Lógica programada

Señal binaria, estado de señal Existe tensión El autómata consulta el valor de sus las entradas según dos estados: ACTIVA o A partir de estos datos y según el programa:

No existe tensión

DESACTIVA …

...los “aparatos” conectados a sus salidas. En ambos casos nos encontramos con una clara y diferenciada situación de los estados, conocida como: Estado de señal “0” → No existe tensión → DESACTIVADO Estado de señal “1” → Existe tensión → ACTIVADO Estos dos estados de señal son los dos valores diferentes que puede tomar una señal binaria. Veamos esto con un ejemplo muy sencillo: imaginemos un interruptor de luz, éste sólo tiene el efecto “luz encendida” ó “luz apagada. Es decir el valor del interruptor que responde a la cuestión “¿Está la luz encendida?” o está activada (luz encendida) o está desactivada (luz apagada). Dicho con otras palabras, el interruptor de luz tiene un ancho de información de 1 bit (señal binaria). En este caso no se considera el estado “Luz apagada, pero bombilla fundida”. Figura 6.14, Señales binarias.

Automatización con autómata programable

6-15

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Alejandro G. Castro

Contactos abiertos y cerrados Con anterioridad se dijo que el autómata consultaba el valor de sus entradas, es decir, si existe tensión (“1”) o no existe tensión (“0”). Sin tener en cuenta si el contacto asociado a la entrada era cerrado o abierto. Sin embargo, para la elaboración del programa si que deberíamos conocer las funciones técnicas del “contacto”:  Si en una entrada hay conectado un contacto abierto, se aplicará el estado de señal “1” en la entrada cuando se accione el contacto.  Por el contrario, si a la entrada nos encontramos con un contacto cerrado, se aplicará el estado de señal “0” en la entrada cuando se accione el contacto. El autómata no tiene posibilidad de determinar si en una entrada hay conectado un contacto cerrado o abierto. Solo puede consultar o reconocer los estados de señal “1” ó “0”. Nos es indiferente si un estado se ha alcanzado a través de un contacto abierto o cerrado. Lo único importante es la elección del tipo de contactos, sobretodo teniendo en cuenta las normativas de seguridad. Figura 6.15, Contactos y señales de entrada.

Por tanto, cualquier combinación de contactos tiene su equivalente lógica, es decir, tiene como resultado un “0 (corte de corriente)” ó un “1 (paso de corriente)”. Uno de los lenguajes de programación utilizados en los PLC es el lenguaje de contactos. Éste consiste en una translación literal de la simbología de un esquema de contactos al programa. Para ello se utilizan símbolos pertenecientes a la normalización americana. Este lenguaje de contactos se denomina en los autómatas de la marca Siemens como KOP. Los detalles sobre esta programación se mostrarán más adelante. Conceptos de bit, byte y palabra. La memoria de los autómatas se organiza en las siguientes unidades: -

Bit. Unidad del símbolo binario, solamente puede tomar los valores “0” y “1”. En ocasiones, el bit es insuficiente para definir determinados aspectos de una automatización. Debiendo recurrir a conjuntos formados por varios símbolos binarios (byte).

Byte. Conjunto de 8 símbolos binarios, es decir, el byte tiene una longitud de 8 bits, cada uno de lo cuales puede tomar cualquier valor entre 0 y 1.

Palabra. En un PLC los bits se asocian en grupos. Con se ha dicho, 8 bits se denominan byte. Y cada bit en dicho grupo está exactamente definido por una posición propia que tiene una dirección específica. Un byte tiene una dirección de byte y direcciones de bit 0...7. Un grupo de 2 bytes se denomina palabra.

6-16

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

En un PLC una palabra permite representar valores numéricos de -32768 a +32767. Se ha convenido que el bit con el peso 215 señaliza números negativos (si aparece un “1” en la posición 215, el número en cuestión es negativo). Direccionamiento Una vez entendida la diferencia entre “0” y “1” (concepto de bit) y la “estructura del byte”, debemos conocer como el autómata denomina a cada una de sus entradas y salidas. En primer lugar el autómata utiliza un operando distintivo:  I para denominar entradas (algunos lenguajes utilizan la E).  Q para denominar salidas (algunos lenguajes utilizan la A). Junto con el distintivo de entrada o salida aparece el parámetro 0.4, 1.2 ó 4.7. El parámetro consiste en una combinación: 0., 1. ó 4. → byte. // .4, .2 ó .7 → bit. La figura 6.17 resume la forma en la que se realiza el direccionamiento. Cada una de las áreas de memoria del autómata utiliza una letra característica para ser invocadas en el direccionamiento. Se muestran en la figura 6.16. Figura 6.16, Denominación de las diferentes áreas de memoria.

Memoria de datos Área de datos

Objetos

Memoria de variables (V) Imagen de proceso de las entradas (I) Imagen de proceso de las salidas (Q) Marcas internas (M) Marcas especiales (SM)

Temporizadores (T) Contadores (C) Entradas analógicas (AI) Salidas analógicas (AQ) Acumuladores (ACU) Contadores rápidos (HC)

Automatización con autómata programable

6-17

Configuraciรณn de instalaciones domรณticas y automรกticas

Alejandro G. Castro Figura 6.17, Direccionamiento

6-18

Automatizaciรณn con autรณmata programable

Alejandro G. Castro

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Conexión y cableado de entradas y salidas

En la figura 6.18 se muestra el frontal de la CPU 222, utilizada como referencia para los supuestos que plantearemos más adelante. Esta disposición de bornes en similar a todos los PLC's de la gama S7-22x. La diferencia principal entre ellos es la incorporación de más entradas y salidas. Figura 6.18, CPU 222

Se resume brevemente la función de cada uno de los elementos señalados en la figura 6.18. -

Leds de estado. Indican el estado de funcionamiento del autómata, en tres indicaciones :  STOP, Led de color naranja, la CPU está alimentada pero no ejecuta el programa.  RUN, Led de color verde, la CPU está alimentada y ejecutando el programa de usuario.  SF, Led de color rojo, la CPU está alimentada pero presenta algún tipo de error, no ejecuta programa de usuario.

Selector de modo. Fuerza el estado de funcionamiento de la CPU. En el modo TERM permite el control del estado de funcionamiento desde la programadora. Deberá estar normalmente en esta posición. Potenciómetro analógico. Permite al usuario, mediante un pequeño potenciómetro, dar al autómata una referencia analógica. Esto puede servir, por ejemplo, para regular una temperatura, la velocidad de giro de un motor, calibrar una determinada medida, etc. Conector para ampliación. Puerto en que mediante un cable de bus de tipo plano se van conectando entre sí los módulos que forman el sistema de automatización. Ver figura 6.11. Interface de programación. Puerto de comunicación RS-485 (bus industrial, ISO 8482) donde se conecta el cable PC/PPI para la programación del autómata. Permite también la conexión entre sí de varias CPU formando una pequeña red o de consolas de diálogo como la TD-200. Mediante módulos de ampliación se pueden ampliar las posibilidades de comunicación y de inserción en redes industriales: ASi, Profibus, Ethernet, etc.

Automatización con autómata programable

6-19

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Alejandro G. Castro

Bornes de alimentación. La gama de PLCs S7-200 se presenta con dos tipos de alimentación, AC o DC. En la figura 6.19 y la tabla 4 se resumen las principales características. Figura 6.19, Alimentación de la CPU.

Tabla 4, Alimentación eléctrica de la gama S7-200

6-20

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Bornes de conexión.  Bornes de entrada. Localizados en la parte inferior son el punto de conexión de los sensores, pulsadores y en general de cualquier dispositivo de entrada. La alimentación de los sensores se puede realizar desde la misma CPU. En la figura 6.21 se muestra el esquema de cableado de las entradas. Éstas han de conectarse por grupos con una masa común. Cada uno de los grupos de entradas puede recibir alimentación de fuentes diferentes. Los valores eléctricos se relatan en la tabla 5. Tabla 5, Valores eléctricos de las entradas del S7-200

 Salida para sensores. Los sensores conectados en las entradas se pueden alimentar desde la misma CPU. Los valores máximos de esta alimentación se resumen en la tabla 4.  Bornes de salida. Se sitúan en la parte superior. Los autómatas de la gama S7-200 están disponibles con dos tipos de salidas: a 24V DC y a relé. Cada uno de estos dos tipos de salida presenta sus ventajas. Así la principal característica de las salidas a 24V DC es la rapidez en la conmutación, de hasta 20 KHz. Mientras que la principal característica a favor de las salidas a relé es el poder de conmutación, pudiendo controlar cargas de hasta 30W en DC y 200W en AC (tabla 6). Como en todo dispositivo de accionamiento electromecánico habrá que tener en cuenta su vida útil en cuanto al número de maniobras. Figura 6.20, Salidas y vida útil de los relés.

Automatización con autómata programable

6-21

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Alejandro G. Castro

Tabla 6, Valores eléctricos de las salidas del S7-200

Figura 6.21, Cableado de entradas y salidas de una CPU 224

6-22

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Programación del S7-200

Para la programación de la familia de PLCs S7-200 se emplea el software denominado MicroWin. Habitualmente la programación se realiza a través de una programadora (PG en la denominación de Siemens) que no es más que un PC reforzado para su uso en ambiente industrial. El software MicroWin es compatible con las últimas versiones del sistema operativo Windows (XP SP3 y Vista, en el momento de escribir estas líneas). La instalación del software MicroWin no se va a tratar en esta unidad didáctica. Supondremos entonces que dicho software están ya instalado y en funcionamiento. Configuración de la comunicación con cable PC/PPI Vamos a configurar la comunicación entre la CPU S7-224 y el PC, utilizando para ello el cable PC/PPI. La configuración se realizará con un solo maestro y sin ningún otro equipo de hardware instalado (como p. ej. un módem o una unidad de programación). 1) CONECTAR CABLE PC/PPI Para establecer una conexión correcta entre los dos componentes, deberemos realizar los siguientes pasos: 1. Ajuste los interruptores DIP del cable PC/PPI a la velocidad de transferencia asistida por su PC. Seleccione también las opciones “11 bits” y “DCE”. 2. Conecte el extremo RS-232 (“PC”) del cable PC/PPI al puerto de comunicaciones de su PC (COM1 ó COM2). 3. Conecte el extremo RS-485 (“PPI”) del cable PC/PPI al puerto de comunicaciones de la CPU. 2) AJUSTAR EL INTERFACE 1. Hacer clic sobre el icono de comunicación en la barra de navegación. O en su lugar seleccionar la opción “Tipo” dentro del menú “CPU”. La CPU que debería aparecer es: CPU 224 Rel. 1.12 o en su casos el modelo que tengamos conectado. En caso contrario, comprobar los valores de configuración ajustados para la comunicación dentro de la ventana “Configurar la comunicación”. 2. Hacer doble clic en el campo destinado a actualizar la comunicación. Con ello, la CPU conectada debería reconocerse y registrarse automáticamente. 3. Si la CPU no es reconocida o aparece una información relativa a que no es posible establecer la comunicación, deberemos hacer doble clic en el campo Cable PPI. 4. En la opción Puerto PG/PC, seleccione Cable PC/PPI y presione el botón “Propiedades”. 5. En la carpeta PPI, ajuste:    

Dirección de CPU → 0. Timeout → 1 s. Velocidad de transferencia → 9'6 kbits/s. Dirección de estación más alta → 15.

6. En la carpeta Conexión Local, seleccionaremos el puerto (interface) en el que hayamos conectado el cable PC/PPI. Confirmaremos los cambios realizados en cada ventana pulsando Aceptar. Finalmente, volveremos a realizar doble clic en el campo destinado a Actualizar la comunicación. Con ello la CPU debería reconocerse y registrase automáticamente (esta operación puede durar algunos segundos), en caso contrario, repetiremos los pasos desde el punto 2 realizando las modificaciones oportunas hasta que reconozca la CPU. Cierre seguidamente la ventana, presionando el aspa de la parte superior derecha. Los pasos relatados con anterioridad se ilustran en la figura 6.22

Automatización con autómata programable

6-23

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Alejandro G. Castro

Figura 6.22, Configuración de la comunicación PC/PPI

6-24

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Step 7 MicroWin V3.1 A continuación pasaremos a explicar algunas de las opciones del software utilizado para “programar” el autómata. Como se observa en la figura 6.23, la pantalla se divide en 4 partes principalmente (además de los menús e iconos de acceso rápido):  Barra de navegación: nos permite acceder a las opciones más comunes de forma rápida.  Árbol de operaciones: en donde se sitúan todas las órdenes de programación aceptadas por el autómata.  Ventana de resultados: en la que se visualiza el estado de la compilación del programa, errores, etc.  Ventana de programación: situada a la parte derecha y dividida por Networks (líneas de programación). En este lugar elaboraremos el programa que ha de gobernar al PLC. Su aspecto varía según el lenguaje elegido (KOP, AWL ó FUP) y que podremos seleccionar a través de las teclas que llevan sus mismos nombres. Hay que señalar que el programa es capaz de traducir los programas entre estos lenguajes, es decir: si estamos programando en AWL y seleccionamos el lenguaje KOP, se realizará automáticamente una traducción del programa de AWL a KOP. Esta traducción tiene restricciones ya que existen algunas órdenes en AWL que no tienen traducción en KOP o en FUP. El lenguaje propio del autómata es el AWL, los otros dos son lenguajes gráficos que facilitan la programación. Figura 6.23, Área de trabajo del programa MicroWin.

Automatización con autómata programable

6-25

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Alejandro G. Castro

Introducción del programa Los primeros autómatas programables surgieron debido a la necesidad de sustituir los enormes cuadros de maniobra construidos con contactores y relés. Por lo tanto, la comunicación hombre-máquina debía ser similar a la utilizada hasta ese momento. El lenguaje utilizado, debería ser interpretado, con facilidad, por los mismos técnicos electricistas que anteriormente estaban en contacto con la instalación. Con el tiempo estos lenguajes evolucionaron de tal forma que los distintos fabricantes adoptaron formas de programación diferentes. Con el fin de subsanar este problema la dirección del IEC (estándar internacional) ha elaborado el estándar IEC 1131-3 para la programación de PLC's, con la idea de desarrollar el estándar adecuado para un gran abanico de aplicaciones. Los lenguajes gráficos y textuales definidos en el estándar son una fuerte base para entornos de programación potente en PLC's. Los lenguajes más significativos son:  Lenguaje de contactos (KOP): es el que más similitudes tiene con el utilizado por un electricista al elaborar cuadros de automatismos.  Lenguaje por lista de instrucciones (AWL): consiste en elaborar una lista de instrucciones.  Plano de funciones lógicas (FUP): resulta especialmente cómodo de utilizar cuando estamos habituados a trabajar con circuitos de puertas lógicas, ya que la simbología usada en ambos es equivalente.  GRAFCET: es el llamado Gráfico de Orden Etapa-Transición. Ha sido especialmente diseñado para resolver problemas de automatismos secuenciales. Las acciones son asociadas a las etapas y las condiciones a cumplir a las transiciones. Este lenguaje resulta enormemente sencillo de interpretar por operarios sin conocimientos de automatismos eléctricos. Sobre lo anteriormente expuesto es necesario realizar varias acotaciones referidas al autómata que vamos a programar:  Las denominaciones KOP, AWL y FUP son propias del fabricante Siemens, así otros fabricantes utilizan otras denominaciones.  Para los lenguajes KOP y FUP, disponemos de dos juegos de instrucciones (modos de programación): las denominadas “Simatic” y las pertenecientes al estándar IEC 1131-3. En esta unidad didáctica utilizaremos el lenguaje KOP con el juego de operaciones SIMATIC, por ser más completo que el estándar. Esto lo podemos configurar en: Herramientas / Opciones… (figura 6.24).  Utilizaremos la nemotécnica internacional, es decir, las entradas las direccionaremos con la letra “I” y las salidas por “Q”. En la nemotécnica SIMATIC se utiliza la E y la A para entradas y salidas respectivamente.  El entorno de programación MicroWin no permite la programación en GRAFCET. A partir de ahora todas las explicaciones versarán sobre el lenguaje KOP, por tratarse del lenguaje más intuitivo debido a su carácter eléctrico. Este lenguaje permite, para aplicaciones sencillas, la conversión casi directa de un esquema cableado en un programa del autómata. Figura 6.24, Opciones de configuración, general.

6-26

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Otro aspecto importante antes de programar es conocer los distintos tipos de bloques que se pueden programar:  Bloque de sistema: sin entrar en muchos detalles podemos decir que engloba una serie de opciones de configuración del autómata. Entre ellas podemos citar las siguientes: o o

o o o

Puertos de comunicación. Áreas remanentes de la memoria de datos. Permite definir una serie de áreas de la memoria de datos que se graban en la EEPROM almacenando el valor incluso ante un corte en la alimentación. Salidas activadas al arrancar el programa. Filtrado de entradas. Configuración de retardos en las entradas para evitar señales erróneas. Bits de captura de impulsos. Entradas que se utilizan que son capaces de captar señales binarias que varían a mayor velocidad que el ciclo de programa. Un ejemplo de aplicación puede ser la conexión de un encoder que da una serie de impulsos en cada vuelta del giro de un motor.

 Bloque de datos: sirve para almacenar constantes, bien para utilizarlas en la ejecución del programa o bien para comunicarse con otros dispositivos como la consola gráfica TD-200 Bloque de programa: donde se almacena el programa de usuario que se ejecuta al poner el autómata en modo RUN. Se subdivide a su vez en los siguientes bloques: o

Principal (OB1): Programa principal de usuario que se ejecuta de manera cíclica. En las aplicaciones sencillas es la única zona que se programa. Este bloque siempre se tiene que programar. Debemos tener cuidado a la hora de realizar un programa el tenerlo debidamente seleccionado. Subrutinas (SBR_X): Sirven para almacenar partes del programa que se han de ejecutar de manera repetitiva durante la ejecución de un ciclo de programa. Son ejecutadas desde el programa principal que transfiere el control del ciclo a estas al invocarlas. Interrupciones (INT_0): Líneas de código que se ejecutan en el momento que se detecta un flanco en las entradas asociadas con cada interrupción. Sirven para ejecutar funcionamientos de emergencia de manera instantánea e independiente del tiempo de ejecución del ciclo de programa.

En aplicaciones sencillas programaremos solo el bloque de programa Principal (OB1). Figura 6.25, Acceso a los bloques de programación

Automatización con autómata programable

6-27

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Alejandro G. Castro

El programa presenta varias maneras de introducir contactos, bobinas o cuadros:  Desde el Árbol de direcciones, abriendo las distintas carpetas existentes dentro de Operaciones.  O bien a través de los iconos que aparecen como marcados en el dibujo como: o o o

1 (contactos) → para insertar entradas. Podemos acceder también pulsando F4 en el teclado. 2 (bobinas) → para insertar salidas (pulsar F6). 3 (cuadros) → para insertar funciones ya programadas (contadores, temporizadores, etc.) (pulsar F9).

Una vez introducido el elemento seleccionado, deberemos darle nombre: para ello deberemos colocarnos en los interrogantes situados en la parte superior del elemento y teclear la estructura explicada con anterioridad para entradas y salidas (el resto de elementos serán explicados más adelante). Para realizar combinaciones (serie, paralelo, mixto...) de funciones/elementos deberemos utilizar “las líneas”, que permiten realizar ramificaciones a partir de una única línea. En los iconos del entorno de trabajo también podemos acceder a funciones útiles como “insertar segmento” o “eliminar segmento”. Figura 6.26, Introducción de funciones en MicroWin

Una vez insertado cualquier bloque, al pulsar F1 estando éste seleccionado accedemos a la ayuda donde nos detalla los operandos, función y demás aspectos del módulo seleccionado. A la hora de documentar el programa es bastante útil documentarlo introduciendo comentarios en los diferentes segmentos. Basta con hacer un ‘clic’ sobre el segmento a comentar. El comentario aparece coloreado en verde. Direccionamiento simbólico Hasta ahora hemos editado el programa del PLC utilizando operandos en el “idioma del PLC” (I 0.0, Q 0.0, etc.). Sin embargo, con un programa muy largo, este tipo de operandos dificulta su lectura y comprensión. Sería muy útil poder trabajar con las denominaciones de los interruptores o con un texto explícito, es decir, en lugar de I 0.0 utilizar “pulsador de marcha”. Para ello, hemos de recurrir al direccionamiento simbólico, al cual podemos acceder a través de la Barra de navegación o bien recurriendo a las opciones del menú Ver, seleccionando en ambos casos la opción Tabla de símbolos (figura 6.26).

6-28

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Con ello obtendremos una ventana para editar la tabla de símbolos:  Bajo “nombre” introduciremos lo que luego se visualizará como texto explícito.  Bajo “direcciones” se introducen los operandos que deben ser sustituidos por los nombres simbólicos.  Bajo “comentario” podemos introducir un texto explicativo. Para que tenga efecto, no deberemos olvidar guardar el trabajo realizado. La visualización de los símbolos en el programa se puede activar y desactivar en la opción Ver/Direccionamiento simbólico (figura 6.27). Figura 6.27, Direccionamiento simbólico.

Compilar y volcar el programa A continuación explicaremos la secuencia a seguir para una correcta transmisión y ejecución del programa diseñado, en el autómata: 1. En primer lugar compilaremos el programa, con la finalidad de depurar posibles “errores ortográficos”. El resultado de la compilación aparecerá en la Ventana de resultados Si existe algún error deberemos subsanarlo, en caso contrario nos mostrará un mensaje como el de la figura 6.28-1. 2. Llegados a este punto debemos transferir el programa elaborado al autómata, para ello seleccionaremos el icono Cargar en CPU. La opción Cargar en PG realiza el proceso contrario, es decir, carga el programa que tiene el autómata en memoria al MicroWin. 3. Por fin podemos ejecutar el programa, mediante la opción RUN, y observar su funcionamiento real a través del PLC. Debemos recordar que el autómata debe tener su selector en posición TERM. Cuando queramos detener la ejecución, será suficiente con presionar el icono STOP. 4. Existe la posibilidad de visualizar el desarrollo del programa a través del MicroWin y de este modo poder depurar y perfeccionar el código elaborado). Esto es posible mediante la opción Estado del programa, de este modo cuando se active un contacto su interior aparecerá de color azul. Debemos tener cuidado con esta opción, pues cuando se encuentra activada no permite realizar ninguna modificación al programa. Para poder ejecutar el programa debemos tener conectado el PLC. El software MicroWin no tiene ninguna opción de simulación. Se necesita tener conectado el autómata para comprobar el correcto funcionamiento del programa. Una opción disponible, para poder comprobar programas sencillos sin necesidad del autómata, es utilizar algún simulador.

Automatización con autómata programable

6-29

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Alejandro G. Castro

Figura 6.28, Compilar y ejecutar el programa.

Cualquier modificación realiza al programa, para que surja efecto, deberá ser transferida de nuevo al autómata

Ciclo de programa

El S7-200 ejecuta cíclicamente la lógica de control del programa, leyendo y escribiendo datos. El funcionamiento básico del S7-200 es muy sencillo:  El S7-200 lee el estado de las entradas.  El programa almacenado en el S7-200 utiliza las entradas para evaluar la lógica. Durante la ejecución del programa, el S7-200 actualiza los datos.  El S7-200 escribe los datos en las salidas.

6-30

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

La figura 6.29-A muestra cómo se procesa un esquema de circuitos simple en el S7-200. En este ejemplo, el estado del interruptor para arrancar el motor se combina con los estados de otras entradas. El resultado obtenido establece entonces el estado de la salida que corresponde al actuador que arranca el motor. El S7-200 ejecuta una serie de tareas de forma repetitiva. Esta ejecución se denomina ciclo de programa. Como muestra la figura 6.29-B, el S7-200 ejecuta la mayoría de las tareas siguientes (o todas ellas) durante un ciclo:  Leer las entradas: el S7-200 copia el estado de las entradas físicas en la imagen del proceso de las entradas (PAE). La PAE sólo se actualiza al comienzo del ciclo de programa, de tal manera que estos valores se mantienen durante todo el ciclo de programa, aunque varíe la entrada física del autómata. Existen, de todas maneras, instrucciones que permiten consultar directamente la entrada física.  Ejecutar la lógica de control en el programa: el S7-200 ejecuta las operaciones del programa y guarda los valores en las diversas áreas de memoria. Los valores que para las salidas se van obteniendo como resultado de las combinaciones del programa se van guardando en la imagen de proceso de las salidas (PAA). La PAA, por tanto, se actualiza a medida que se ejecuta el programa.  Procesar las peticiones de comunicación. El S7-200 ejecuta las tareas necesarias para la comunicación.  Efectuar el autodiagnóstico de la CPU: el S7-200 verifica si el firmware, la memoria del programa y los módulos de ampliación están trabajando correctamente.  Escribir en las salidas: los valores almacenados en la imagen del proceso de las salidas se escriben en las salidas físicas. Figura 6.29, Ciclo de programa.

Simulador S7-200

Como ya hemos dicho el software MicroWin no permite la simulación de los programas, necesitando siempre la conexión física del autómata. Está disponible, de manera gratuita, un simulador para el S7-200 del mismo nombre, en la dirección de Internet siguiente: http://personales.ya.com/canalPLC/ El autor facilita, de manera gratuita, para fines formativos la contraseña para poder utilizar el programa. Se trata de un simulador completamente operativo que permite emular la mayor parte de las instrucciones del S7-200, y sin duda es de agradecer, que su autor nos brinde la oportunidad de usar este maravilloso programa. Junto con este programa se encuentran otros muy interesantes para la simulación de automatismos. El programa es un ejecutable que no necesita instalación. Una vez descargado lo ejecutamos y procedemos como sigue: Automatización con autómata programable

6-31

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Alejandro G. Castro

1. Al ejecutar el programa nos pedirá la contraseña, la introducimos, y ya tenemos disponibles todas las funciones del programa (figura 6.30-1 ). 2. Antes de cargar ningún programa, deberemos configurar correctamente el tipo, por ejemplo una CPU 224. Para ello deberemos ir a Configuración /Tipo de CPU. Visualizaremos una ventana como la mostrada en la figura 6.30-2. 3. Para poder abrir el programa creado con MicroWin con el simulador debemos de haberlo guardado previamente de la siguiente forma:  En MicroWin: Archivo / Exportar… . Nos guardará un archivo de texto con extensión *.awl, que deberemos abrir con el simulador. 4. Ahora ya podemos cargar el programa que queremos simular. Para ello en el simulador seleccionamos :  Programa / Cargar Programa .Debemos tener en cuenta la versión del MicroWin utilizada para el diseño del programa. El programa nos muestra una ventana como la mostrada en la figura 6.30-3. Figura 6.30, Simulador S7-200

6-32

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

5. Una vez seleccionado y abierto el programa a simular, aparecerá un mensaje de error (figura 6.304). Pero, que no hay problema porque se ha cargado correctamente. 6. Ya solo queda situar el autómata simulado en modo RUN, y accionar los interruptores conectados a sus entradas (figura 6.30-5)

Operaciones lógicas con bits

Este es el primer grupo de operaciones, principalmente manejan operandos de tipo binario, es decir, variables en formato bit. Nos referiremos a partir de aquí, casi en exclusiva al editor KOP, o lenguaje de contactos. El S7-200 presenta un juego de operaciones más amplio que el mostrado a continuación, pero con las operaciones que vamos a describir podemos abordar la resolución de los primeros problemas. El lenguaje KOP me representa un esquema de contactos con simbología NEMA (norma americana) de tal manera que la representación de las ramas se realiza en horizontal, situándose las bobinas a la derecha del esquema. La circulación de corriente se interpreta por tanto de izquierda a derecha. Los contactos en el programa dejaran pasar corriente o no en función de que la variable binaria asociada esté activada o no lo esté. CONTACTOS ESTÁNDAR Estas operaciones leen el valor direccionado de la memoria o de la imagen del proceso si el tipo de datos es I o Q. En la figura 6.31 se señalan los operandos que admiten. Su forma de proceder es:  El contacto normalmente abierto se cierra (ON) si el bit es igual a 1.  El contacto normalmente cerrado se cierra (ON) si el bit es igual a 0. Para combinaciones AND y OR se pueden utilizar siete entradas como máximo. ASIGNAR , BOBINA DE SALIDA Cuando se ejecuta la operación asignar, el bit de salida se activa en la imagen del proceso. El bit indicado se ajusta de forma equivalente a la circulación de la corriente. Figura 6.31, Contactos estándar y bobina de salida.

Automatización con autómata programable

6-33

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Alejandro G. Castro

DETECTOR DE FLANCO POSITIVO Y NEGATIVO Es útil en muchas aplicaciones dar una orden sólo en el instante en el que una señal varía. Estas variaciones de las señales binarias las denominamos flancos. Su funcionamiento es el siguiente:  El contacto detectar flanco positivo permite que la corriente circule durante un ciclo cada vez que se produce un cambio de 0 a 1 (de “off” a “on”). La transición de un contacto (entrada, salida...) de “abierto” a “cerrado” o de “falso” a “verdadero” se designa como flanco creciente o positivo.  El contacto detectar flanco negativo permite que la corriente circule durante un ciclo cada vez que se produce un cambio de señal de 1 a 0 (de ”on” a ”off”). La transición de “cerrado” a “abierto” o de “verdadero” a “falso” se designa como flanco decreciente o negativo. Se colocan después de un contacto estándar, realizando su función sobre este (solamente sobre el que le antecede). A su izquierda deben tener un solo contacto para que funcione el programa correctamente. Figura 6.32, Detección de flanco.

PONER A “1” (SET) , PONER A “0” (RESET) N BITS Cuando se ejecutan las operaciones poner a 1 y poner a 0, se activa (se pone a 1) o se desactiva (se pone a 0) el número indicado de salidas (N) a partir del valor indicado por el bit o por el parámetro OUT.

6-34

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

El margen de entradas y/o salidas que se pueden activar o desactivar está comprendido entre 1 y 255. Con la operación poner a 0, si el bit indicado es un bit T (bit de temporización) o un bit C (bit de contaje), se desactivará el bit de temporización/contaje y se borrará el valor actual del temporizador/contador. Estas bobinas permiten realizar la misma función que con una báscula RS de tecnología electrónica, o un relé autoenclavado en tecnología eléctrica cableada. Figura 6.33, Poner a “1”, Poner a “0” n bits.

Consideraciones:  Se utilizan con frecuencia para mantener permanentemente activadas o desactivadas entradas, salidas o marcas cuando se active brevemente (por impulso) o un contacto antepuesto.  Una salida o marca “puesta a 1” permanece en ese estado hasta que sea borrada por la instrucción - ( R ).  Si en la bobina de poner a 1 y en su bobina asociada de poner a 0 de una salida se aplica la señal “1”, tiene prioridad la operación que está después en el programa.  No aguantan el paso de Run a Stop y viceversa, es decir, no permanecen grabadas, salvo que actuemos sobre áreas de memoria que definamos como remanentes en el bloque de sistema. OTRAS OPERACIONES CON CONTACTOS Figura 6.34, Poner a “1”, Otras operaciones con contactos.

NOT La operación NOT cambia el estado de la entrada de circulación de corriente (es decir, modifica el valor del nivel superior de la pila de “0” a “1”, o bien de “1” a “0”).

CONTACTOS DIRECTOS Los contactos directos no dependen del ciclo del S7-200 para actualizarse, sino que se actualizan inmediatamente. Las operaciones del Contacto abierto directo y del Contacto cerrado directo leen el valor de la entrada física cuando se ejecuta la operación, pero la imagen del proceso no se actualiza. El Contacto abierto directo se cierra (ON) si la entrada física (bit) es 1, en tanto que el Contacto cerrado directo se cierra (ON) si la entrada física (bit) es 0.

Automatización con autómata programable

6-35

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Alejandro G. Castro

Figura 6.35, Ejemplo de operaciones con contactos.

10.

Marcas y Marcas especiales

Además de utilizar entradas y salidas es muy útil utilizar una memoria intermedia para almacenar los resultados que se van obteniendo en el programa, y que no es necesario traducir en la activación de una salida. Vamos a añadir un nuevo término llamado Marca, cuyo identificador de operando es: M. La utilización de las marcas es similar a los relés auxiliares en un esquema eléctrico cableado. Al igual que las entradas y salidas, junto con el identificador de operando necesita de un parámetro. Éste tiene exactamente la misma estructura que las entradas y salidas:

6-36

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Consideraciones:  Las marcas se utilizan como la memoria de una calculadora de bolsillo, para guardar resultados intermedios.  Las marcas se utilizan cuando el resultado intermedio de un segmento debe procesarse en otros segmentos o para guardar estados sucesivos evaluados.  En PLC's, las marcas se utilizan como salidas; su efecto es similar a los relés o contactores auxiliares utilizados en la técnica convencional. Una marca puede utilizarse todas las veces que se desee como contacto NA o NC.  Si se corta la alimentación se pierde el estado de la marca. Para evitar esto existe la función de “remanencia” (Set). El PLC dispone de otro área de memoria denominado marcas especiales. Las marcas especiales (SM) ofrecen una serie de funciones de estado y control. Sirven para intercambiar informaciones entre la CPU y el programa, pudiéndose utilizar en formato de bits, bytes, palabras o palabras dobles. A continuación se presentan algunas marcas especiales que pueden resultar de utilidad en algunas aplicaciones: Tabla 7, Marcas especiales

Automatización con autómata programable

6-37

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

11.

Alejandro G. Castro

Relé autoenclavado

Uno de los montajes principales en automatismos eléctricos es el del relé autoalimentado (figura 6.36-1). En dicho esquema se trata de activar y desactivar un relé mediante dos pulsadores: MARCHA (S1) Y PARO (S2). Siempre que se realiza un control a través de pulsaciones necesitamos algún elemento que memorice la pulsación. Esto se consigue mediante un contacto auxiliar del relé conectado en paralelo con el pulsador de paro. Esto permite que una vez haya soltado el pulsador el relé se alimente a si mismo cerrando el circuito con su contacto auxiliar. Figura 6.36, Resolución del relé autoenclavado.

6-38

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Traduciendo el esquema cableado Una primera solución consiste en traducir literalmente este esquema cableado al lenguaje de contactos (KOP) del PLC (figura 6.36-2). Este método es válido siempre y cuando utilicemos contactos NA en las entradas del autómata. ¿Cuál es la razón de esto?: debemos fijarnos que un contacto NC ya lleva implícita una función lógica, la función NOT o negación, ya que deja pasar corriente cuando no se pulsa y en cambio, desconecta el circuito o interrumpe la corriente cuando se pulsa. Si nosotros trasladamos esta lógica al programa no debemos añadirla además en el cableado de la entrada. Otra manera de analizarlo es realizándonos las siguientes preguntas: -

¿Qué valor leerá el autómata en su entrada I0.1 cuando presione S2?  La respuesta para el programa de la figura 6.36-2 es “1”

¿Cómo está el contacto NC del programa cuando I0.1=”1”?  Se abre impidiendo el paso de corriente hacia su derecha, y desconectando Q0.0

Por lo tanto: “Cuando pulso S2 se desactiva Q0.0” Podemos resolver también el problema utilizando un contacto NC para el S2 ,en la entrada I0.1. Para ello deberemos cambiar el tipo de contacto en el programa, utilizando un contacto NA en lugar del NC utilizado en la primera solución. El programa (3) de las figura 6.36 muestra esta solución. En la figura 6.36 se muestra el estado del programa con el pulsador S2 en reposo y pulsado para las dos soluciones comentadas. Figura 6.37, Contactos NA y contactos NC.

Automatización con autómata programable

6-39

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Alejandro G. Castro

Utilizando bobinas de SET y RESET Las bobinas de SET y RESET (poner a “1” y a “0”) permiten solucionar el problema de una manera más sencilla. En la figura 6.36-4 se ha solucionado el problema de esta manera. Cuando utilizamos estas bobinas debemos tener en cuenta lo siguiente: -

No es conveniente utilizar más de una bobina de SET o RESET sobre la misma salida o posición de memoria en diferentes partes del programa, ya que puede volver los programas poco claros. Al utilizar un SET y un RESET sobre la misma salida o posición de memoria tendré en cuenta que en el caso de dar simultáneamente paso de corriente a estas dos bobinas, siempre prevalecerá la que esté situada en último lugar en el orden de ejecución del programa. Esto es debido a que la ejecución del programa es cíclica y la modificación de las salidas físicas del PLC se realiza al final del ciclo del programa.

Por ello la solución de la figura 6.36-6 no se corresponde con el enunciado del problema sino con el esquema de la figura 6.36-7. Es decir con un funcionamiento en el que la marcha es prioritaria. Es la consecuencia de situar la bobina de SET a continuación de la de RESET.

12.

El telerruptor

En los automatismos de todo tipo se presenta con frecuencia el problema de señales que se utilizan para dar órdenes diferentes dependiendo del estado de la máquina o instalación, o bien, señales que deben de ser anuladas y solo actuar en le momento de su activación. En estos casos debemos utilizar lo que denominaremos: Control por flanco. En la figura 6.38 se muestra el enunciado que queremos resolver, de manera resumida se trata de conseguir el encendido y apagado de un punto de luz con pulsaciones sucesivas en un pulsador. El pulsador por tanto tiene que dar dos órdenes que son contrarias: encender y apagar. De ahí que necesitemos distinguir muy bien el momento en el que damos la orden de conmutación. En la figura 6.38-2 mostramos el cronograma del funcionamiento deseado. Las conmutaciones de la salida Q0.5 se producen con el flanco de subida de la entrada I0.0. Esto se consigue utilizando el Detector de flanco positivo expuesto en la página 6-34, con el que conseguimos que la señal de la entrada solo tenga efecto durante un ciclo de programa del autómata (figura 6.39). Figura 6.38, Enunciado y cronograma del telerruptor

6-40

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas Figura 6.39, Detección de flanco positivo

Otro aspecto interesante del problema del telerruptor es la necesidad de utilizar las marcas del autómata. La solución al problema se muestra en la figura 6.40. Figura 6.40, Solución del telerruptor

En este problema estamos obligados a utilizar las marcas por el hecho de que la imagen de proceso de las salidas se actualiza en el mismo momento que hacemos una asignación. Si deseamos consultar el estado de una de las salidas al comienzo del ciclo de programa, necesito trabajar sobre una memoria intermedia (una marca) para no alterar su valor. En este problema necesito consultar como está la salida ya que: si está activada, tengo que desactivarla, y, si está activada la tengo que activar. Otra manera de razonar esto mismo sería hacerse la siguiente pregunta: ¿Cómo funciona el programa de la figura 6.40 si prescindo de las marcas? Figura 6.41, Necesidad de las marcas

Si tenemos un flanco + y Q0.5=“0”, en el momento que ejecutamos la 1ª asignamos Q0.5=”1”. Ahora Q0.5=”1”, por lo tanto, la combinación de esta segunda línea es también cierta, desconectando Q0.5  Q0.5=”0”.

La respuesta la podemos comprender en la figura 6.41: La salida nunca llega a activarse, siempre está apagada. Automatización con autómata programable

6-41

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

13.

Alejandro G. Castro

Ejercicio 1: Operaciones lógicas con bits

Se propone al alumno la realización y simulación de los esquemas mostrados en la siguiente figura: Figura 6.42, Ejercicio 1, Operaciones lógicas con bits.

6-42

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

14.

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Ejercicio 2: Operaciones lógicas con bits

Se desea sustituir el circuito de mando de un arrancador-inversor directo de un motor trifásico, por un PLC SIMATIC S7 – 200 (CPU – 224). El circuito de fuerza y el de mando del arrancador original se corresponden con las figuras 6.43 y 6.44, respectivamente. Figura 6.43, Ejercicio 2, Esquema de potencia.

Se desea añadir además las siguientes señalizaciones: - Piloto rojo (H1), señalización de paro - Piloto verde (H2), parpadeo 1Hz, señalización de marcha a derecha (KM1). - Piloto verde (H3), parpadeo 1 Hz, señalización de marcha a izquierda (KM2). - Luz roja (H4), parpadeo 1 Hz, señalización de disparo del térmico. Figura 6.44, Ejercicio 2, Esquema de cableado para inversión.

En la programación se utilizará la siguiente asignación de entradas y salidas , así como direccionamiento simbólico. Nombre PARO Marcha_der Marcha_izq Termico Giro_der Giro_izq Se_paro Se_der Se_izq Se_term

Dirección I 0.0 I 0.1 I 0.2 I 0.3 Q 0.1 Q 0.2 Q 0.3 Q 0.4 Q 0.5 Q 0.6

Comentario Pulsador de paro, contacto NC (S1) Pulsador de marcha a derecha , contacto NA (S2) Pulsador de marcha a izquierda, contacto NA (S3) Contacto NA del térmico F1. Contactor KM1, giro a derecha. Contactor KM2, giro a izquierda. Señalización de paro , H1. Señalización de marcha a derecha, H2. Señalización de marcha a izquierda, H3. Señalización de disparo del térmico, H4.

Realiza el programa y el esquema de cableado. Ampliación del enunciado Volver a resolver el problema pero de manera que no sea necesario pasar por paro para invertir el sentido de giro del motor. Automatización con autómata programable

6-43

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Alejandro G. Castro

Solución- Ejercicio 2 Las operaciones utilizadas para resolver el programa son las operaciones lógicas con bits. Se ha utilizado la marca especial SM 0.5: este BIT ofrece un reloj que está activado durante 0,5 segundos, y desactivado otros 0,5 segundos, siendo el tiempo de ciclo de 1 segundo. KOP

AWL NETWORK 1 LDN Termico AN Marcha_izq A Marcha_der AN Giro_izq S Giro_der, 1 R Giro_izq, 1

NETWORK 2 LDN Termico AN Marcha_der A Marcha_izq AN Giro_der S Giro_izq, 1 R Giro_der, 1

NETWORK 3 LDN PARO O Termico R Giro_der, 2

NETWORK 4 LDN Giro_der AN Giro_izq = Se_paro

NETWORK 5 LD SM0.5 LPS A Giro_der = Se_der LPP A Giro_izq = Se_izq NETWORK 6 LD SM0.5 A Termico = Se_term

6-44

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

El cableado del PLC se realizará teniendo en cuenta que los circuitos de seguridad se deben cablear externamente y actuando directamente sobre los contactores.

KM2

KM1 KM2

KM1

SIEMENS

Figura 6.45, Ejercicio 2, Esquema de cableado

Se propone al lector que resuelva la ampliación del enunciado.

Automatización con autómata programable

6-45

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

15.

Alejandro G. Castro

Temporizadores

Figura 6.46, Temporizadores

Las operaciones Temporizador de retardo a la conexión y Temporizador de retardo a la conexión memorizado cuentan el tiempo al estar activada (ON) la entrada de habilitación. Si el valor actual (Txxx) es mayor o igual al valor de preselección (PT), se activa el BIT de temporización (BIT T). Cuando la entrada de habilitación (IN) está desconectada (OFF), el valor actual se borra en el caso del temporizador de retardo a la conexión. En cambio, se conserva en el temporizador de retardo a la conexión memorizado. Éste último sirve para acumular varios períodos de tiempo de la entrada en ON. Para borrar el valor actual del temporizador de retardo a la conexión memorizado se utiliza la operación Poner a 0 (R). Tanto el temporizador de retardo a la conexión como el temporizador de retardo a la conexión memorizado continúan contando tras haberse alcanzado el valor de preselección y paran de contar al alcanzar el valor máximo de 32767. Tabla 8, Operandos de los temporizadores.

El Temporizador de retardo a la desconexión se utiliza para retardar la puesta a 0 (OFF) de una salida durante un período determinado tras haberse desactivado (OFF) una entrada. Cuando la entrada de habilitación se activa (ON), el BIT de temporización se activa (ON) inmediatamente y el valor actual se pone a 0. Cuando la entrada se desactiva (OFF), el temporizador cuenta hasta que el tiempo transcurrido alcance el valor de preselección. Una vez alcanzado éste, el BIT de temporización se desactiva (OFF) y el valor actual detiene el contaje. Si la entrada está desactivada (OFF) durante un tiempo inferior al valor de preselección, el BIT de temporización permanece activado (ON). Para que la operación TOF comience a contar se debe producir un cambio de ON a OFF. Figura 6.47, Ejemplo de temporizador con retardo a la conexión, TON

6-46

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas Figura 6.48, Ejemplo de temporizador con retardo a la conexión memorizado, TONR

Figura 6.49, Ejemplo de temporizador con retardo a la desconexión, TOF

Los temporizadores utilizan posiciones de memoria de 16 bits. En una de ellas se almacena el valor binario de activación o desactivación del temporizador, es decir, el bit que me indica si se ha alcanzado el valor de contaje. En los otros 15 bits se almacena el valor de tiempo contado. Así: 2  32768 valores diferentes. Esto quiere decir que el valor de contaje de un temporizador puede estar comprendido entre 0 y 32767. El valor que consulto de un determinado temporizador depende la operación que utilice: si utilizo una operación que tiene por operando un BIT accedo a el valor de activación o desactivación, en cambio si empleamos una operación que utilice como operando un entero (INT) accedo al valor de contaje. 15

Pero después de dicho esto, ¿a qué valor de tiempo corresponde este valor? El valor de tiempo depende de la posición de memoria escogida para el temporizador. Es lo que conocemos como resolución: El valor de contaje de los temporizadores se actualiza a intervalos regulares, que dependen de la posición de memoria de temporizadores escogida. Se dispone de temporizadores con las siguientes resoluciones:

Automatización con autómata programable

6-47

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Alejandro G. Castro

Tabla 9, Resoluciones de los temporizadores.

De esta manera el valor de tiempo a contar se determina multiplicando el valor del parámetro PT por la resolución del temporizador escogido. Ejemplos: Figura 6.50, Ejemplos de valores de temporización.

16.

Ejercicio 3: Flancos y temporizadores.

Se desea controlar la motorización de persianas de una vivienda domótica con un PLC Simatic S7-200. Realizar la programación necesaria para controlar una de las persianas, en las condiciones que se señalan a continuación. En la programación se utilizará la siguiente asignación de entradas y salidas, así como direccionamiento simbólico. Nombre Pulsa_subir Pulsa_bajar Auto Sensor Subir Bajar Se_auto

Dirección I 0.0 I 0.1 I 0.2 I 0.3 Q 0.0 Q 0.1 Q 0.2

Comentario Pulsador de subida de la persiana, contacto NA Pulsador de bajada de la persiana, contacto NA Interruptor de modo automático, contacto NA Sensor crepuscular, valor alto de tensión cuando detecta suficiente luminosidad Activación de la subida de la persiana Activación de la bajada de la persiana Señalización del modo automático

Las condiciones de funcionamiento son las siguientes: 1. Modo manual (I0.2 desactivada) -

La pulsación en el pulsador de subida (I 0.0) activará la subida de la persiana (Q 0.0.) durante 20 segundos. La pulsación en el pulsador de bajada (I 0.1) activará la bajada de la persiana (Q 0.1.) durante 20 segundos. La pulsación de cualquiera de los dos pulsadores durante la maniobra manual de la persiana detiene ésta. Durante el funcionamiento en modo manual la señalización de modo automático (I 0.2) permanece apagada. Figura 6.51, Ejercicio 3, Cronograma del funcionamiento manual.

6-48

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

2. Modo automático (I 0.2 activada) -

La ausencia de luz durante más de dos minutos provoca la activación de la bajada de la persiana. La detección de luz durante más de dos minutos provoca la activación de la subida de la persiana. El paso de modo manual a automático restablece el estado de la persiana, con los retardos correspondientes. Figura 6.52, Ejercicio 3, Cronograma del funcionamiento automático.

A. B. C.

Realiza como primer ejercicio el funcionamiento manual exclusivamente. Programa como segundo ejercicio sólo el funcionamiento automático. Resolver el problema contemplando en el mismo programa el funcionamiento automático y el funcionamiento manual.

SOLUCIÓN (apto. A) – Funcionamiento manual Para la solución de este primer apartado podemos utilizar dos temporizadores con retardo a la conexión : Figura 6.53, Ejercicio 3, solución apartado A

Automatización con autómata programable

6-49

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Alejandro G. Castro

En esta solución hemos estructurado el programa separando en segmentos diferentes las condiciones de activación y desactivación de la subida y bajada de la persiana. También se puede estructurar a partir del evento que provoca las acciones: los flancos positivos en las dos entradas: Figura 6.54, Ejercicio 3, solución apartado A, otra forma.

Se propone al lector la resolución de los apartados B y C.

17.

Ejercicio 4: Flancos y temporizadores.

Se desea controlar el portón de una finca con un PLC Simatic S7-200. Realizar la programación necesaria para controlarlo según, las condiciones de funcionamiento que se señalan a continuación. En la programación se utilizará la siguiente asignación de entradas y salidas, así como direccionamiento simbólico. Nombre Llave FDC_1 FDC_2 Celula Cerrar Abrir Se_mov

Dirección I 0.0 I 0.1 I 0.2 I 0.3 Q 0.0 Q 0.1 Q 0.2

Comentario Pulsador de apertura de la puerta, accionamiento por llave, contacto NA Final de carrera de portón cerrado , contacto NC Final de carrera de portón abierto, contacto NC Célula fotoeléctrica, valor 0 si interceptamos el haz. Activación de la apertura del portón. Activación del cierre del portón. Señalización de movimiento del portón

Las condiciones de funcionamiento son las siguientes: I. II.

6-50

La apertura de la puerta se realiza girando la llave ( pulsación en I0.0) La puerta se abre hasta que llega al FDC 2 ( I0.2) , momento en el que se para . Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

III. IV. V. VI.

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Al cabo de 15 segundos desde la apertura, la puerta se cierra si no detecta presencia (I0.3 = 1). Durante el cierre de la puerta, si la célula detecta presencia ( I0.3 = 0 ), la puerta se para e inicia el movimiento de apertura. En cualquier momento puedo interrumpir el ciclo de maniobra accionando la llave. Una nueva pulsación reanuda el ciclo con la apertura de la puerta. El ciclo de funcionamiento de la puerta se señaliza con una señal luminosa , con un parpadeo de frecuencia 1 Hz. Figura 6.55, Ejercicio 4, portón de finca.

APERTURA CIERRE

Puerta cerrada FDC 1

FDC 2

Puerta abierta FDC 1

FDC 2

Solución La solución al problema la podemos plantear en términos de básculas RS. Deberemos de pensar en condiciones de activación y desactivación de los movimientos de apertura y cierre. Según esto y después de una lectura detallada del enunciado podemos resumir estas condiciones en las siguientes: ACTIVACIÓN DE LA APERTURA Pulsación en la llave con la puerta parada. Será necesario especificar la condición de que la puerta está parada puesto que si la puerta está en movimiento la acción que realiza la pulsación es detener la puerta. Además la doble función de la llave nos obliga a la utilización del control por flanco. (O) Detección de presencia en la célula cuando la puerta se está cerrando. Se hará necesario el control por flanco y especificar la condición de movimiento de cierre de la puerta. DESACTIVACIÓN DE LA APERTURA Final de carrera de abierto. (O) Pulsación de la llave cuando la puerta se está abriendo. Necesario realizar control por flanco debido a la doble función de la pulsación de la llave. ACTIVACIÓN DEL CIERRE Temporización de 15 segundos desde final de la apertura. Automatización con autómata programable

6-51

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Alejandro G. Castro

DESACTIVACIÓN DEL CIERRE Final de carrera de cerrado. (O) Pulsación de la llave cuando la puerta se está cerrando. Necesario realizar control por flanco debido a la doble función de la pulsación de la llave. (O) Detección de presencia en la célula. En este caso no se realiza el control por flanco, sino por nivel. Interesa que la detección de presencia en la célula inhiba totalmente el movimiento de cierre de la puerta. A continuación se propone una posible solución al problema reflejando en lenguaje de contactos (KOP) estas condiciones lógicas de activación y desactivación de los movimientos de cierre y apertura.

6-52

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

18.

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Ejercicio 5: Temporizadores

Se desea realizar el mando del arranque estrella-triángulo de un motor trifásico de inducción con un PLC Simatic S7-200. Realizar la programación necesaria para controlarlo según, las condiciones de funcionamiento que se señalan a continuación. En la programación se utilizará la siguiente asignación de entradas y salidas, así como direccionamiento simbólico. Nombre PARO MARCHA Termico Se_paro KM1 KM2 KM3 Se_marcha Se_termico

Dirección I 0.0 I 0.1 I 0.2 Q 0.0 Q 0.1 Q 0.2 Q 0.3 Q 0.4 Q 0.5

Comentario S1, pulsador de paro, contacto NA S2, pulsador de marcha, contacto NA Contacto NA del térmico F1. Piloto luminoso de color rojo H1, señalización de paro. Contactor de funcionamiento en estrella, KM1. Contactor de línea, KM2. Contactor de funcionamiento en triángulo, KM3. Piloto luminoso de color verde H2, señalización de marcha Piloto luminoso de color naranja H3, señalización de disparo del térmico.

Figura 6.56, Ejercicio 5, Esquema de fuerza y mando cableado de un arranque estrella-triángulo.

El circuito de fuerza que desamos controlar se corresponde con el esquema de la izquierda de la figura 6.56 (circuito de potencia). El funcionamiento que deseamos conseguir para el mando de este circuito con el PLC es el mismo que el circuito de control con lógica cableada de la (figura 6.65). De este circuito de mando conviene resaltar las siguientes características: - Condenación eléctrica entre KM1 y KM3. Se utiliza un bloque con contactos temporizados en KM2, uno de ellos está dotado de un contacto decalado (KM2:67-68) de unos 40 ms, para evitar un posible cortocircuito en el momento de la conmutación en estrella-triángulo. Se propone al lector la solución de este supuesto.

Automatización con autómata programable

6-53

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

19.

Alejandro G. Castro

Operaciones de comparación

Los contactos de comparación dan paso de corriente si la condición de comparación es verdadera. Disponemos de dos tipos de operaciones, comparar byte y comparar entero, en función de los operandos que comparamos.  La operación comparar byte se utiliza para comparar dos valores: B1 e B2. Las comparaciones incluyen: B1= B2, B1 >= B2, B1 <= B2, B1 > B2, B1 < B2, B1 <> B2. Las comparaciones de bytes no llevan signo. El contacto se activa si la comparación es verdadera.  La operación comparar entero se utiliza para comparar dos valores: IN1 e IN2. Las comparaciones incluyen: IN1 = IN2, IN1 >= IN2, IN1 <= IN2, IN1 > IN2, IN1 < IN2, IN1 <> IN2. Las comparaciones de enteros llevan signo (16#7FFF > 16#8000). El contacto se activa si la comparación es verdadera. Figura 6.57, Operaciones de comparación.

Tabla 10, Operandos de las operaciones de comparación.

Figura 6.58, Ejemplo de operación de comparación.

20.

Ejercicio 6: Temporizadores, operaciones de comparación

ENUNCIADO (A) Realiza la programación adecuada para el control luminoso de un semáforo con la siguiente secuencia: 15 segundos en verde, 20 segundos en ámbar, 25 segundos en rojo. La programación se realizará utilizando solamente temporizadores. La secuencia a obtener se corresponde con la figura 6.59. Figura 6.59 , Cronograma semáforo, enunciado (A).

La instalación dispone de un interruptor de habilitación que controla el encendido o apagado del semáforo. Al encender el semáforo el ciclo siempre se inicia con la luz verde encendida.

6-54

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

ENUNCIADO (B) Realizar la programación adecuada para controlar dos semáforos, uno para vehículos y otro para peatones, según la secuencia señalada en la figura 60. Utiliza para ello sólo operaciones de temporización. Figura 6.60, Cronograma semáforo, enunciado (B).

ENUNCIADO (C) Realiza la programación correspondiente al ENUNCIADO (A) combinando las operaciones de temporización con las de comparación. ENUNCIADO (D) Realiza la programación correspondiente al ENUNCIADO (B) combinando las operaciones de temporización con las de comparación. En la programación de los enunciados anteriores se utilizará el siguiente direccionamiento simbólico. Nombre habilita Luz_verde Luz_ambar Luz_roja Verde_pe Rojo_pe

Dirección I 0.0 Q 0.1 Q 0.2 Q 0.3 Q 0.4 Q 0.5

Comentario Interruptor de habilitación del semáforo. Luz verde del semáforo de coches. Luz ámbar del semáforo de coches. Luz roja del semáforo de coches. Luz verde del semáforo de peatones. Luz roja del semáforo de peatones.

Solución, enunciado (A) con temporizadores TON: Esta es una primera forma de resolver el problema, en la que se utilizan sólo temporizadores (sin utilizar operaciones de comparación). Se ha utilizado los del tipo TON (retardo a la conexión). En su utilización habrá que tomar la precaución de ponerlos a cero una vez utilizados. Esto se puede conseguir de dos formas: haciendo cero la entrada de habilitación del temporizador (IN), o bien con una bobina de “poner a 0” (RESET). En este programa hemos optado por la primera. El encendido consecutivo de las tres luces del semáforo se ha concebido como la activación y desactivación secuencial de tres etapas. Las activaciones-desactivaciones consecutivas se logran con los temporizadores. La activación de la primera de las etapas difiere de las demás pues es la etapa de inicio del ciclo, su activación por tanto se realiza por flanco positivo del interruptor de habilitación (activación inicial al habilitar el semáforo), O por haber transcurrido la temporización correspondiente a la tercera etapa (funcionamiento dentro de la secuencia). En esta primera solución tampoco se hace necesaria la utilización de marcas, puesto que en cada uno de los estados sólo hay encendida una luz, además ninguna luz está encendida en etapas diferentes del semáforo, es decir, los estados de las salidas se corresponden directamente con fases bien definidas dentro del programa. Figura 6.61, Solución del ejercicio 6, enunciado (A) con temporizadores TON.

Automatización con autómata programable

6-55

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

PRINCIPAL OB1 (KOP)

Alejandro G. Castro

(AWL)

Comentarios

NETWORK 1 LD I0.0 EU O T35 S Q0.1, R Q0.3, NETWORK 2 LD T33 S Q0.2, R Q0.1,

1 1

NETWORK 3 LD T34 S Q0.3, 1 R Q0.2, 1

NETWORK 4 LDN I0.0 R Q0.1, 3 NETWORK 5 LD Q0.1 TON T33, +1500

NETWORK 6 LD Q0.2 TON T34, +2000

NETWORK 7 LD Q0.3 TON T35, +2500

El flanco positivo en el interruptor de habilitación (I0.0) activa la salida Q0.1, que es la primera etapa del ciclo. En ciclos posteriores la activación de la primera etapa se realiza al transcurrir la tercera temporización.

El temporizador T33 activa la segunda etapa y desactiva la primera.

El temporizador T34 activa la tercera etapa y desactiva la segunda.

La desactivación del interruptor de habilitación inhabilita las 3 salidas a partir de Q0.1.

Activación de la temporización T33 desde el encendido de las primera de las luces. Temporizador de resolución 10 ms x 1500 = 15 seg. Activación de la temporización de la segunda etapa T34 -> 20 seg.

Activación de la temporización de la tercera etapa T35 -> 25 seg.

Figura 6.62, Cronograma de funcionamiento de los temporizadores, ejercicio 6, enunciado (A).

6-56

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Solución enunciado (A), con temporizadores TOF: La solución a este primer apartado del problema también puede realizarse utilizando temporizadores con retardo a la des conexión, TOF. Hay que tener en cuenta que las CPU’s 21X no soportan esta operación, por lo tanto sólo podemos aplicar esta solución si disponemos de una CPU 22X. Emplear temporizadores TOF presenta una ventaja respecto a emplear TON. No debemos preocuparnos, durante el ciclo normal de programa, por poner a cero el temporizador y el valor de contaje, puesto que con un flanco positivo en la entrada de habilitación, se pone a cero el temporizador. Figura 6.63, Solución del ejercicio 6, enunciado (A) con temporizadores TOF.

PRINCIPAL OB1 (KOP)

(AWL) NETWORK 1 LD T33 = Q0.1 NETWORK 2 LD T34 = Q0.2 NETWORK 3 LD T35 = Q0.3

En los tres primeros segmentos se realiza la asignación de los valores binarios de los temporizadores a las luces del semáforo

NETWORK 4 LD T35 ED LD I0.0 EU OLD TOF T33, +1500 NETWORK 5 LD T33 ED TOF T34, +2000 NETWORK 6 LD T34 ED TOF T35, +2500 La entrada de cada uno de los temporizadores se realiza tras pasar a cero el anterior temporizador. Se detecta el flanco de bajada del temporizador anterior. El flanco de bajada de esta señal, que dura un ciclo de programa, es la que se utiliza para lanzar la siguiente temporización. El arranque del primer temporizador se realiza también por detección de flanco positivo en le interruptor de habilitación. Al habilitar el semáforo el ciclo siempre comienza en el mismo punto: encendido durante 15 segundos de la luz verde.

NETWORK 7 LDN I0.0 R T33, 3

Reset de los tres temporizadores. Es necesario poner a cero los temporizadores para evitar que sigan contando cuando el semáforo esté apagado.

Automatización con autómata programable

6-57

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Alejandro G. Castro

Solución, enunciado (C): Una manera más simple de resolver el problema consite en la utilización de un solo temporizador combinado con operaciones de comparación. Usando las operaciones de comparación podemos consultar el valor que en cada momento tiene el contador y tomar las decisiones oportunas en función su valor. Teniendo en cuenta que el valor de contaje de un temporizador es un dato tipo “entero” utilizaremos las operaciones de comparación de enteros. Figura 6.64, Solución del ejercicio 6, enunciado (C).

PRINCIPAL OB1 (KOP)

(AWL) NETWORK 1 LDN A TON +6000

T33 I0.0 T33,

El valor a temporizar será la duración completa de un ciclo del semáforo, 60 segundos. Se utiliza un temporizador TON de 60 seg ( +6000 , T33 resolución 10 ms). El contacto NC de T33 pone a cero automáticamente el temporizador al alcanzar el valor de contaje, reiniciando el ciclo del semáforo.

NETWORK 2 LD I0.0 AW<= T33, +1500 = Q0.1 Si el valor del temporizador es menor o igual a +1500 (15 seg, T33 resolución de 10 ms) se encenderá la luz verde (Q0.1). El ciclo debe estar habilitado.

NETWORK 3 LD I0.0 AW<= T33, +3500 AN Q0.1 = Q0.2 Si el valor del temporizador está por debajo de +3500 (35 seg) y no está encendida la luz verde (Q0.1), se encenderá la luz ámbar. El ciclo debe estar habilitado.

NETWORK 4 LD I0.0 AN Q0.1 AN Q0.2 = Q0.3 La luz roja se encenderá cuando el ciclo esté habilitado y no esté encendida ninguna de las otras dos luces. Figura 6.65, Cronograma del ejercicio 6, enunciado (B).

Solución, enunciado(B): Para la solución de la secuencia de la figura 2, será conveniente la utilización de marcas. Dividimos la secuencia en tramos en los que las salidas permanecen con el mismo estado (figura 5). Cada uno de estos tramos se corresponderá con una marca. Para generar el parpadeo en cada uno de los semáforos puede utilizarse la marca SM0.5, pues coincide con la frecuencia necesari. En este apartado el parpadeo se genera con un temporizador, un contador y una marca auxiliar, es otra manera de generar un parpadeo durante un determinado tiempo. En el apartado se planteará otra forma más de hacer lo mismo.

6-58

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas Figura 6.66, Solución del ejercicio 6, enunciado (B).

Cada temporizador activa la marca de la etapa posterior y desactiva la anterior

Para la fase de parpadeo del semáforo de los coches se utiliza un contador, que cuenta el número de pulsos(C1), un temporizador de valor el semiperiodo de la pulsación necesaria (T33 -> 500ms), y una marca auxiliar (M0.0).

Automatización con autómata programable

6-59

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Alejandro G. Castro

Contador y temporizador para el parpadeo del semáforo de los coches. Se ha utilizado un TON que se auto inicializa y un contador que cuenta sus pulsos.

Asignación de marcas. Las luces del semáforo están encendidas en diferentes etapas de la temporización. A cada luz se le asignan las etapas, o periodos de tiempo, durante los cuales están encendidas.

INDICE DE IMÁGENES

Se propone al lector dar solución al enunciado (D).

6-60

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

21.

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Operaciones con contadores

Las operaciones con contadores disponibles en le menú de bloques funcionales (F9) se utilizan para poder incrementar o decrementar la memoria de contadores. Figura 6.67, Operaciones con contadores.

Tabla 11, Operandos de las operaciones con contadores.

Dentro de los contadores, encontramos 3 tipos:  Contar adelante (CTU). Empieza a contar hasta el valor máximo cuando se produce un flanco positivo en la entrada de contaje adelante (CU). Si el valor actual (Cxxx) es mayor o igual al valor de preselección (PV), se activa el bit de contaje (Cxxx). El contador se inicializa al activarse la entrada de desactivación (R) y para de contar cuando alcanza PV. Figura 6.68, Ejemplo de contador CTD.

 Contar adelante/atrás (CTUD). Empieza a contar adelante cuando se produce un flanco positivo en la entrada de contaje adelante (CU). Por el contrario, empieza a contar atrás cuando se produce un flanco positivo en la entrada de contaje atrás (CD). Si el valor actual (Cxxx) es mayor o igual al valor de preselección (PV), se activa el bit de contaje (Cxxx). El contador se inicializa al activarse la entrada de desactivación (R). El contador adelante/atrás acepta valores negativos.

Automatización con autómata programable

6-61

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Alejandro G. Castro

Figura 6.69, Ejemplo de contador CTUD.

 Contar atrás (CTD). Empieza a contar atrás desde el valor de preselección cuando se produce un flanco positivo en la entrada de contaje atrás (CD). Si el valor actual es igual a cero, se activa el bit de contaje (Cxxx). El contador desactiva el bit de contaje (Cxxx) y carga el valor actual con el valor de preselección (PV) cuando se activa la entrada de carga (LD). El contador atrás se detiene al alcanzar el valor cero. Los márgenes de contaje para todos van desde Cxxx = C0 hasta C255. Puesto que cada contador dispone sólo de un valor actual, no se podrá asignar un mismo número a varios contadores (los contadores adelante, adelante/atrás y atrás acceden a un mismo valor actual).

22.

Otras operaciones

Los PLC de la familia S7-200 disponen de muchas más operaciones, además de las tratadas con anterioridad. En este apartado mostramos algunas que pueden ser de utilidad y que permiten obtener mejores prestaciones de estos PLC.  Incrementar-decrementar byte: Figura 6.70, Incrementar-decrementar byte.

Las operaciones incrementar byte y decrementar byte suman/restan 1 al byte de entrada (IN) y depositan el resultado en la variable indicada por OUT. Su forma de operar es la siguiente: IN + 1 = OUT / IN - 1 = OUT. Estas operaciones no llevan signo.

6-62

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

 Transferir byte: La operación transferir byte transfiere el byte de entrada (IN) al byte de salida (OUT). El byte de entrada permanece inalterado. Figura 6.71, Transferir byte.

 Operaciones de reloj: La operación La operación leer reloj de tiempo real lee la hora y fecha actuales del reloj y carga ambas en un búfer de 8 bytes (que comienza en la dirección T). La operación ajustar reloj de tiempo real escribe en el reloj la hora y fecha actuales que están cargadas en un búfer de 8 bytes (que comienza en la dirección T). El reloj de tiempo real se inicializa con la siguiente fecha y hora tras un corte de alimentación prolongado o una pérdida de memoria:  Fecha: 01-Ene-90  Hora: 00:00:00  Día de la semana: Domingo Figura 6.72, Reloj de tiempo real.

El reloj de tiempo real de la CPU S7-200 utiliza sólo los dos dígitos menos significativos para representar el año. Por tanto, el año 2000 se representa como ”00”. Todos los valores de la fecha y la hora se deben codificar en BCD (p. ej., 16#97 para el año 1997). Tabla 12, Formato de datos del reloj de tiempo real

La CPU S7-200 no comprueba si el día de la semana coincide con la fecha. Así puede ocurrir que se acepten fechas no válidas, p. ej. el 30 de febrero. Asegúrese de que los datos introducidos sean correctos. El sistema de automatización S7-200 no utiliza la información relativa al año de ninguna forma y no es afectado por el cambio de siglo (en el año 2000). No obstante, si en los programas de usuario Automatización con autómata programable

6-63

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Alejandro G. Castro

se utilizan operaciones aritméticas o de comparación con el valor del año, se deberá tener en cuenta la representación de dos dígitos y el cambio de siglo. Los años bisiestos se tratan correctamente hasta el año 2096. Si queremos ajustar el reloj desde el MicroWin, deberemos seguir los pasos representados en la figura 6.73. Figura 6.73, Configuración del reloj de tiempo real en MicroWin.

6-64

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

23.

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Ejercicio 7: Áreas remanentes

Controlar el arranque directo de un motor trifásico de corriente alterna, cuyo esquema de fuerza se corresponde con la figura 6.74, mediante un PLC S7-200. Figura 6.74, Esquema de fuerza ejercicio 7.

El control se realizará con dos pulsadores: S1 (pulsador de marcha, contacto NA) y otro de paro S0 (contacto normalmente cerrado NC). También se conectará en otra entrada del PLC el contacto NA del térmico F1. A las salidas del autómata conectaremos tres pilotos que señalizarán la marcha, el paro y el disparo del térmico respectivamente. Junto con ellos un cuarto piloto avisará de la necesidad de realizar un mantenimiento en el motor. Las condiciones de encendido del piloto de mantenimiento son las siguientes: El piloto parpadeará con frecuencia 1 Hz si el motor ha funcionado durante más de 200 horas o si ha realizado más de 2000 arranques, desde el último mantenimiento. El piloto estará en encendido fijo si se han alcanzado las 250 horas, o los 2100 arranques desde el último mantenimiento. Asociado con el mantenimiento tendremos un pulsador de llave (S3) para poner a cero los contadores de arranques y horas de funcionamiento. Deberá existir una lámpara para indicar la condición de Paro, Marcha automática o Forzado manual.

En la programación de los enunciados anteriores se utilizará el siguiente direccionamiento simbólico. Nombre S0_paro S1_marcha F1_termico S3_reset KM1 se_Marcha se_Paro se_Termico se_Manten

Dirección I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4

Comentario Pulsador con contacto NC, paro. Pulsador con contacto NA, marcha. Contacto NA del térmico F1 que protege el motor. Pulsador de llave con contacto NA, puesta a cero de los contadores. Contactor de línea KM1. Piloto de color verde, indicación de marcha. Piloto de color rojo, indicación de paro. Piloto de color naranja, indicación de disparo del térmico. Piloto de color naranja, indica la necesidad de realizar el mantenimiento.

Automatización con autómata programable

6-65

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Alejandro G. Castro

Solución Figura 6.75, Solución ejercicio 7.

Deberemos configurar el BLOQUE DE SISTEMA para guardar los valores de T5, C1 y C2 como remanentes. Esto permitirá ante un corte prolongado de la alimentación que los valores de contaje que tenían hasta ese momento queden salvaguardados en una EEPROM.

6-66

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

24.

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Ejercicio 8: Contadores, flancos, operaciones de comparación

Se desea instalar un semáforo a la entrada de un aparcamiento público, que indique si quedan plazas libres. El control se realizará con un PLC simatic S7-200. Las condiciones de funcionamiento son las siguientes: -

La capacidad total del aparcamiento es de 100 plazas. Si en el aparcamiento tenemos más de 5 plazas libres, la indicación del semáforo será una luz verde con encendido fijo. Si en el aparcamiento quedan menos de 5 plazas libres se indicará con el parpadeo (f=1Hz) de la luz de color ámbar . En el momento en que el aparcamiento se llene se encenderá la luz roja.

La entrada y salida del aparcamiento se realiza por el mismo paso, por el que cabe sólo un vehículo. El control de la entrada y salida de coches se realizará con dos células fotoeléctricas instaladas como se indica en la figura 6.76, y de manera que en algún momento el coche que está saliendo o entrando intercepte los las dos células. Se dispondrá de un pulsador que pone a cero el contador del sistema. Figura 6.76, Instalación del ejercicio 8, parking.

Célula

SALIDA

ENTRADA

Realizar la programación necesaria para controlarlo según, las condiciones de funcionamiento descritas anteriormente. En la programación se utilizará la siguiente asignación de entradas y salidas , así como direccionamiento simbólico. Nombre RESET Celula_A Celula_B Luz_verde Luz_ambar Luz_roja

Dirección I 0.0 I 0.1 I 0.2 Q 0.0 Q 0.1 Q 0.2

Comentario S1 , pulsador de puesta a cero, contacto NC Célula fotoeléctrica A , con salida a relé, se conecta el contacto NC. Célula fotoeléctrica B , con salida a relé, se conecta el contacto NC. Luz verde del semáforo. Luz ámbar del semáforo. Luz roja del semáforo

Ampliación del enunciado Completar la instalación con un portón que se cierre cuando el garaje esté lleno, impidiendo la entrada de más coches. El portón estará instalado antes de la primera de las células en el sentido entrada (célula A). El portón deberá abrirse automáticamente cuando algún coche esté en disposición de salir. La secuencia de funcionamiento será similar al descrito en la práctica nº4. Se añadirá al sistema un pulsador que permita la maniobra manual del portón (similar a la llave de la práctica nº4) , una llave que permita comnutar entre el modo manual y automático, dos finales de carrera, una célula fotoeléctrica de seguridad, y las señalizaciones necesarias para indicar el estado de funcionamiento del portón.

Automatización con autómata programable

6-67

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Alejandro G. Castro

Solución Figura 6.77, Cronograma de las entradas, Ejercicio 8.

La instalación de las dos células tiene la finalidad de poder distinguir entre un coche que entra y un coche que sale. Para comprender su funcionamiento tenemos que fijarnos en como evolucionan las señales de entrada de las células, figura 6.77: Para determinar si un coche está entrando o saliendo, y por consiguiente incrementar o decrementar el contador no es suficiente atender al nivel que presentan las señales de las dos células (control por nivel) , sino que es necesario distinguir los “flancos” de subida y bajada de las señales (control por flanco). Llamaremos “flanco positivo”, “flanco de subida” o “flanco ascendente” a la variación de una señal de valor 0 a valor 1. Llamaremos “flanco negativo”, “flanco de bajada” o “flanco descendente” a la variación de 1 a 0.

Entrada de un coche Célula

Célula

A=1 y Flanco de subida en B

Salida de un coche Célula

Célula

A=1 y Flanco de bajada en B

Figura 3 Coche entrando que da marcha atrás

Según esto un coche estará entrando cuando tengamos un flanco de subida en la señal de la célula B, estando la célula A en valor alto (1). Para determinar la salida hemos escogido el flanco de bajada de B estando A en valor alto (1).

Célula

La salida de un coche queda también determinada cuando tenemos un flanco de subida en A, cuando A=1 y Flanco de subida en B: se incrementa el contador B=1. La razón de la elección anterior es no contabilizar los coches que cuando están entrando o saliendo del aparcamiento tienen que dar marcha A=1 y Flanco de bajada en B: atrás por encontrarse con otro en sentido contrario. En se decrementa el contador este caso (figura 6.77, abajo) incrementamos el contador con el flanco de subida de B y lo decrementamos con el flanco de bajada cuando el coche da marcha atrás. De esta manera ese coche no es contabilizado. El mismo razonamiento se puede hacer para un coche que tiene que dar marcha atrás cuando está saliendo.

Se propone al lector la solución de la ampliación del enunciado.

6-68

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

25.

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

El Grafcet

En este apartado se presenta la metodología Grafcet como solución al desarrollo de programas de control para procesos secuenciales. Esta metodología es la utilizada como lenguaje de programación por numerosos autómatas programables como las gamas S7-300 y 400 de Siemens o los autómatas de Schneider, que lo llevan empleando como lenguaje de programación durante largo tiempo. Además permite el diseño de programas de control para los autómatas Simatic S5 y S7-200 y para relés programables como el LOGO! de Siemens, teniendo en cuenta una serie de pautas a la hora de transfomar el “Grafcet” en un diagrama de contactos (KOP) o en un programa realizado con funciones lógicas (FUP). La creciente complejidad de los automatismos industriales se traduce en una mayor dificultad para definir de una manera clara y sin ambigüedades las especificaciones funcionales a las que debe responder. Esta dificultad se ve agravada por la utilización de un gran número de informaciones de entrada y salida. Las distintas formas de descripción de un proceso podrían ser clasificadas en los distintos grupos: -

Una descripción literal únicamente resulta larga, incomoda, a veces imprecisa y, a menudo incompleta.

Una descripción lógica (logigrama) está casi exclusivamente enfocado a una tecnología determinada, y no es apropiada a la realización mediante programa.

Una representación por organigrama, más general, se adapta bien a las realizaciones mediante programa, pero resulta pobre en el caso de los secuenciales y no muestra los funcionamientos simultáneos, caso de que los haya.

Los trabajos realizados en los últimos años, han conducido a representaciones gráficas de las especificaciones funcionales que son totalmente independientes de la realización tecnológica, pudiendo ésta ser cableada (módulos neumáticos, relés electromecánicos o módulos electrónicos) o programada (PLC, ordenador o microprocesador). Estas nuevas formas de representación se basan en los conceptos de etapa y de receptividad que simplifica en gran medida la síntesis de los automatismos secuenciales, al considerar el hecho de que, entre el gran número de informaciones disponibles, pocas son significativas en un determinado momento. A partir de estas ideas, los trabajos efectuados por las comisiones de AFCET. (Association Française pour la Cybernétique Economique et Technique, Asociación Francesa para la cibernética económica y técnica) y de ADEPA, (Agence Nationale pour le Developpment de la Production Automatisée, Agencia nacional para el desarrollo de la producción automatizada) han dado como resultado la definición de un diagrama funcional: el GRAFCET, (Graphe de Comands Etape/Transition, gráfico de mando etapa/transición). Este diagrama funcional permite describir los comportamientos del automatismo en relación a las informaciones que recibe, imponiendo un funcionamiento riguroso, evitando de esta forma incoherencias, bloqueos o conflictos en el funcionamiento. En cada nivel de descripción, este diagrama puede ser modificado o corregido, sin necesidad de volver a partes ya estudiadas. METODOLOGÍA GRAFCET. CONCEPTOS BÁSICOS El Grafcet se compone de un conjunto de: -

Etapas o Estados a las que van asociadas acciones. Transiciones a las que van asociadas receptividades. Uniones Orientadas que unen las etapas a las transiciones y las transiciones a las etapas.  Etapa y acción asociada: Una etapa se caracteriza por un comportamiento invariable en una parte o en la totalidad de la parte de mando. En un momento determinado, y según sea la evolución del sistema: - Una etapa puede estar activa o inactiva. - El conjunto de las etapas activas definen la situación de la parte de mando. Las etapas se representan por un cuadrado con un número en su parte superior como identificación. La entrada y salida de una etapa aparece en la parte superior e inferior, respectivamente, de cada símbolo. El conjunto formado por el cuadrado y la extensión de las entradas y salidas constituye el símbolo completo de la etapa (figura 6.78-A).

Automatización con autómata programable

6-69

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Alejandro G. Castro

Cuando es necesario determinar la situación del Grafcet en un momento determinado, es muy cómodo identificar todas las etapas activas en ese momento, mediante un punto en la parte inferior de los símbolos de las etapas activas (figura 6.78-B). Cuando varias transiciones van unidas a una misma etapa, las uniones orientadas correspondientes se reagrupan antes o después de la etapa (figura 6.78-C). La etapa inicial o de reposo suele recibir el número 0 y trazarse con un doble cuadrado como la representada en la figura 6.78-D Figura 6.78, Grafcet, etapas.

Las acciones asociadas están descritas, literal o simbólicamente, en el interior de uno o varios rectángulos unidos al símbolo de la etapa a la que van asociados. Tanto las acciones asociadas a las etapas como las receptividades asociadas a las transiciones se pueden describir a dos niveles: -

Nivel 1: no tienen en cuenta los elementos tecnológicos que implementan el órgano operativo y sólo se atienden a las especificaciones de tipo funcional. Se trata de describir las funciones del sistema (figura 6.79-A). Nivel 2: se especifican los aspectos tecnológicos del órgano operativo y de lo que le rodea y de las especificaciones operacionales del órgano de control (figura 6.79-B). Figura 6.79, Grafcet, acciones asociadas a las etapas.

Cuando las acciones están descritas en forma simbólica, debe haber una tabla con la relación entre cada símbolo utilizado y la acción a ejecutar. Para el ejemplo anterior debería existir algo como: AC1: Avance del Carro 1  Transición y receptividad asociada: Una transición indica la posibilidad de evolución entre etapas. Esta evolución se consuma al producirse el franqueo de la transición. El franqueo de una transición provoca el paso en la parte de mando de una situación a otra situación. Una transición puede estar validada o no validada. Se dice que está validada cuando todas las etapas inmediatamente unidas a esta transición están activas. Una transición entre dos etapas se representa mediante una línea perpendicular a las uniones orientadas, también puede llevar una línea paralela a las uniones orientadas. Para facilitar la comprensión del Grafcet cada transición puede ir numerada a la izquierda de la línea perpendicular. (figura 8.80-A). A cada transición va asociada una proposición lógica llamada receptividad que puede ser evaluada como verdadero o falso. Entre todas las informaciones disponibles en un momento determinado, la receptividad agrupa solamente aquellas que son necesarias para el franqueo de la transición. La

6-70

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

receptividad es función de informaciones externas (entradas) o internas (estado de contadores, temporizadores, estados activos o inactivos de otras etapas). Las entradas de la parte de mando corresponden a las informaciones externas provenientes de la parte operativa, de consignas dadas por el operador, o de informaciones de otros sistemas. La receptividad va escrita literal o simbólicamente, preferentemente a la derecha del símbolo de la transición (figuras 6.80-B y C, respectivamente). Figura 6.80, Grafcet, transición y receptividad asociada.

Cuando la receptividad está escrita en forma simbólica, una tabla debe dar la correspondencia entre cada símbolo utilizado y la información correspondiente. En el ejemplo anterior  Aci: Señal Arranque Cuando no hay condición asociada a una transición, se dice que la receptividad es verdadera siempre y se escribe =1.  Uniones orientadas: Las uniones orientadas unen las etapas a las transiciones y las transiciones a las etapas. Señalan el camino de las evoluciones. Se representan mediante líneas horizontales o verticales. Las líneas oblicuas pueden ser empleadas excepcionalmente siempre que añadan claridad al diagrama. Por convenio, el sentido de las evoluciones en un Grafcet es de arriba hacia abajo. La flechas se utilizan para señalar la orientación de las uniones: -

cuando no se respeta el convenio. en casos especiales, siempre que su presencia aporte claridad

REGLAS DE EVOLUCIÓN Las reglas que marcan la evolución entre las diferentes etapas del Grafcet son las siguientes:  Situación inicial: La situación inicial del Grafcet caracteriza el comportamiento inicial de la parte de mando en relación a la parte operativa, y corresponde a las etapas activas al comienzo del funcionamiento. Si esta situación es siempre la misma, caso de los automatismos cíclicos, estará caracterizada por las etapas iniciales. Este caso corresponde a un comportamiento de reposo. En el caso de automatismos no cíclicos, la situación de partida depende del estado del proceso en el momento de la puesta en marcha de la parte de mando. La forma de establecer la situación inicial debe ser definida en el Grafcet o en documentación adjunta.  Franqueo de una transición: La evolución de la situación del Grafcet correspondiente al franqueo de una transición no puede producirse más que: -

cuando esta transición está validada y cuando la receptividad asociada a esa transición es cierta.

Cuando estas dos condiciones se cumplen, la transición es franqueable y entonces es franqueada obligatoriamente. Automatización con autómata programable

6-71

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Alejandro G. Castro

 Evolución de las etapas activas: El franqueo de una transición trae como consecuencia la activación simultánea de todas las etapas inmediatamente posteriores y la desactivación de todas las etapas inmediatamente anteriores. Figura 6.81, Grafcet, estados posibles de la etapa Ei y sus transiciones.

 Reglas de estructuras de uso frecuente: -

Divergencia en O. Se representa mediante el esquema de la figura 6.82-A. Cuando la etapa 1 está activa, según se cumpla la receptividad asociada a la transición a o la receptividad asociada a la transición b, pasará a ser activa la etapa 2 o bien la etapa 3 respectivamente.

Convergencia en O. Se representa mediante el esquema de la figura 6.82-B. Si la etapa activa es la 2 debe cumplirse la receptividad asociada a la transición a para pasar a la etapa 4 a activa. Si la etapa activa es la 3 debe cumplirse la receptividad asociada a la transición b, para que la etapa 4 pase a estar activa.

Divergencia en Y. Viene dada por el esquema de la figura 6.82-C. Estando activa la etapa 1 y si se cumple la receptividad asociada a la transición C, pasan a estar activas las etapas 2 y 3.

Convergencia en Y. Representada en la figura 6.82-D. Para que se activa la etapa 4 deben estar activas las etapas 2 y 3 y cumplirse la receptividad asociada a la transición D. Figura 6.82, Grafcet, estructuras de uso frecuente.

6-72

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

 Evoluciones simultáneas: Varias transiciones que son franqueables simultáneamente, son simultáneamente franqueadas. Esta regla de franqueo simultáneo permite descomponer el Grafcet en varios diagramas, especificando claramente sus interconexiones. En este caso, es indispensable hacer intervenir, en las receptividades los estados activos de las etapas.  Activación y desactivación simultánea: Si en el curso del funcionamiento de un automatismo una etapa debe ser desactivada y activada simultáneamente, ésta seguirá activa. ESTRUCTURAS PRINCIPALES Las estructuras de base más utilizadas se describen a continuación. Pueden combinarse entre ellas, siendo esta numeración no limitativa. Figura 6.83, Grafcet, secuencia única.

 Secuencia única: Una secuencia única se compone de una sucesión de etapas que son activadas una a continuación de otra. A cada Etapa le sigue solamente una transición y cada transición es validada por una sola etapa. Se dice que la secuencia está activa si al menos lo está una etapa. Por el contrario se dice que está inactiva si todas las etapas están inactivas.  Secuencias simultáneas, paralelismo estructural: Cuando el franqueo de una transición conduce a la activación de varias secuencias al mismo tiempo, se dice que son secuencias simultáneas. Después de la activación de estas secuencias, las evoluciones de las etapas activas en cada una de las secuencias son independientes. Para asegurar la sincronización de la desactivación de varias secuencias al mismo tiempo, generalmente se ponen etapas de espera recíproca. Las activaciones o desactivaciones simultáneas de estas secuencias pueden efectuarse en una o varias veces. Figura 6.84, Grafcet, secuencias simultáneas.

 Selección de secuencia: Cuando Una selección de secuencia, o una elección de evolución entre varias etapas o secuencias se presenta a partir de una o varias etapas, mediante tantas transiciones validadas como evoluciones posibles haya, es el caso de la divergencias en O. -

Secuencias exclusivas. Para obtener una selección exclusiva entre varias evoluciones posibles a partir de una misma etapa, es necesario asegurar que todas las receptividades asociadas a las transiciones son exclusivas es decir, no pueden ser verdaderas simultáneamente. Este exclusión puede ser de orden físico (incompatibilidad mecánica o temporal), o de orden lógico (en la escritura de las receptividades). Ver figura 6.85-A.

Automatización con autómata programable

6-73

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Alejandro G. Castro

Figura 6.85, Grafcet, selección de secuencia.

26.

Salto de etapas y repetición de secuencia. El salto de etapas permite saltar una o varias etapas, por ejemplo, cuando las acciones a efectuar por estas etapas, lleguen a ser inútiles o no tengan objeto. Por el contrario, la repetición de secuencia, permite volver a comenzar la misma secuencia mientras que una condición establecida no sea cumplida. Ver figura 6.85-B.

Paralelismo Interpretado. Cuando las receptividades asociadas a las transiciones validadas por una o varias etapas no son exclusivas, pueden producirse evaluaciones simultáneas que activan varias etapas a la vez. Este segundo tipo de paralelismo se llama paralelismo interpretado. Ver figura 6.85-C.

Reutilización de la misma secuencia. Cuando una misma secuencia se utiliza varias veces, puede ser organizada de forma parecida a un subprograma. Las secuencias utilizadas como subprograma se representan mediante un rectángulo cuyos lados verticales van duplicados. Ver figura 6.85-D.

Implementación del Grafcet

Una vez realizado el Grafcet del proceso que deseamos controlar, el paso siguiente es la obtención de las condiciones de activación de las etapas, así como de las acciones asociadas a las mismas. Para ello se utilizará un proceso de normalización en el cual, y partiendo del Grafcet realizado, vamos obteniendo las condiciones de activación para cada una de las etapas y acciones. La obtención de estas condiciones booleanas se basará en la utilización de dos hechos:

6-74

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Una etapa se activará cuando estando activa la etapa inmediatamente anterior a ella, se evalúe a cierto la receptividad existente entre estas dos etapas, desactivándose la etapa anterior y activándose la nueva etapa.

Una acción se deberá ejecutar, si la etapa a la que está asociada está activa. Una vez obtenidas estas condiciones booleanas, el paso siguiente es la implementación en el lenguaje apropiado para el controlador que se haya escogido como unidad de control del proceso. Un ejemplo de normalización de etapas y acciones es el representado en la figura 6.86. Figura 6.86, Implementación del Grafcet en FUP.

La etapa 2 se activará cuando estando activa la etapa 1 se verifique la receptividad a y dejará de estar activa cuando se active la etapa 3, la cual se activará cuando estando activa la etapa 2 se verifique b. Basándonos en esto, y mediante un proceso de normalización podemos llegar a la condición booleana que debe verificarse para la etapa 2. Esta condición es la siguiente (X es nombre de la etapa):

X 2  X 3   X 1 a  X 2 AcciónB  X 2 La representación gráfica de este proceso de normalización mediante la técnica “asociación etapabiestable” (lenguaje FUP) se muestra en la figura 6.86. En el bloque and (&), que está conectado al set de la etapa, se representan las condiciones de activación de la etapa, mientas, que al reset de la etapa, se conectan las condiciones de desactivación de la etapa. En el bloque correspondiente a la acción se conectan las etapas en las cuales se estaría ejecutando la acción, en nuestro caso la etapa 2. Implementación en el S7-200: Para controlar el proceso mediante Simatic S7-200, basándose en el Grafcet construido, lo que se hace es asociar a cada etapa un elemento de memoria que permita saber si la etapa está activada o no. En el caso del presente trabajo, a cada etapa del Grafcet se le ha asociado una marca interna del autómata, de tal manera que la marca estará puesta a un 1 lógico si la etapa que tiene asociada está activa, y un 0 lógico en otro caso. Para controlar el proceso se realiza un programa escrito en cualquiera de los lenguajes de programación del S7-200 (esquema de contactos KOP, lista de instrucciones AWL o FUP, visto con anterioridad), que se ejecuta constantemente en el autómata. El programa a construir no es más que la implementación de la secuencia de condiciones booleanas que definen la activación-desactivación de las etapas así como de las condiciones asociadas a estas, halladas durante el proceso de normalización posterior a la construcción del Grafcet. El programa examina en cada ciclo de ejecución las entradas al autómata (entradas del proceso), y en función de las condiciones de activación-desactivación de las etapas activa estas. En el programa también están implementadas las condiciones de ejecución de las acciones, y en función de la etapa o etapas que estén activadas produce salidas dirigidas al proceso a controlar. Las condiciones de activación de las etapas obtenidas en el proceso de normalización son condiciones que se basan principalmente en operaciones booleanas AND y OR, por lo que la implementación de este tipo de condiciones en cualquiera de los lenguajes de programación del S7-200 es bastante fácil. En el ejemplo visto anteriormente la implementación de las condiciones de activación de la etapa 2, y de la acción asociada a esta etapa resultaría la mostrada en figura 6.87-A, si utilizamos la técnica relé-memoria. Si por el contrario utilizamos la técnica etapa-biestable la implementación resultante sería la de la figura 6.87-B.

Automatización con autómata programable

6-75

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Alejandro G. Castro

Figura 6.87, Implementación del Grafcet en KOP y AWL

27.

Ejercicio 9: Ejemplo de programación basada en Grafcet

Para ilustrar la aplicación del Grafcet vamos a realizar un automatismo conocido como es el arranque estrella-triángulo de un motor trifásico asíncrono. El ciclo de funcionamiento se inicia con el pulsador de marcha S1 (entrada I0.1) que activa los contactores de estrella K3M (salida Q0.3) y línea (salida Q0.1), para que pasado un tiempo de 4 segundos (T37) se desconecte el contactor de estrella y entre el triángulo K2M (salida Q0.2) Además tendrá un relé térmico F1 (conectado en entrada I0.0) que parará la maniobra en caso de avería y activará una luz de emergencia (salida Q0.5), y un pulsador de paro S2 (conectado en I0.2). Solución: Definimos en el MicroWin el simbólico  Realizamos el Grafcet correspondiente con el funcionamiento de un arranque estrella-triángulo. El definir el simbólico nos permite trabajar directamente con el Grafcet de nivel 1 facilitando el abordar el problema. A la hora de realizar la programación del autómata es conveniente por claridad situar todas las asignaciones al final del programa y utilizar una única bobina para cada una de las salidas, a la que asignaremos todas las etapas que la activan. Las etapas se corresponden como se observa en el simbólico con marcas de la M0.0 a la M0.3. Hemos incluido en el programa la marca especial SM0.1 que activa la Etapa 0 o inicial durante el primer ciclo de programa. Es imprescindible para poder inicializar correctamente el programa durante el encendido del autómata. La solución se muestra en la figura 6.89.

6-76

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas Figura 6.88, Grafcet de un arranque estrella-triángulo

Figura 6.89, Programa S7-200 para arranque estrella-triángulo a partir del Grafcet.

Automatización con autómata programable

6-77

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

28.

Alejandro G. Castro

Ejercicios propuestos

E.P. 1 - Cruzamiento Diseña un programa que simule el funcionamiento del esquema eléctrico de un cruzamiento, es decir, encendido de una lámpara desde tres interruptores. E.P. 2 - Pasillo automatizado Figura 6.90, Pasillo automatizado, EP 2.

El sentido del pasillo es el marcado por la flecha. Cuando la fotocélula A detecta una presencia, enciende la bombilla 1 y el ventilador. Cuando la fotocélula B detecte presencia. Apagará la bombilla 1 y encenderá la bombilla 2. Finalmente la fotocélula C apagará todo el sistema. Este proceso sólo se iniciará con un pulsador de marcha y se desconectará con un pulsador de paro. E.P. 3 - Base de tiempos Utilizando tres resoluciones distintas, elabora tres temporizadores de 5 segundos para cada tipo de temporizador. E.P. 4 – Coche fantástico Realizar, utilizando los bits de la entrada I 0., la secuencia de encendido y apagado de leds del coche de la popular serie de televisión “El coche fantástico”. La temporización entre bit y bit ha de ser de 1 segundo. E.P. 5 - Intermitente Realizar un programa que simule el funcionamiento de un intermitente. E.P. 6 - Taladro Figura 6.91, Taladro, EP 6.

Con S1 se pone en marcha con giro horario el motor de una taladradora automática. Tras 3 segundos se conecta el avance. Cuando se alcanza el tope en I 0.3, se desconecta el avance. Un resorte lleva la máquina a la posición inicial. Para ello el accionamiento gira en sentido antihorario (Q 0.0 y Q 0.1 están a “1”). Una vez alcanzada la posición inicial I0.4 = “1”, el accionamiento sigue funcionando otro segundo hasta que se desconecta la máquina. Con paro es siempre posible desconectar la máquina (se activa con I 0.0 = “0”).

E.P. 7 - Impulsos Realizar un programa que: después de 5 impulsos de la entrada I 0.0 active Q 0.0. Tras 3 impulsos de I 0.0 (estando activado Q 0.0) desactive Q 0.0 y active Q 0.1. Pasados 5 impulsos, estando activado Q 0.1, se desactive Q 0.1 y active Q 0.0, y así, sucesivamente.

6-78

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

E.P.8 – Potenciómetro analógico Realiza un programa que active la salida Q 0.0 cuando los dos potenciómetros analógicos de que dispone el PLC tengan el mismo valor; active Q 0.1 cuando uno de ellos sea mayor o igual a 100; y active Q 0.2 mientras el otro se menor a 70. E.P.9 – Regulación de temperatura Realiza Consideraremos la sonda a través de la cual se obtiene la temperatura el potenciómetro 1. Mientras que la temperatura de la habitación la marcará el potenciómetro 2. Existen 2 interruptores de control: el primero es para activar / desactivar el sistema. El segundo controla el modo de control (regulación / ventilación):  Modo regulación: si la temperatura actual <= a 3ºC, arranca el ventilador. Si la temperatura actual >= 2ºC, para el calefactor.  Modo ventilación: arranca el ventilador en caso de estar en modo ventilación. Entradas / salidas:  I 0.0: selector ON / OFF  I 0.1: selector modo (0 regulación, 1 ventilación).  Q 0.0: calefactor.  Q 0.1: ventilador E.P. 10 – Programador cíclico Al activar la entrada I 0.0 a nivel alto se desarrolla la secuencia especificada en la figura 6.92. Si la señal de entrada I 0.0 pasa a nivel bajo la secuencia se detiene, pudiéndose continuar en el punto de partida al volver al nivel alto. Si la señal de Reset está a nivel alto se desactivarán todas las salidas. La secuencia se repetirá una vez finalizada de forma cíclica. Para modificar el tiempo de la secuencia, basta con modificar la fase de tiempos del temporizador. Figura 6.92, Programador cíclico, EP 10.

E.P. 11 - Contador Realizar un contador CTUD sin utilizar la operación propiamente dicha. Elaborar el ejercicio “impulsos” sin utilizar contadores. E.P. 12 – Intermitente variable Una señal intermitente se regula a través del potenciómetro analógico integrado en el PLC. El valor del potenciómetro se carga en el byte variable VB1, ya que es la parte baja de la palabra VW0.

La palabra VW 0 será el tiempo de preselección en los temporizadores. Automatización con autómata programable

6-79

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Alejandro G. Castro

E.P. 13 – Reloj Una Elabora un programa que active Q 0.0 durante las próximas fiestas de San Juan Bosco. Deberá comenzar el día 21 a las 21 horas y terminar el día 31 a las 21 horas y 30 minutos. Puedes utilizar a partir del byte VB 400. E.P. 14 – Iluminación de cabaña Controlar con un S7-200 la iluminación de una cabaña.  Iluminación interior: si se pulsa cualquiera de los dos botones deben encenderse las luces de la escalera durante 2 minutos.  Iluminación exterior: las luces se encienden durante 3 minutos en caso que: o Interruptor control exterior activado. o Detector infrarrojos activado. o Lunes a viernes de 17h a 21h. o Sábado a domingo de 17h a 23h. Entradas / salidas:

   

I 0.0: botón escaleras en planta inferior. I 0.1: botón escaleras en planta superior. I 0.2: detector de infrarrojos en exterior. I 0.3: interruptor control exterior.

E.P. 15 – Control de velocidad (Ejercicio de profundización) Se desea controlar el funcionamiento de un semáforo de control de velocidad con un PLC S7-200. Figura 6.93, Disposición de la instalación, EP 15..

Semáforo Anillo 2

Anillo 1

10 m

El sistema debe detectar la circulación de vehículos a velocidad superior a 60 Km/h, y encender un semáforo en rojo, con la finalidad de reducir la velocidad de circulación. Como entradas al sistema conectaremos: - Un interruptor de habilitación, contacto NA. Habilita el semáforo. Si está desactivado el semáforo está apagado. - Dos anillos de inducción (o lazos de inducción) conectados a sendos detectores inductivos (figura 3). Las salidas del sistema serán las tres luces: verde, ámbar y roja de un semáforo. El funcionamiento es el siguiente: - Si no se detecta velocidad superior a 60 Km/h el semáforo permanece en verde. - Si se detecta un vehículo circulando a una velocidad superior a 60 Km/h , se encenderá durante 2 segundos la luz ámbar y a continuación la luz roja. - La luz roja permanecerá encendida durante 15 segundos. Después de este tiempo se apagará y se encenderá de nuevo la luz verde hasta que haya una nueva detección.

6-80

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

La señal de los anillos inductivos tiene una duración de 120 ms desde que detecta la presencia de un coche, independientemente del tiempo que éste permanezca sobre el anillo (figura 6.94). Figura 6.94, Anillos de inducción.

En la programación se utilizará el siguiente direccionamiento simbólico. Nombre Hab Anillo_1 Anillo_2 Luz_verde Luz_ambar Luz_roja

Dirección I0.0 I0.1 I0.2 Q0.1 Q0.2 Q0.3

Comentario Interruptor de habilitación, contacto NA. Anillo de inducción 1. Anillo de inducción 2. Lámpara verde del semáforo. Lámpara ámbar del semáforo. Lámpara roja del semáforo.

E.P. 15 – Estacionamiento público (resolución mediante Grafcet) Diseñar el sistema de mando y control para la salida automatizada de vehículos de un estacionamiento público, el cual consta de dos plantas. La regulación de la salida se efectuará mediante semáforos situados como indica la figura 6.95. Disponemos de cinco lazos sensores para recabar la información externa necesaria. Mediante el accionamiento de los lazos S1E ó S2E efectuaremos la demanda de salida. Los lazos S1S y S2S nos indicarán que el vehículo ha rebasado el semáforo, mientras que el lazo SSal nos confirmará que el vehículo ha salido del estacionamiento. La salida del vehículo debe efectuarse de forma tal que se evacue un vehículo de cada planta, para evitar esperas en una de las plantas respecto a la otra. La secuencia de los semáforos debe ser la siguiente: Cuando un vehículo accede a un lazo sensor realiza la petición de salida, el semáforo correspondiente se situará en verde, el vehículo rebasará dicho semáforo, y al accionar el lazo correspondiente el semáforo se situará de nuevo en rojo, para evitar que otro vehículo lo siga, quedando bloqueado hasta que el vehículo accione el lazo SS al indicando que ha salido. Figura 6.95, Estacionamiento público, EP15.

Automatización con autómata programable

6-81

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Alejandro G. Castro

INDICE DE IMÁGENES Figura 6.1, Distintos modelos de PLC (Cortesía de Siemens) ____________________________________________ 3 Figura 6.2, Relación del PLC con el proceso a controlar. _______________________________________________ 4 Figura 6.3, Estructura física de los PLC's. ___________________________________________________________ 5 Figura 6.4, Estructura interna de los PLC's. _________________________________________________________ 6 Figura 6.5, Diagrama de bloques de la CPU. ________________________________________________________ 7 Figura 6.6, Tipos de memoria de los PLC's.__________________________________________________________ 8 Figura 6.7, Redes de comunicación industriales. ______________________________________________________ 9 Figura 6.8, Micro PLC S7-200 ___________________________________________________________________ 10 Figura 6.9, PLC S7-21X ________________________________________________________________________ 10 Figura 6.10, PLC S7-22X _______________________________________________________________________ 11 Figura 6.11, Conexión de módulos de ampliación.____________________________________________________ 12 Figura 6.12, Relación del PLC con el proceso a controlar. _____________________________________________ 14 Figura 6.13, Lógica cableada vs. Lógica programada_________________________________________________ 15 Figura 6.14, Señales binarias. ___________________________________________________________________ 15 Figura 6.15, Contactos y señales de entrada. ________________________________________________________ 16 Figura 6.16, Denominación de las diferentes áreas de memoria._________________________________________ 17 Figura 6.17, Direccionamiento___________________________________________________________________ 18 Figura 6.18, CPU 222__________________________________________________________________________ 19 Figura 6.19, Alimentación de la CPU._____________________________________________________________ 20 Figura 6.20, Salidas y vida útil de los relés. _________________________________________________________ 21 Figura 6.21, Cableado de entradas y salidas de una CPU 224 __________________________________________ 22 Figura 6.22, Configuración de la comunicación PC/PPI _______________________________________________ 24 Figura 6.23, Área de trabajo del programa MicroWin. ________________________________________________ 25 Figura 6.24, Opciones de configuración, general. ____________________________________________________ 26 Figura 6.25, Acceso a los bloques de programación __________________________________________________ 27 Figura 6.26, Introducción de funciones en MicroWin _________________________________________________ 28 Figura 6.27, Direccionamiento simbólico. __________________________________________________________ 29 Figura 6.28, Compilar y ejecutar el programa. ______________________________________________________ 30 Figura 6.29, Ciclo de programa. _________________________________________________________________ 31 Figura 6.30, Simulador S7-200___________________________________________________________________ 32 Figura 6.31, Contactos estándar y bobina de salida. __________________________________________________ 33 Figura 6.32, Detección de flanco._________________________________________________________________ 34 Figura 6.33, Poner a “1”, Poner a “0” n bits._______________________________________________________ 35 Figura 6.34, Poner a “1”, Otras operaciones con contactos. ___________________________________________ 35 Figura 6.35, Ejemplo de operaciones con contactos. __________________________________________________ 36 Figura 6.36, Resolución del relé autoenclavado. _____________________________________________________ 38 Figura 6.37, Contactos NA y contactos NC. _________________________________________________________ 39 Figura 6.38, Enunciado y cronograma del telerruptor_________________________________________________ 40 Figura 6.39, Detección de flanco positivo __________________________________________________________ 41 Figura 6.40, Solución del telerruptor _____________________________________________________________ 41 Figura 6.41, Necesidad de las marcas _____________________________________________________________ 41 Figura 6.42, Ejercicio 1, Operaciones lógicas con bits.________________________________________________ 42 Figura 6.43, Ejercicio 2, Esquema de potencia. ______________________________________________________ 43 Figura 6.44, Ejercicio 2, Esquema de cableado para inversión. _________________________________________ 43 Figura 6.45, Ejercicio 2, Esquema de cableado ______________________________________________________ 45 Figura 6.46, Temporizadores ____________________________________________________________________ 46 Figura 6.47, Ejemplo de temporizador con retardo a la conexión, TON __________________________________ 46 Figura 6.48, Ejemplo de temporizador con retardo a la conexión memorizado, TONR _______________________ 47 Figura 6.49, Ejemplo de temporizador con retardo a la desconexión, TOF ________________________________ 47 Figura 6.50, Ejemplos de valores de temporización. __________________________________________________ 48 Figura 6.51, Ejercicio 3, Cronograma del funcionamiento manual. ______________________________________ 48 Figura 6.52, Ejercicio 3, Cronograma del funcionamiento automático. ___________________________________ 49 Figura 6.53, Ejercicio 3, solución apartado A _______________________________________________________ 49 Figura 6.54, Ejercicio 3, solución apartado A, otra forma. _____________________________________________ 50 Figura 6.55, Ejercicio 4, portón de finca.___________________________________________________________ 51 Figura 6.56, Ejercicio 5, Esquema de fuerza y mando cableado de un arranque estrella-triángulo. _____________ 53 Figura 6.57, Operaciones de comparación. _________________________________________________________ 54 Figura 6.58, Ejemplo de operación de comparación. _________________________________________________ 54 Figura 6.59 , Cronograma semáforo, enunciado (A).__________________________________________________ 54 Figura 6.60, Cronograma semáforo, enunciado (B). __________________________________________________ 55 Figura 6.61, Solución del ejercicio 6, enunciado (A) con temporizadores TON. _____________________________ 55

6-82

Automatización con autómata programable

Alejandro G. Castro

Configuración de instalaciones domóticas y automáticas

Figura 6.62, Cronograma de funcionamiento de los temporizadores, ejercicio 6, enunciado (A). ________________56 Figura 6.63, Solución del ejercicio 6, enunciado (A) con temporizadores TOF. _____________________________57 Figura 6.64, Solución del ejercicio 6, enunciado (C). _________________________________________________58 Figura 6.65, Cronograma del ejercicio 6, enunciado (B). ______________________________________________58 Figura 6.66, Solución del ejercicio 6, enunciado (B). _________________________________________________59 Figura 6.67, Operaciones con contadores. __________________________________________________________61 Figura 6.68, Ejemplo de contador CTD. ____________________________________________________________61 Figura 6.69, Ejemplo de contador CTUD. __________________________________________________________62 Figura 6.70, Incrementar-decrementar byte._________________________________________________________62 Figura 6.71, Transferir byte. ____________________________________________________________________63 Figura 6.72, Reloj de tiempo real. _________________________________________________________________63 Figura 6.73, Configuración del reloj de tiempo real en MicroWin. _______________________________________64 Figura 6.74, Esquema de fuerza ejercicio 7. _________________________________________________________65 Figura 6.75, Solución ejercicio 7. _________________________________________________________________66 Figura 6.76, Instalación del ejercicio 8, parking. ____________________________________________________67 Figura 6.77, Cronograma de las entradas, Ejercicio 8. ________________________________________________68 Figura 6.78, Grafcet, etapas._____________________________________________________________________70 Figura 6.79, Grafcet, acciones asociadas a las etapas._________________________________________________70 Figura 6.80, Grafcet, transición y receptividad asociada. ______________________________________________71 Figura 6.81, Grafcet, estados posibles de la etapa Ei y sus transiciones. ___________________________________72 Figura 6.82, Grafcet, estructuras de uso frecuente. ___________________________________________________72 Figura 6.83, Grafcet, secuencia única. _____________________________________________________________73 Figura 6.84, Grafcet, secuencias simultáneas. _______________________________________________________73 Figura 6.85, Grafcet, selección de secuencia. ________________________________________________________74 Figura 6.86, Implementación del Grafcet en FUP. ____________________________________________________75 Figura 6.87, Implementación del Grafcet en KOP y AWL ______________________________________________76 Figura 6.88, Grafcet de un arranque estrella-triángulo ________________________________________________77 Figura 6.89, Programa S7-200 para arranque estrella-triángulo a partir del Grafcet. ________________________77 Figura 6.90, Pasillo automatizado, EP 2. ___________________________________________________________78 Figura 6.91, Taladro, EP 6.______________________________________________________________________78 Figura 6.92, Programador cíclico, EP 10. __________________________________________________________79 Figura 6.93, Disposición de la instalación, EP 15.. ___________________________________________________80 Figura 6.94, Anillos de inducción._________________________________________________________________81 Figura 6.95, Estacionamiento público, EP15. ________________________________________________________81

INDICE DE TABLAS Tabla 1, Memorias de los PLC's. ......................................................................................................................................7 Tabla 2, Principales características de la familia S7-200..............................................................................................11 Tabla 3, Principales características de la familia S7-200..............................................................................................13 Tabla 4, Alimentación eléctrica de la gama S7-200 ......................................................................................................20 Tabla 5, Valores eléctricos de las entradas del S7-200 ................................................................................................21 Tabla 6, Valores eléctricos de las salidas del S7-200...................................................................................................22 Tabla 7, Marcas especiales.............................................................................................................................................37 Tabla 8, Operandos de los temporizadores. ...................................................................................................................46 Tabla 9, Resoluciones de los temporizadores. ................................................................................................................48 Tabla 10, Operandos de las operaciones de comparación. ............................................................................................54 Tabla 11, Operandos de las operaciones con contadores. .............................................................................................61 Tabla 12, Formato de datos del reloj de tiempo real......................................................................................................63

Automatización con autómata programable

6-83

Configuraciรณn de instalaciones domรณticas y automรกticas

Alejandro G. Castro

Notas:

6-84

Automatizaciรณn con autรณmata programable