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SISTEMAS PROGRAMABLES AVANZADOS JosÃ© Manuel Espinosa Malea

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Sistemas programables avanzados Primera edición, 2016 © 2016, José Manuel Espinosa Malea © 2016 MARCOMBO, S.A. www.marcombo.com Diseño y maquetación: Pol Creuheras Borda Corrección: Raquel Sayas Lloris Fotografía: Thinkstock «Cualquier forma de reproducción, distribución, comunicación pública o transformación de esta obra solo puede ser realizada con la autorización de sus titulares, salvo excepción prevista por la ley. Diríjase a CEDRO (Centro Español de Derechos Reprográficos, www.cedro.org) si necesita fotocopiar o escanear algún fragmento de esta obra». ISBN: 978-84-267-2346-8 D.L.: B-16545-2015 Impreso en Ulzama Digital SL Printed in Spain

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SISTEMAS PROGRAMABLES AVANZADOS JosÃ© Manuel Espinosa Malea

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Índice general

Unidad 1 Autómatas programables S7-300 ��1 1.1. Descripción del autómata S7-300 �� 2 1.2. Cableado entradas/salidas en CPU S7-314C 2PN-DP �� 5 1.3. Entorno TIA Portal para el autómata S7-300 �� 6 1.4. Tratamiento de señales analógicas en S7-300 �� 10

Unidad 4 Dispositivos HMI y sistemas SCADA ��111 4.1. Definición de un dispositivo HMI �� 128 4.2. Tipos de paneles y pantallas SIMATIC HMI �� 128 4.3. Programación de dispositivos HMI en TIA Portal �� 131 4.4. Definición de un SCADA �� 170 4.5. Programación de un Sistema PC �� 171

1.5. Reloj en la CPU S7-300 �� 19 1.6. Bloques de organización OB �� 27 1.7. Lenguaje GRAPH en S7-300 �� 35

Unidad 2 rogramación con texto P estructurado (SCL) ��35 2.1. Introducción �� 48 2.2. Expresiones lógicas �� 48 2.3. Instrucciones selectivas �� 56 2.4. Bucles repetitivos �� 75 2.5. Funciones matemáticas �� 76

Unidad 3 Interrupciones y objetos tecnológicos ��69 3.1. Tareas de interrupción y cíclicas �� 82 3.2. Encoders ópticos �� 86 3.3. Entradas de contaje rápido en TIA Portal (S7-1200) �� 87 3.4. Entradas de contaje rápido en TIA Portal (S7-300) �� 101 3.5. Equipo de color con sensor digital RGB y amplificador �� 109 3.6. Motor paso a paso �� 117 3.7. Control PID en S7-1200 �� 123

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Unidad 1 A utómatas programables S7-300

En este capítulo: 1.1. Descripción del autómata S7-300.

1.4. Tratamiento de señales analógicas en S7-300.

1.2. Cableado entradas/salidas en CPU S7-314C 2PN-DP.

1.5. Reloj en la CPU S7-300.

1.3. Entorno TIA Portal para el autómata S7-300.

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1.6. Bloques de organización OB. 1.7. Lenguaje GRAPH en S7-300.

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Unidad 1 · Autómatas programables S7-300

1.1. Descripción del autómata S7-300 El autómata S7-300 es un autómata modular de alta gama que incorpora una fuente de alimentación PS, una CPU (unidad central de procesos) con procesador y puertos de comunicaciones (Profibus, Ethernet, etc.), módulos de interfaz IM, módulos de señal SM, módulos de función FM y módulos o procesadores de comunicaciones CP.

Figura 1.1. Autómata S7-314C 2PN-DP.

Como ejemplo, un equipo S7-300 puede estar compuesto por: • Fuente de alimentación PS-307 5 A (6ES7 307-1EA01-0AA0). • CPU compacta 314C 2PN-DP (6ES7 314-6EH04-0AB0) con entradas (digitales/

analógicas) y salidas (digitales/analógicas) integradas (DI8xDC24V; AI5/AO2x12bit; DI16/DO 16xDC24V).

• Módulo de simulación (6ES7 374-2XH01-0AA0) configurable con 16 interrupto-

res para 16 entradas o 16 salidas o 8 entradas/8 salidas.

1.1.1. Fuente de alimentación (PS)

El autómata requiere una tensión de 24 VDC para trabajar. Este es el motivo por el que dentro de la estructura del PLC es necesario disponer de una fuente de alimentación externa capaz de transformar 230 V AC (50 Hz) en 24 V DC. Existen PLC que integran la fuente de alimentación dentro de su propia estructura. Dependiendo de la fuente de alimentación, podrá ser empleada para la alimentación de los equipos actuadores y sensores que constituyen junto al PLC el sistema de automatización. Ocupa la posición número 1, empezando por la izquierda, en el bastidor pasivo («slot 1» del bastidor).

1.1.2. Unidad Central de Proceso (CPU)

Constituye el propio corazón del autómata. El programa es almacenado y ejecutado en la CPU. Los elementos que forman parte de la CPU son el interruptor o selector de modo de funcionamiento, la memoria, el procesador, los LED indicadores de estado y error y la interfaz de comunicaciones MPI/DP/PN/PtP. • Interruptor de modo de funcionamiento: Este interruptor debe ser acciona-

do de forma manual, estableciendo el modo de comportamiento del equipo en «STOP» (se interrumpe la ejecución del programa) o en «RUN» (se elabora de forma cíclica el programa existente en la memoria del PLC). También existe «MRES» para realizar el borrado de la CPU.

• Memoria: Constituye el soporte de información del PLC. En Figura 1.2. Aspecto de una fuente de alimentación PS-307 5 A.

ella se almacena el conjunto de instrucciones que constituyen el programa. El programa deberá ser escrito y transferido previamente dentro de dicho módulo. Actualmente, se requiere necesariamente una MMC (Micro Memory Card).

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Unidad 1 Âˇ AutĂłmatas programables S7-300

.6"4$ < VTX U J TC H M 40$' 75N UC MU 27"4605 40$'."6N

La memoria de las CPU S7 se subdivide en memoria de carga y memoria de trabajo. La primera permite almacenar el programa de usuario sin asignaciĂłn simbĂłlica de operandos o comentarios. En la memoria de carga se almacena no solo el programa, sino tambiĂŠn los datos del sistema. La segunda contiene las partes del programa S7 relevantes para la ejecuciĂłn del programa. La ejecuciĂłn del programa tiene lugar exclusivamente en el ĂĄrea correspondiente a las memorias de trabajo y del sistema. Por tanto, un programa tiene un consumo de memoria de carga y otro de memoria de trabajo. No se debe superar la memoria de trabajo, ya que no es posible su ampliaciĂłn. â&#x20AC;˘â&#x20AC;&#x201A;Procesador: El procesador o CPU elabora el programa existente en la memoria.

En la actualidad se pueden encontrar en el mercado CPU de diversos tipos. Las CPU estĂĄndar no disponen de entradas/salidas integradas en la periferia. Las CPU compactas sĂ disponen de entradas/salidas digitales/analĂłgicas integradas. AdemĂĄs, existen CPU de seguridad para configuraciones redundantes y CPU tecnolĂłgicas que llevan integradas funciones especiales para procesos tecnolĂłgicos complejos.

Figura 1.3. Ejemplo de tipos de CPUs para el autĂłmata S7-300.

En una CPU es interesante conocer el significado de los leds indicadores de estado y error.

Figura 1.4. Leds indicadores en CPU S7-300.

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Unidad 1 ยท Autรณmatas programables S7-300

1.1.3. Mรณdulos de interfaz (IM)

Son mรณdulos utilizados para ampliaciones de bastidor (mรกx. 32 mรณdulos en un S7-300). Si se requieren emplear mรกs de 8 mรณdulos, se puede ampliar el bastidor 0 con otros bastidores en los que situar mรกs mรณdulos. La comunicaciรณn entre los equipos se desarrolla de forma autรณnoma vรญa mรณdulos de interfaz (IM).

1.1.4. Mรณdulos de seรฑal (SM)

Permiten conformar el autรณmata modular ajustado a las necesidades de la automatizaciรณn aรฑadiendo a la CPU las entradas/salidas deseadas, bien sean digitales, analรณgicas o mixtas.

Figura 1.5. Mรณdulos de seรฑal SM para S7-300.

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1.1.5. Mรณdulos de funciรณn (FM)

Son mรณdulos especiales de contaje, posicionamiento, regulaciรณn, etc. Son mรณdulos inteligentes que ejecutan tareas tecnolรณgicas de manera autรณnoma, simplificando el trabajo de la CPU.

Figura 1.6. Mรณdulos de funciรณn FM para S7-300.

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Unidad 1 · Autómatas programables S7-300

1.1.6. Módulos o procesadores de comunicación (CP) Sirven para conectar el autómata S7-300 a los diversos sistemas de bus/redes de comunicación (AS-i, PROFIBUS DP, PROFIBUS FMS, PROFINET/Ethernet, acoplamiento punto a punto PtP y WLAN). Se pueden añadir al autómata si este no dispone del puerto necesario o si se necesita una mayor capacidad de comunicación.

Figura 1.7. Procesadores de comunicaciones CP para S7-300.

1.2. Cableado entradas/salidas en CPU S7-314C 2PN-DP

Las CPU compactas llevan incorporados conectores frontales de 20 o 40 pines para realizar el cableado de las entradas y salidas digitales a 24 V DC y, también, el cableado de las entradas y salidas analógicas integradas. Para una CPU 314C 2PN-DP, el conector X11 permite la asignación de entradas y salidas analógicas (1) y entradas digitales integradas (2), mientras el conector X12 permite la asignación de más entradas digitales (2) y más salidas digitales integradas (3).

Figura 1.8. Conector X12 en una CPU compacta S7-314C 2PN-DP.

La CPU considerada dispone de una interfaz MPI/DP de 9 polos (interfaz X1) y una interfaz PN con switch de 2 puertos (interfaz X2). La CPU 314C lleva incorporadas 24 entradas digitales, 16 salidas digitales, 4+1 entradas analógicas y 2 salidas analógicas. Las direcciones predeterminadas para las DI son del byte 136 al 138, para las DO del byte 136 al 137, para las AI del byte 800 al 809 y para las AO del byte 800 al 803.

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Unidad 1 · Autómatas programables S7-300

Figura 1.9. Bornero de conectores X11 y X12 en CPU 314C 2PN-DP.

1.3. Entorno TIA Portal para el autómata S7-300

El entorno de programación TIA Portal permite realizar las tareas de programación necesarias para la automatización de procesos. Las instrucciones desarrolladas para el S7-1200/S7-1500 son, en general, válidas para el autómata S7-300. Por tanto, es recomendable consultar el libro Sistemas secuenciales programables para ver: • Contactos y bobinas. • Bobinas de set-reset, básculas de set-reset. • Marcas internas y marcas de sistema y de ciclo. • Temporizadores TON y TOF. • Contadores CTU, CTD y CTUD. • Transferencias de datos. • Flancos ascendentes y descendentes. • Operaciones aritméticas. • Etc.

No obstante, hay diferencias a la hora de tratar las señales analógicas (entradas/ salidas con las instrucciones SCALE/UNSCALE), el reloj incorporado en la CPU, el byte de marca de sistema y, por ejemplo, diferentes tipos de datos para las instrucciones de comparación. Para estudiar las diferencias de programación reseñadas, se necesita configurar el autómata S7-314C 2PN-DP definido anteriormente. Dentro de TIA Portal, en la Vista de proyecto, Dispositivos y redes, Vista de dispositivos, se añade en el slot 1 una PS. En el slot 2 se inserta la CPU compacta 314C 2PN-DP y, por último, en el slot 4 se añade un módulo de simulación con 16 pulsadores configurado para 16 entradas (según posición del tornillo).

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Unidad 1 · Autómatas programables S7-300

Figura 1.10. Autómata S7-314C 2PN-DP configurado en TIA Portal.

El módulo de Siemens 6ES7 374-2XH01-0AA0 es un simulador de entradas digitales, de salidas digitales o de entradas/salidas digitales. Esto significa que puede ser usado como se desee en cualquiera de las 3 configuraciones (DI 16, DO 16, DI8/DO8). Si se desea utilizar como un simulador de entradas digitales (DI16), se debe elegir dicha configuración del catálogo de hardware (por ejemplo, 6ES7 321-1BH02-0AA0).

Ejemplo 1.1 Realiza en el TIA Portal la programación del bloque principal OB1 del autómata S7-314C 2PN-DP considerado. Se desea activar mediante operaciones lógicas por bits una salida (Q124.0) cuando estén activas permanentemente 2 entradas a la vez (I124.0, I124.1), así como activar de forma intermitente por bits una salida (Q124.1) cuando esté activa permanentemente la entrada I127.0. En primer lugar, en la Vista de proyecto, Vista de dispositivos, doble clic en la CPU. En Propiedades se deben modificar los bytes asignados a la DI y a las DO para que empiecen en el byte 124. Lo mismo se debe hacer en el SM insertado en el slot 4 para que empiecen en el byte 127. No olvide activar el byte de marca de ciclo MB255 desde la Vista de dispositivos, Propiedades, General. Para verificar el cambio en el direccionamiento de entradas y salidas digitales del autómata, es interesante consultar la Vista general de dispositivos haciendo clic en el control lateral ►.

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Unidad 1 · Autómatas programables S7-300

También es interesante ajustar la dirección IP deseada para el proyecto. Se debe hacer doble clic sobre los puertos verdes de la CPU (Profinet) y escribir por ejemplo 192.168.2.90, junto con la máscara de subred.

A continuación, se deben declarar las entradas y salidas digitales necesarias en la programación en la Tabla de variables estándar.

La programación del bloque Principal (Main, OB1) es:

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Unidad 1 · Autómatas programables S7-300

En la Vista de proyecto del TIA Portal, basta ir a a Online, Simulación, Iniciar para que el programa realice la compilación del programa, conecte la CPU virtual (programa S7-PLCSIM) al PC e inicie el proceso para la Carga avanzada (hardware y software) en el PLC virtual.

En este caso, la CPU virtual debe tener cargadas las tarjetas de entradas digitales IB124 e IB127 y la tarjeta de salidas QB124. Además, se necesita la tarjeta de marcas internas MB255. La comunicación se realiza por el puerto PN disponible en la CPU 314C (protocolo TCP/IP). Por defecto, el estado de la CPU es en STOP.

La pantalla de Carga avanzada permite verificar la correcta comunicación entre el PC (TIA Portal) y el autómata (CPU virtual PLCSIM). En la pantalla se muestra la dirección IP del nodo de acceso configurado para el PLC_1 (192.168.2.90) y del dispositivo PLCSIM en la subred de destino (192.168.2.90).

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Unidad 1 · Autómatas programables S7-300

A continuación, se debe presionar el icono «Activar/desactivar observación» para establecer la conexión online, fijar el simulador PLCSIM en la pantalla (CPU virtual) presionando el icono de la chincheta y llevar la CPU virtual a RUN. Si la transferencia de la MB255 es correcta, se puede observar perfectamente cómo cambian los bits de la marca de ciclo MB255 en el simulador. En caso contrario, se debe hacer clic en el PLC en STOP, botón derecho del ratón y Cargar en dispositivo, Todo (configuración hardware y software).

1.4. Tratamiento de señales analógicas en S7-300

Configuración de las entradas y salidas analógicas en el S7-314C El rango de los parámetros de las entradas analógicas de tensión e intensidad (canal 0 a 3), así como los valores por defecto, se indican en la figura siguiente. Se puede trabajar con transductores con entradas unipolares de tensión (0… 10 V) e intensidad (0… 20 mA; 4… 20 mA) y con entradas bipolares de tensión (± 10 V) e intensidad (± 20 mA). El canal 4, configurado en grados Celsius, sirve para conectar una sonda PT-100 (entrada de termorresistencia).

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Figura 1.11. Parámetros de las AI estándar.

El rango de los parámetros de las salidas analógicas de tensión e intensidad (canal 0 a 1), así como los valores por defecto, se indican en la figura siguiente. Se puede trabajar con actuadores con salidas unipolares de tensión (0… 10 V) e intensidad (0… 20 mA; 4… 20 mA) y con salidas bipolares de tensión (± 10 V) e intensidad (± 20 mA).

Figura 1.12. Parámetros de las AQ estándar.

El uso de señales de tensión normalizadas presenta el inconveniente de las caídas de tensión en el cable, por lo que el transductor debe estar cerca del cuadro eléctrico donde se encuentre el módulo analógico. El uso de señales de intensidad normalizadas está más extendido, ya que permite grandes distancias desde el transductor al cuadro eléctrico. Además, permite reconocer fácilmente la rotura del hilo, ya que por debajo de 4 mA no llega lectura del transductor. Las tarjetas analógicas del S7 convierten, para la lectura de entradas analógicas, el valor analógico procedente del sensor o transductor en un valor digital de 16 bits que se almacena en la periferia del S7 (no confundir estos 16 bits con la resolución de la entrada analógica). Por tanto, las entradas analógicas se leen directamente de la periferia (PIW), no de la PAE (imagen del proceso de entradas). En el caso de las salidas analógicas, las tarjetas analógicas convierten un valor digital de 16 bits escrito directamente en la periferia de salidas (PQW) en una señal analógica mediante un conversor digital-analógico (conversor D/A). Los límites de lectura o rangos de medida de la palabra de datos para el procesamiento interno en el autómata del valor digital de 16 bits (signo + 15 bits, 215 = 32.768) son:

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Unidad 1 · Autómatas programables S7-300 Estado de lectura

Tensión en la entrada analógica

Valor de la entrada analógica

Desbordamiento positivo

>= 11,759

32.767

Rebase positivo

De 11,7589 a 10,0004

De 32.511 a 27.649

Valor nominal

De 10,0 a –10,0

De 27.648 a –27.648

Rebase negativo

De –10,0004 a –11,759

De –27.649 a –32.512

Desbordamiento negativo

<= –11,76

–32.768

Figura 1.13. Señal bipolar de tensión (+/-10 V).

Estado de lectura

Corriente (mA)

Valor de la entrada analógica

Desbordamiento positivo

>= 23,516

32.767

Rebase positivo

De 23,515 a 20,0007

De 32511 a 27649

Valor nominal

De 20 a 0

De 27648 a 0

Rebase negativo

De –0,0007 a –3,5185

De –1 a – 4864

Desbordamiento negativo

<= – 3,5193

– 32.768

Figura 1.14. Señal unipolar de intensidad (0 a 20 mA).

Estado de lectura

Corriente (mA)

Valor de la entrada analógica

Desbordamiento positivo

>= 22,815

32.767

Rebase positivo

De 22,810 a 20,0005

De 32511 a 27649

Valor nominal

De 20 a 4

De 27648 a 0

Rebase negativo

De 3,9995 a 1,1852

De –1 a –4864

Desbordamiento negativo

<= 1,1845

–32.768

Figura 1.15. Señal unipolar de intensidad (4 a 20 mA).

Programación de entradas y salidas analógicas Para tratar los valores analógicos obtenidos con las entradas analógicas integradas en la CPU compacta 314C, se utiliza la función «FC105 Scale» para realizar el escalado del valor digitalizado a la magnitud con la que se trabaja en el programa. SCALE: Escalar La instrucción «Escalar» convierte el número entero del parámetro IN en un número en coma flotante que se escala en unidades físicas entre un valor límite inferior y un valor límite superior. Los límites inferior y superior del rango de valores en el que se escala el valor de entrada se definen mediante los parámetros LO_LIM y HI_LIM. El resultado de la instrucción se deposita en el parámetro OUT. La instrucción «Escalar» utiliza la ecuación siguiente:

El estado lógico del parámetro BIPOLAR determina los valores de las constantes «K1» y «K2». El parámetro BIPOLAR puede tener los siguientes estados lógicos: • Estado lógico «1»: El valor del parámetro IN es bipolar y que está comprendido

en un rango de valores entre -27.648 y 27.648. En este caso, la constante «K1» tiene el valor «-27 648,0» y, la constante «K2», el valor «+27 648,0».

• Estado lógico «0»: El valor del parámetro IN es unipolar y que está comprendido

en un rango de valores entre 0 y 27.648. En este caso, la constante «K1» tiene el valor «0,0» y, la constante «K2», el valor «+27 648,0».

El estado lógico requiere una marca de 1 o de 0 (señal bipolar o unipolar) que se puede definir el bloque de organización OB100. 12

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Unidad 1 · Autómatas programables S7-300 Si el valor del parámetro IN es mayor que el de la constante «K2», el resultado de la instrucción se pone al valor del límite superior (HI_LIM) y se emite un error. Si el valor del parámetro IN es menor que el de la constante «K1», el resultado de la instrucción se pone al valor del límite inferior (LO_LIM) y se emite un error. Si el límite inferior indicado es mayor que el límite superior (LO_LIM > HI_LIM), el resultado se escala inversamente proporcional al valor de entrada.

Ejemplo 1.2 Se desea activar en el autómata S7-314C 2PN-DP una salida (piloto de aviso Q125.0) cuando la temperatura de un proceso supere los 34,2 °C. Para ello se dispone de una entrada analógica PIW800 (termopar J, con temperatura variable de 0 a 100 °C) y un convertidor de señal con salida configurable en tensión unipolar de 0-10 V. Se debe realizar la compensación del punto frío en el termopar. La entrada analógica PIW800 del autómata S7-314C 2PN-DP tiene una resolución de 11 bits más signo, con un rango total de palabra de datos de 0 a 27648. En la Vista de Proyecto del TIA Portal, Vista de dispositivos, se inserta la configuración del autómata utilizado S7-314C. La entrada analógica IW800, en el canal 0, se debe configurar como unipolar en tensión.

Se debe añadir en el OB100 la marca M254.0 (siempre cero) y la marca M254.1 (siempre uno). En el OB100:

La programación en el OB1 requiere definir previamente la Tabla de variables estándar.

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Unidad 1 · Autómatas programables S7-300

En el segmento 1 se fijan las condiciones de activación de la instalación con 2 pulsadores (SQ1_NO para la marcha y SQ2_NC para el paro), una marca interna M0.0 y un bit de salida Q124.0 para la señalización de marcha.

En el segmento 2 se realiza el escalado de la entrada analógica de temperatura cableada en el canal 0 (entrada PIW800). Se considera una tensión unipolar (parámetro BIPOLAR a 0). El resultado del escalado se guarda en la marca de doble palabra MD20.

En el segmento 3 se establece la comparación para la MD20 (valor real), de forma que cuando supere los 34,2 °C se active de forma intermitente la salida Q125.0.

MONITORIZACIÓN OFFLINE Arrancado el PLCSIM desde el TIA Portal y realizando la compilación y la carga avanzada (hardware y programa), se puede comprobar el funcionamiento del ejemplo realizando la conexión online con la CPU 314C 2PN-DP para activar la observación del programa En el PLCSIM la entrada PIW800 se define a través de una variable general. Si se añadiera en el PLC virtual las marcas M254.0 y M254.1 definidas en el OB100 se podría ver el estado de ambas.

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Unidad 1 · Autómatas programables S7-300

Si se carga un valor entero en la entrada PIW800 de 10000, se observa cómo se corresponde a una temperatura escalada de 36,168 °C. Como se cumple la condición impuesta, se activa la salida Q125.0 intermitentemente.

En la entrada PIW800 del PLCSIM se puede utilizar la opción de regulación de un entero. Basta fijar el valor mínimo y máximo de la barra de desplazamiento (Min = 0 y Máx = 27648) y, actuando sobre esta, se modifica de forma continua el valor analógico de la entrada PIW800. El valor se puede leer en la opción de Valor.

UNSCALE: Desescalar La instrucción UNSCALE «Desescalar» (FC106) desescala el número en coma flotante del parámetro IN en unidades físicas entre un valor límite inferior y un valor límite superior y lo convierte en un número entero. Los límites inferior y superior del rango de valores en el que se desescala el valor de entrada se definen mediante los parámetros LO_LIM y HI_LIM. El resultado se deposita en el parámetro OUT. La instrucción «Desescalar» utiliza la ecuación siguiente:

en un rango de valores entre −27.648 y 27.648. En este caso, la constante «K1» tiene el valor «−27648,0» y, la constante «K2», el valor «+27648,0».

• Estado lógico «0»: El valor del parámetro IN es unipolar y que está comprendido

en un rango de valores entre 0 y 27.648. En este caso, la constante «K1» tiene el valor «0,0» y, la constante «K2», el valor «+27648,0». 15

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Unidad 1 · Autómatas programables S7-300 Si el valor del parámetro IN es mayor que el del límite superior (HI_LIM), el resultado de la instrucción se pone al valor de la constante «K2» y se emite un error. Si el valor del parámetro IN es menor que el de la constante del límite inferior (LO_LIM), el resultado de la instrucción se pone al valor de la constante «K1» y se emite un error. Si el límite inferior indicado es mayor que el límite superior (LO_LIM > HI_LIM), el resultado se escala inversamente proporcional al valor de entrada.

Ejemplo 1.3 La regulación de velocidad de un ventilador de un túnel se realiza mediante un variador de velocidad controlado por la salida analógica PQW800 de un autómata S7-314C. El funcionamiento de dicho ventilador depende de la concentración medida de CO2 en el túnel, de forma que el arranque y regulación se realice para concentraciones por encima del 20 %. Se debe configurar la entrada analógica PIW800 para medida en intensidad con un rango de 4-20 mA, según las características del transductor de medida de la concentración de CO2 por infrarrojos. Este mide constantemente los niveles de CO2 del túnel (en PPM) dando una señal en intensidad de 4-20 mA proporcional a una concentración de CO2 del 0-100 %. En la Vista de dispositivos del TIA Portal, se debe configurar en intensidad la entrada y la salida analógica requeridas.

La salida analógica del autómata debe proporcionar la regulación en intensidad 4-20 mA para un variador de velocidad que acciona el motor del ventilador. Se requiere un contactor de marcha KM1 en el bornero de potencia del variador y, opcionalmente, un relé auxiliar KA1 para el sentido de giro del motor en el bornero de control del variador.

Para llevar a cabo la automatización deseada, se requieren los FC 105 y FC 106 (funciones de escalado para la entrada analógica y de desescalado para la salida analógica) y el OB100 en el arranque para tener siempre a cero una marca que indique que se trabaja con señales analógicas unipolares. El segmento 1 fija las condiciones para la activación (set) y la desactivación (reset) permanente de la instalación del túnel. La marcha se produce mediante el pulsador SQ1 (entrada digital I124.0) y el paro mediante el pulsador SQ2 (entrada digital I124.1) y el disparo del relé de falta del variador de velocidad (entrada digital I124.2). Se activa un piloto de señalización HM1 para indicar la marcha de la instalación.

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Figura 4.33. Ventanas de Avisos existentes.

Ejemplo 4.7 Añade avisos digitales y analógicos al proyecto HMI de una pantalla KTP 400 Basic color PN. Como antes, la instalación estará formada por 2 cintas transportadoras y un depósito con un transductor de nivel por ultrasonidos. Los contenidos de programación que se deben utilizar son los Avisos HMI (digitales y analógicos). SOLUCIÓN: En la programación del autómata se debe insertar un bloque de función FB5 AVISOS_ALARMAS para programar los avisos requeridos (digitales) y un bloque de datos global DB para definir las variables asociadas a los avisos configurados. En el DB se debe ir a Propiedades y quitar el acceso optimizado al bloque para, después, compilarlo.

La programación del bloque de función FB permita activar las variables definidas en el bloque de datos DB10 AVISOS.

OB1:

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En la pantalla KTP, en Avisos HMI, se deben configurar los avisos de bit (digitales). Para cada aviso se debe indicar un texto de aviso, la categoría del mismo (errores), la variable de disparo, el bit de disparo, la dirección de disparo, la variable de acuse HMI, el bit de acuse HMI y la dirección de acuse HMI. La variable de disparo (Avisos_HMI, de tipo UInt) se debe agregar en la Tabla de variables HMI de la pantalla. Esta variable es entera (2 bytes) y está asociada en el campo Conexión a la HM1_Conexión_1 configurada entre la pantalla KTP y el PLC. El Modo de acceso debe ser Absoluto para así poderla vincular con del DB AVISOS (DB10.DBW0). Esta variable es necesaria para los 2 avisos de bit definidos.

En la siguiente columna se debe indicar el bit de disparo correspondiente de la variable definida. Como es una variable entera, el bit de disparo debe empezar por el byte más significativo (por ejemplo, bit 8 para acceder de manera absoluta al bit DB10.DBX0.0).

También se pueden generar avisos sin necesidad de utilizar un DB global asociado. Por ejemplo, se pueden añadir 2 avisos de bit más para el principio y el final de la cinta transportadora 1 que indicarán que falta el objeto al principio o que se ha atascado al final. En este caso basta definir una marca de palabra MW50 (tipo Int) en la Tabla de variables estándar del autómata S7-1200 y 4 bits de la misma (desde M51.0) asociados a los avisos de bit que se desean crear.

Para lanzar el mensaje AVISO_OBJ_B1 se debe insertar un nuevo segmento en el OB1 para que, si tras 5 segundos de activarse la marca M1.0 (PAUTA_C1) no hay presencia de objeto en B1, se active el bit M51.0 de la marca MW50. Cuando se activa, el valor de dicho bit en la palabra MW50 es 1.

Para lanzar el mensaje AVISO_OBJ_B2 se debe insertar un nuevo segmento en el OB1 para que, tras 3 segundos de mantenerse activado el detector B2 en final de cinta, se active el bit M51.1 de la marca MW50. Cuando se activa, el valor de dicho bit en la palabra MW50 es 2.

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Por último, en los avisos de bit HMI se deben agregar los 2 textos de aviso asociados a la variable de disparo externa AVISOS_OBJETOS. Como bit de disparo se elige, en cada caso, el correspondiente a la estructura de la palabra MW50 (por ejemplo, la marca M51.0 será el bit 0 y la marca M51.1 será el bit 1).

Para la imagen DEPOSITOS se pueden configurar 2 avisos analógicos en función de valores de máximo y mínimo definidos en el depósito a través de la marca M_NIVEL (MW64). En cada aviso se debe definir además el Texto del aviso, el Valor límite deseado y el Modo del límite (superior o inferior al valor definido anteriormente). Para el aviso “Depósito casi vacío” se define un valor límite de 550 mm y el modo del límite como superior. Para el aviso “Depósito casi lleno” se define un valor límite de 80 mm y el modo del límite como inferior.

Uso de recetas Las recetas son combinaciones de variables afines para una cierta aplicación (parametrización de máquinas, productos con ingredientes combinados, datos de producción). La finalidad de las recetas consiste en transferir varios datos juntos al PLC.

Ejemplo 4.8 Se deben fabricar 3 tipos de bebidas (bebida, néctar y zumo de naranja) en la misma estación de envasado de una instalación elaboradora. Las relaciones de mezcla son distintas para cada una de las bebidas (registros), pero los ingredientes son siempre los mismos. Los datos para la fabricación estarán recogidos en la receta 1 MEZCLA. La cantidad de aroma (gramos) se añade de forma manual.

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Solución En el autómata S7-1200 se crea un bloque de datos DB global con los distintos elementos que componen la receta. En este caso, para la receta 1 MEZCLA se requiere definir los tiempos de apertura de las electroválvulas de los tanques para proporcionar los litros requeridos de Naranja y de Agua y los kilogramos de Azúcar. Se debe eliminar el Acceso optimizado del DB creado y compilarlo para tener definida la columna Offset.

También se creará un nuevo DB global TEMP_IMPULSO para definir la estructura de los 3 temporizadores de impulso TP requeridos. El tipo de datos requerido debe ser TP_TIME y ocupa 16 bytes por cada uno.

Nota: El temporizador TP se inicia con un flanco de señal ascendente. La salida Q se activa por el tiempo PT, independientemente de cómo evolucione la señal de entrada. La programación del tiempo de apertura de cada EV para cada ingrediente con los temporizadores de impulso TP definidos se realiza en un FB llamado MEZCLADOR. Como entrada de activación se utiliza el flanco positivo de una entrada digital I1.0 (pulsador de inicio de receta). Es necesario definir 3 salidas digitales para activar las electroválvulas y una adicional para el motor de la mezcladora (contactor KM1).

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OB1:

En el dispositivo HMI, en la carpeta Imágenes de la pantalla KTP se debe agregar una nueva imagen llamada RECETAS. Consultando las Propiedades, General, Patrón se observa que tiene el número 6 y que se le puede asignar la Plantilla_1 del proyecto. Además, en la imagen raíz se debe añadir un botón con el evento Pulsar, ActivarImagen para pasar a la imagen agregada. En esta imagen se añadirá un botón con el evento Pulsar, ActivarImagen para volver Atrás. Se agregará una nueva entrada en la Lista de textos existente.. Además, se modificará la plantilla tipo Plantilla_1 para configurar las Teclas de función (F1 con el evento Pulsar, ActivarImagen INSTALACION y F2 con un evento MostrarVentanaDeAvisos, Ventana de avisos_no_acusados).

Es interesante utilizar un botón para poder pasar a la imagen RECETAS con el evento correspondiente (tecla F3 configurada). En las teclas de función también se puede asignar permisos de operación, de forma que para entrar en la imagen RECETAS se deba tener, por ejemplo, permiso de administrador. Lo mismo se debería hacer con el botón RECETAS situado en la imagen raíz.

En el Árbol de proyecto del dispositivo HMI se debe ir a Recetas para crearla. En la pestaña Elementos se deben introducir los nombres (Nombre y Nombre de visualización) para el tiempo de apertura de EV para cada ingrediente, así como vincularlos en el campo Variable con el mismo ingrediente del DB RECETAS.

En la pestaña Registros hay que definir los diferentes productos que se crean con la receta (BEBIDA, NÉCTAR y ZUMO) y dar valores de tiempo (en milisegundos) para cada tipo variable en función del producto que se desee obtener.

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En la imagen RECETAS se debe insertar el Visor de recetas, situado en Herramientas, Controles. En Propiedades, General se debe vincular el visor de recetas a la Receta_1 creada (MEZCLA). En Registro de receta se debe utilizar una variable interna de la pantalla HMI “nombre_productos”, de tipo WString, creada a tal efecto.

Para poder visualizar bien los ingredientes de cada producto de la receta en el Visor, se debe reducir el Formato de texto y modificar la Vista simple (Longitud de campo y Filas con valor 2). Además, en la imagen RECETAS se requiere un campo E/S vinculado a la variable interna creada para que nos muestre el producto elegido en cada caso (Modo Salida).

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MONITORIZACIÓN ONLINE Paso 1: En la imagen RECETAS se selecciona el producto a fabricar. Haciendo clic en la flecha → se pueden transferir los valores de los componentes al DB RECETAS del controlador. Se debe dar a Enter.

Paso 2: Se debe establecer conexión online con el autómata y verificar la carga de tiempos asociados al producto elegido.

Paso 3: Activar la entrada digital real (o botón de la pantalla HMI) para que se ejecute la programación del bloque de función FB MEZCLADOR.

4.4. Definición de un SCADA El térmico SCADA (Supervisory Control and Data Adquisition) hace referencia a un programa o software que, a nivel de planta, permite la supervisión, control y registro de datos entre los dispositivos presentes en una aplicación industrial.

Figura 4.34. Pirámide de las comunicaciones.

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Unidad 4 · Dispositivos HMI y sistemas SCADA Por tanto, desde un programa SCADA se puede: • Recibir información detallada del proceso industrial en tiempo real (por ejem-

plo, señales digitales o analógicas visualizadas de manera gráfica).

• Ejecutar órdenes sobre el proceso industrial desde la pantalla táctil o pantalla

de control.

• Generar alarmas cuando las variables superen los límites normales. • Almacenar los datos recibidos y generar documentos de control como gráficos,

estadísticas, etc.

• Mantener la comunicación entre diferentes dispositivos.

Un programa SCADA no recibe directamente las entradas y salidas físicas del proceso industrial, pues para ello se debe utilizar un autómata o PLC. El programa SCADA se conectará directamente al PLC para interactuar sobre el proceso.

Figura 4.35. SCADA de un proceso industrial.

Para su programación se requiere tener instalado el WinCC Professional V13 SP1 para poder hacer uso, en Agregar dispositivos, de Sistemas PC con los WinCC Runtime Advanced y WinCC Runtime Professional.

4.5. Programación de un Sistema PC Una vez cargado en el proyecto un SIMATIC HMI Application con el RT Advanced, en la Vista de redes del TIA Portal se deberá insertar desde el Catálogo, Sistemas PC un módulo de comunicación Profinet, IE general (representa a la tarjeta de red del PC que se comunicará con el puerto PN/IE del autómata S7-1200). En la Vista de redes se debe crear una Conexión HMI en la subred 192.168.1.XXX entre el PLC y el sistema PC.

Figura 4.36. Configuración de un Sistema PC.

En Datos de red, Conexiones se verificará la conexión HMI creada.

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Figura 4.37. Conexión HMI en un Sistema PC.

Conectando el autómata a la tarjeta de red del PC, en Centro de redes y recursos compartidos, Conexiones Ethernet se debe definir en la tarjeta de red (CP IE) la dirección IPv4 como IP estática o fija. Para llevar a cabo la programación del sistema PC desde el HMI_RT_1 (Árbol de proyecto) se debe proceder de manera análoga. En la Administración de imágenes se agregará una plantilla tipo Plantilla_1 para, como mínimo, insertar un botón de sistema para salir del Runtime (RT). Se debe escoger desde Librerías globales, Buttons-and-Switches, Plantillas maestras, SystemButtons y seleccionar un SB_ExitRuntime. Al insertarlo se genera el Evento Hacer clic, PararRuntime. Se debe insertar una imagen inicial (raíz) en la carpeta Imágenes y, en Propiedades, General vincularla a la plantilla tipo creada Plantilla_1. También es necesario realizar en el Sistema PC la Configuración de runtime. En General se requiere definir la Imagen inicial y la Plantilla predeterminada. Si se trabaja con un portátil o pantalla de unas 15 pulgadas, interesa reducir la Resolución de pantalla a 800 × 600 y quitar el Modo de pantalla completa.

Figura 4.38. Configuración de runtime en un Sistema PC.

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Unidad 4 · Dispositivos HMI y sistemas SCADA En Teclado interesa activar la opción de Utilizar teclado de pantalla. Mediante la opción de abrir un Proyecto de referencia, en la imagen raíz del Sistema PC se copiará la imagen raíz “Cintas_ktp” con la dinamización del proceso (ejemplo 4.2). Si es necesario se eliminará la imagen raíz anterior y, en la nueva (con el número 1), se hará clic en Definir como imagen inicial. Si no hay más imágenes en el HMI_RT_1, se deberá eliminar el Evento existente (Creada, DefinirVariable) en la imagen raíz “Cintas_ktp” vinculado al número de imagen. Si es necesario, se deberá redimensionar los objetos copiados o insertarlos, así como eliminar la opción Transparente en Propiedades, Apariencia, Gráfico de los objetos Visor de gráficos.

Figura 4.39. Eliminar la opción Transparente en Visores de gráficos.

Desde el Proyecto de referencia también se debe copiar la Tabla de variables HMI en el Sistema PC y rellenarla con todas las variables requeridas. Tras realizar la carga del programa en el autómata S7-1200, se podrá iniciar el Runtime Advanced en el PC con el TIA Portal abierto para visualizar el correcto funcionamiento del sistema PC definido.

Figura 4.40. Runtime Advanced de un Sistema PC.

El WinCC Professional permite, además, utilizar el WinCC Runtime Loader para generar un paquete de archivos resultado de realizar la carga del Sistema PC generado sobre el propio PC. Al abrir el WinCC Runtime Loader se tiene disponible el Start Center que permitirá realizar la transferencia (Transfer) o iniciar un paquete de archivos ya existente (Start). En Settings se puede cambiar el idioma, el canal (Ethernet o MPI/Profibus) y el modo de transferencia (automático). También se puede ver la ruta donde se guardarán los archivos.

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Figura 4.41. Ajustes del Start Center (WinCC Runtime Loader)

En el TIA Portal, sobre el HMI_RT_1 existente, se debe seleccionar la opción de Cargar en dispositivo, Software (cargar todo). La Carga avanzada debe localizar el dispositivo con dirección IPv4 192.168.1.200 que es la propia tarjeta de red del PC (WinCC Runtime Loader) con esa misma dirección IP fija o estática.

Figura 4.42. Carga avanzada de un Sistema PC en el propio PC.

Cerrando el TIA Portal y disponiendo del Start Center abierto en el PC, para activar el Runtime Advanced del Sistema PC basta con hacer clic en Iniciar. Es posible copiar el paquete de archivos generado y ejecutarlo directamente o mediante un acceso directo en el propio PC (archivo pdata). También se puede copiar en cualquier otro PC que tenga definida la misma dirección IP fija en su tarjeta de red y tenga instalado el WInCC Professional V13 SP1.

Figura 4.43. Paquete de archivos generados con WinCC Runtime Loader.

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