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SISTEMAS SECUENCIALES PROGRAMABLES Sergio Ortiz Sausor José Manuel Espinosa Malea
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Sistemas secuenciales programables Primera edición, 2014 © 2014 Sergio Ortiz Sausor, José Manuel Espinosa Malea © 2014 MARCOMBO, S.A. www.marcombo.com Maquetación: Pol Creuheras Borda «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: 978-84-267-2104-4 D.L.: B-27677-2013 Impreso en España Printed in Spain
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Índice general
Unidad 1
Unidad 5
Sistemas combinacionales Descripción y programación con puertas lógicas �����������������������������������������������1 del autómata LOGO ������������������������������������������121 1.1. Sistemas de numeración. Conversión entre sistemas.............................. � 2
5.1. Descripción del módulo programable LOGO! ������������������������������������ 122
1.2. Sistemas de codificación.................................8
5.2. Conexiones del módulo programable LOGO! ������������������������������������ 126
1.3. Álgebra de Boole y funciones lógicas............9 1.4. Simplificación de funciones lógicas. Mapas de Karnaugh �������������������������������������� 19 1.5. Circuitos combinacionales con puertas lógicas ��������������������������������������� 25
5.3. Entrenador para el autómata programable LOGO! ����������������� 130 5.4. Entorno de programación para el LOGO! ���������������������������������������������� 132 5.5. Comunicación LOGO!-PC...........................134
Unidad 2 Bloques combinacionales �����������������������������������37 2.1. Codificadores..................................................38 2.2. Multiplexores...................................................46 2.3. Demultiplexores..............................................54 2.4. Decodificadores.............................................55
5.6. Programación de sistemas secuenciales con LOGO! ���������������������������� 136
Unidad 6 Descripción y programación del autómata S7-1200 ��������������������������������������191 6.1. Descripción del autómata programable S7-1200 ����������������������������������� 192
Unidad 3
6.2. Introducción al entorno TIA Portal �������������� 196
Sistemas secuenciales con puertas lógicas ���������������������������������������������67
6.3. Marcas de sistema y de ciclo. Cambio en el direccionamiento E/S ��������� 200
3.1. Definición y tipos.............................................68 3.2. Básculas o biestables.....................................68
6.4. Programación por segmentos en el autómata S7-1200 ������������������������������� 202
3.3. Registros de desplazamiento........................75
6.5. Entrenador para el autómata S7-1200.......204
3.4. Contadores ....................................................78
6.6. Detección automática de la CPU en autómatas S7-1200 ��������������������������������� 206
Unidad 4 Detectores y preactuadores ��������������������������������87 4.1. Introducción....................................................88 4.2. Entradas digitales a los autómatas programables ������������������� 88
6.7. Comunicación Ethernet entre un autómata S7-1200 y un ordenador ��������������������������������������������� 208 6.8. Programación de sistemas secuenciales con S7-1200 ��������������������������� 213
4.3. E ntradas analógicas a los autómatas programables ������������������� 95 4.4. Salidas digitales de los autómatas programables ���������������� 106 4.5. Salidas analógicas de los autómatas programables ���������������� 112 Anexo 1 - variador de velocidad (TECO T-VERTER E2-201-H1F)..................................114
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Unidad 1 Sistemas combinacionales con puertas lógicas
En este capítulo: 1.1. Sistemas de numeración. Conversión entre sistemas
1.4. Simplifi cación de funciones lógicas. Mapas de Karnaugh
1.2. Sistemas de codifi cación
1.5. Circuitos combinacionales con puertas lógicas
1.3. Álgebra de Boole y funciones lógicas
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Unidad 1 · Sistemas combinacionales con puertas lógicas
1.1. Sistemas de numeración
Conversión entre sistemas
Un sistema de numeración se puede definir como un conjunto de símbolos permitidos y las reglas que nos permiten generarlos, las cuales además nos van a indicar qué números son válidos y cuáles no dentro del sistema. Los sistemas de numeración existen desde muy antiguo, pues cada civilización humana a lo largo de la historia (romanos, árabes, griegos, fenicios, mayas, japoneses, etc.) ha ido desarrollando un sistema de numeración acorde a sus necesidades.
Fig. 1.1. Símbolos de numeración árabes
En la actualidad, con el desarrollo de la tecnología, se han debido crear nuevos sistemas de numeración técnicos pensados para las necesidades de funcionamiento de los equipos tecnológicos. En este sentido, se deben citar el sistema decimal, el sistema binario, el sistema octal, el sistema hexadecimal, entre otros. El sistema de numeración decimal, en base 10, es el más extendido y conocido por la mayoría de la población mundial. Como símbolos permitidos en el sistema se tienen el 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 y 9. Las reglas de utilización son sencillas, de forma que cuando contamos incrementando los símbolos y los agotamos (9), basta añadir una nueva columna a la izquierda (1x) y los reutilizamos empezando otra vez por el cero (10). Pasamos a unidades de segundo orden (decenas) y después, siguiendo esta regla, a las centenas, unidades de millar, decenas de millar, etc. Al utilizar potencias en base 10, el exponente de los dígitos situados a la izquierda de la coma es positivo (parte entera) mientras el exponente de los dígitos situados a la izquierda de la coma es negativo (parte fraccionaria). De esta forma, se pueden construir números como el 1.564,85 que, expresado en potencias de base 10, sería: 1.564, 8510 = 1·103 + 5·102 + 6·101 + 4·100 , + 8·10-1 + 5·10-2
Recuerda • • • Los sistemas de numeración son: • Decimal (del 0 al 9) • Binario (0 y 1) • BCD • Hexadecimal • Octal
El sistema de numeración binario actual, en base 2, se debe a los trabajos de Leibniz y, sobre todo, a los del matemático George Boole que desarrolló las reglas modernas o un sistema de lógica conocido como el Álgebra de Boole. Este sistema ha sido el fundamento para el desarrollo de los circuitos electrónicos basados en relés y conmutadores, los cuales a su vez han sido la base de múltiples equipos tecnológicos utilizados en la actualidad, como los autómatas programables o plcs. Como símbolos permitidos en el sistema binario solo se tienen dos dígitos o bits (binary digit) que son el «0» (cerrado) y el «1» (abierto). Mediante el bit se define la unidad mínima de información empleada. El bit permite representar, pues, solo 2 valores cualesquiera como cerrado o abierto, falso o verdadero, apagado o encendido, etc. Para poder representar más estados en un dispositivo digital, es necesario utilizar un número mayor de bits. Por ejemplo, con 2 bits y considerando base 2, se pueden representar hasta 4 estados diferentes (2n = 22 = 4, con n = 2) para interruptores:
2
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Unidad 1 · Sistemas combinacionales con puertas lógicas
!?C 4?C 5CDK> < @B9=5B? @?B <1 < @B9=5B? @?B <1 < @B9=5B? @?B <1 !?C !?C !?C 4?C 4?C 5CDK> 5CDK> 5CDK> < @B9=5B? @?B <1 < @B9=5B? @?B <1 4?C 0 !?C 4?C 5CDK> 0 !?C 4?C 5CDK> - Los dos están 0 1 - El primero por la 1 < @B9=5B? @?B <1 0 - El primero por la de- 1 1 - Los dos están «abiertos» derecha «cerecha5CDK está «abierto» «cerrados» S1295BD?CT S1295BD?CT 45B5381 45B5381 5CDK 5CDK está S35BB14?T S35BB14?T 45B5381 45B5381 5CDK 5CDK S1295BD?T S1295BD?T S1295BD?T S35BB14?CT S35BB14?CT S35BB14?CT S1295BD?CT 45B5381 5CDK S35BB14?T 45B5381 rrado» y el segundo H segundo H 5< C57E>4? S1295BD?T H 5< C57E>4? S1295BD?T H H y el5< 5< 5< C57E>4? C57E>4? H 5< C57E>4? S1295BD?T C57E>4? «abierto» «cerrado» S35BB14?T S35BB14?T S35BB14?T Fig. 1.2.
Numeración binaria asociada a diferentes estados de 2 interruptores
Si se trabaja con una secuencia más grande (por ejemplo, 8 bits ordenados que equivalen a 1 byte), se pueden representar hasta 28 = 256 valores diferentes. En general, con un número n de bits pueden representarse hasta 2n combinaciones diferentes. En un byte, se debe considerar la posición que ocupa cada bit y su valor (de derecha a izquierda). El bit más significativo (MSB) es aquel que tiene un mayor peso o valor en el conjunto (situado más a la izquierda) y el menos significativo (LSB) el que menos peso tiene (situado más a la derecha). Como regla, cada vez que un bit se desplaza una posición hacia la izquierda vale el doble y cada vez que se mueve hacia la derecha vale la mitad.
Fig. 1.3. Estructura de un byte (8 bits)
7
6
5
4
3
2
1
0
Posición del bit
128
64
32
16
8
4
2
1
Valor según posición
Además del byte, en el sistema binario se trabaja con palabras (WORD) y con dobles palabras (DWORD). La palabra está formada por 2 bytes (16 bits) y la doble palabra por 4 bytes (32 bits).
Fig. 1.4. Estructura de un byte, una palabra y una doble palabra
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Unidad 1 · Sistemas combinacionales con puertas lógicas Conversión de decimal a binario Para realizar la conversión de decimal a binario, se debe dividir sucesivamente el número decimal entre 2, hasta realizar la última división cuando el número a dividir sea 1. Los restos de las divisiones se ordenan desde el último al primero (en orden inverso).
Ejemplo 1.1 Transforma el número decimal 8710 en binario. 87 ÷ 2 = 43 y el resto es 1; 43 ÷ 2 = 21 y el resto es 1; 21 ÷ 2 = 10 y el resto es 1; 10 ÷ 2 = 5 y el resto es 0; 5 ÷ 2 = 2 y el resto es 1; 2 ÷ 2 = 1 y el resto es 0; 1 ÷ 2 = 0 y el resto es 1; Ordenando los restos en orden inverso, el número binario buscado es: 10101112
Conversión de binario a decimal Para realizar la conversión de binario a decimal, empezando por la derecha, se debe desarrollar una suma de potencias en base 2 donde cada cifra (0, 1) multiplica a su potencia respectiva.
Ejemplo 1.2 Transforma todos los números binarios de 4 bits en su valor decimal. Número binario
Desarrollo
Valor decimal
00002
0·23 + 0·22 + 0·21 + 0·20
010
00012
0·23 + 0·22 + 0·21 + 1·20
110
00102
0·23 + 0·22 + 1·21 + 0·20
210
00112
0·23 + 0·22 + 1·21 + 1·20
310
01002
0·23 + 1·22 + 0·21 + 0·20
410
01012
0·2 + 1·2 + 0·2 + 1·2
0
510
01102
0·23 + 1·22 + 1·21 + 0·20
610
01112
0·2 + 1·2 + 1·2 + 1·2
0
710
10002
1·23 + 0·22 + 0·21 + 0·20
810
10012
1·2 + 0·2 + 0·2 + 1·2
910
10102
1·23 + 0·22 + 1·21 + 0·20
1010
10112
1·2 + 0·2 + 1·2 + 1·2
0
1110
11002
1·23 + 1·22 + 0·21 + 0·20
1210
11012
1·2 + 1·2 + 0·2 + 1·2
0
1310
11102
1·23 + 1·22 + 1·21 + 0·20
1410
11112
1·23 + 1·22 + 1·21 + 1·20
1510
3
3
3
3
3
2
2
2
2
2
1
1
1
1
1
0
Fig. 1.5. Valores decimales posibles con 4 bits
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Unidad 1 · Sistemas combinacionales con puertas lógicas Un número codificado en BCD (Binary-Coded Decimal o decimal codificado en binario) es la construcción de un número binario (secuencia de 4 bits), de tal manera que se pueda leer en él directamente un valor decimal. Cuando el número es de más de una cifra, hacen falta tantos números binarios como cifras para construir el número BCD. El número BCD no tiene por qué coincidir con el binario puro.
Ejemplo 1.3 Transforma el número 42910 en BCD y en binario 4
2
0100
0010
9 1001
110101101
DECIMAL BCD BINARIO
El sistema de numeración hexadecimal (Hex), en base 16, permite representar los números binarios debido a que un byte corresponde exactamente a dos dígitos hexadecimales (28 = 24 · 24 = 16 · 16). Se debe utilizar un símbolo (número o letra) por cada cuatro bits del sistema binario. Como símbolos permitidos en el sistema se tienen el 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E y F (16 símbolos alfanuméricos). Los diez primeros dígitos hexadecimales se corresponden con los decimales y, a continuación, se añaden las seis primeras letras del alfabeto latino hasta completar el total de 16 símbolos. Decimal
Binario
Hexadecimal
Octal
010
00002
016
08
110
00012
116
18
210
00102
216
28
310
00112
316
38
410
01002
416
48
510
01012
516
58
610
01102
616
68
710
01112
716
78
810
10002
816
108
910
10012
916
118
1010
10102
A16
128
1110
10112
B16
138
1210
11002
C16
148
1310
11012
D16
158
1410
11102
E16
168
1510
11112
F16
178
Fig. 1.6. Correspondencia entre sistemas de numeración
5
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Unidad 1 · Sistemas combinacionales con puertas lógicas Conversión de binario a hexadecimal Para realizar la conversión de binario a hexadecimal, se debe agrupar de 4 en 4 el número empezando por el LSB. Si faltan dígitos, se debe añadir ceros a la izquierda. Basta aplicar la tabla de correspondencia y formar el número hexadecimal de izquierda a derecha.
Ejemplo 1.4 Transforma el número 10100010011100012 en hexadecimal 1010
0010
0111
0001
A
2
7
1
BINARIO HEXADECIMAL
El número hexadecimal equivalente es el A27116.
Conversión de hexadecimal a binario Para realizar la conversión de hexadecimal a binario, se debe reemplazar el número hexadecimal por el equivalente de 4 bits.
Ejemplo 1.5 Transforma el número 4CD716 en binario y en decimal 4
C
D
7
0100
1100
1101
0111
HEXADECIMAL BINARIO
El número binario equivalente es el 1001100110101112. El número decimal equivalente es 19.67110, pues haciendo el desarrollo se tiene que: 1·214 + 1·211 + 1·210 + 1·27 + 1·26 + 1·24 + 1·22 + 1·21 + 1·20 = = 16.384 + 2.048 + 1.024 + 128 + 64 + 16 + 4 + 2 + 1 = 19.671
El sistema de numeración octal, en base 8, utiliza como símbolos permitidos en el sistema el 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7. Cuando los agotamos (7), basta añadir una nueva columna a la izquierda (1x) y formar el número octal de izquierda a derecha. Conversión de binario a octal Para realizar la conversión de binario a octal, se debe agrupar de 3 en 3 el número empezando por el LSB. Si faltan dígitos, se deben añadir ceros a la izquierda. Basta aplicar la tabla de correspondencia y formar el número octal de derecha a izquierda.
Ejemplo 1.6 Transforma el número 11111100012 en octal 001
111
110
001
1
7
6
1
BINARIO OCTAL
El número octal equivalente es el 1.7618.
6
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Unidad 1 · Sistemas combinacionales con puertas lógicas Conversión de octal a binario Para realizar la conversión de octal a binario, cada dígito octal se convierte en su binario equivalente de 3 bits y se juntan en el mismo orden.
Ejemplo 1.7 Transforma el número 4278 en binario y en hexadecimal 4
2
7
100
010
111
BINARIO
100010111
BINARIO
1
1
7
OCTAL
HEXADECIMAL
El número binario equivalente es el 1000101112 y el hexadecimal es el 11716.
El código Gray o código binario reflejado es un sistema de numeración binario que se construye de forma que dos valores sucesivos solo se diferencian en uno de sus dígitos. Este código se emplea para poder simplificar funciones lógicas mediante mapas de Karnaugh. Estos mapas son una herramienta adecuada y válida para poder diseñar circuitos secuenciales y combinacionales. 1 bit
2 bits
3 bits
4 bits
0
00
000
0000
1
01
001
0001
11
011
0011
10
010
0010
110
0110
111
0111
101
0101
100
0100 1100 1101 1111
Recuerda • • •
1110 1010
La conversión de sistemas de numeración se utiliza para facilitar la lectura de cifras y para que las máquinas binarias puedan tratar entradas y salidas analógicas.
1011 1001 1000 Fig. 1.7. Códigos de Gray hasta 4 bits
Como resumen, en la figura 1.8, se consideran los diferentes sistemas de numeración definidos y las conversiones analizadas en los ejemplos.
7
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Fig. 1.8. Resumen de conversiones entre sistemas de numeraciĂłn
#
-
$ )
1.2. Sistemas de codificaciĂłn Un sistema de codificaciĂłn es aquel sistema que permite realizar el proceso de conversiĂłn de un sistema de datos inicial a un sistema de datos final (por ejemplo, convertir una seĂąal de tensiĂłn analĂłgica a una seĂąal digital codificada en binario o hexadecimal). Una seĂąal analĂłgica es un tipo de seĂąal que presenta valores de forma continua en el tiempo. Esta variaciĂłn puede venir dada por una funciĂłn matemĂĄtica, como en el caso de una onda senoidal, o por una variaciĂłn aleatoria. Esta conversiĂłn es bastante habitual, pues hay muchos transductores (de temperatura, de humedad, de aceleraciĂłn, etc.) cuya salida es una seĂąal analĂłgica normalizada de tensiĂłn o de intensidad. Las ventajas de esta conversiĂłn radican en la inmunidad al ruido de la seĂąal digital, asĂ como en su mayor facilidad para detectar y corregir errores. La conversiĂłn analĂłgico-digital indicada requiere de una etapa inicial de muestreo, de una etapa de discretizaciĂłn y de una etapa final de codificaciĂłn.
Ejemplo 1.8 Realiza la conversiĂłn A-D de una seĂąal analĂłgica de tensiĂłn. En la figura 1.9 se representa una seĂąal analĂłgica de tensiĂłn, que presenta diferentes valores a lo largo del tiempo. La conversiĂłn A-D requiere definir un tiempo para realizar el muestreo de la seĂąal (en este caso, 1 segundo). En la figura siguiente se realiza la discretizaciĂłn o digitalizaciĂłn de los valores muestreados.
97 %B?35C? 45 3?>F5BC9O> 1>1<O793? 4979D1<
Fig. 1.9. Proceso de conversiĂłn analĂłgico-digital
8
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Unidad 1 ¡ Sistemas combinacionales con puertas lógicas
97 %B?35C? 45 3?>F5BC9O> 1>1<O793? 4979D1<
Fig. 1.10. Proceso de conversiĂłn analĂłgico-digital
Por Ăşltimo, el proceso de codificaciĂłn requiere convertir la seĂąal discreta de valores decimales (0, 3, 5, 7, 7, 7, 6, 5, 4, 2, 0) en valores en cĂłdigo binario (BIN) o hexadecimal (HEX). La codificaciĂłn en binario (3 bits) de la seĂąal digitalizada es 000, 011, 101, 111, 111, 111, 110, 101, 100, 010 y 000. TambiĂŠn se puede realizar el proceso contrario, llamado conversiĂłn digital-analĂłgica. Es este caso, la conversiĂłn D-A parte de un conjunto de valores codificados en binario o hexadecimal, los convierte a valores decimales discretos y reconstruye la seĂąal analĂłgica correspondiente a partir de dichos valores muestreados.
Actividades propuestas 1. Convierte en binario y en BCD los siguientes nĂşmeros decimales: 5210; 14010; 59210; 1210 2. Convierte en hexadecimal y en octal los siguientes nĂşmeros binarios: 100110101102; 10101100012; 1000111112; 10111111102 3. Convierte en binario y en decimal los siguientes nĂşmeros hexadecimales: AF1216; 945CD16; 2213BB16; 123ABC16 4. Convierte en digital y en hexadecimal la seĂąal analĂłgica de tensiĂłn dada en la tabla. Esta seĂąal ha sido muestreada de 0,5 en 0,5 seg. Tiempo (seg)
TensiĂłn (V)
Tiempo (seg)
TensiĂłn (V)
0
0
2,5
22
0,5
54
3
19
1
62
3,5
25
1,5
14
4
36
2
2
4,5
37
1.3. Ă lgebra de Boole y funciones lĂłgicas El ĂĄlgebra de Boole es una metodologĂa lĂłgica para tratar variables binarias. El ĂĄlgebra estĂĄ formada por variables booleanas o lĂłgicas, cuyos estados binarios (1 y 0) son estados lĂłgicos, asĂ como Ăşnicamente tres tipos de operaciones lĂłgicas (la suma lĂłgica OR, el producto lĂłgico AND y la negaciĂłn NOT). La negaciĂłn NOT es la operaciĂłn que provoca el cambio de estado de una variable lĂłgica A. Se representa por A. Como ejemplo se puede considerar, inicialmente, un circuito formado por un pulsador P, con contacto auxiliar normalmente abierto, 9
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Unidad 1 · Sistemas combinacionales con puertas lógicas
Recuerda • • •
y una luz de señalización L. Para aplicar la negación sobre la variable P, basta sustituir el contacto auxiliar inicial por otro que sea normalmente cerrado.
El álgebra de Boole trata las variables binarias. La propiedad del sistema binario nos dice que el número de combinaciones es igual a 2n, siendo n el número de variables.
A
0
1
1
0
Fig. 1.11. Tabla de la verdad (negación)
Fig. 1.12. Circuito eléctrico y tablas de la verdad (negación)
A
P%
0
1
% L! 0
1
!
P !
1 0
! L 0
1
La suma OR es la operación lógica de adición sobre dos o más variables booleanas. Se representa como A + B, para dos variables. El resultado de la operación es 1, siempre que cualquiera de las variables tome el estado 1. Como ejemplo se puede considerar un circuito eléctrico formado por dos pulsadores (A, B) en paralelo, con contactos auxiliares NO, y una luz de señalización S. Se observa que A + 0 = A y que A + 1 = 1.
Fig. 1.13. Circuito eléctrico y tabla de la verdad (suma)
A 0 0 1 1
B
0
1 0
1
S=A+B
( 0
1
1
1
El producto AND es la operación lógica de multiplicación sobre dos o más variables booleanas. Se representa como A · B, para dos variables. El resultado de la operación es 0, siempre que cualquiera de las variables tome el estado 0. Como ejemplo se puede considerar un circuito eléctrico formado por dos pulsadores (A, B) en serie, con contactos auxiliares NO, y una luz de señalización P. Se observa que A · 1 = A y que A · 0 = 0.
10
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Unidad 1 · Sistemas combinacionales con puertas lógicas
A
0
0
0
0
1
1 1
Fig. 1.14. Circuito eléctrico y tabla de la verdad (producto)
B 1
P=A·B
% 0 0 0 1
En general, la relación que existe entre las variables booleanas consideradas se puede expresar mediante la función lógica F (u otra letra que represente dicha función). La función lógica se puede representar de diferentes formas, siendo las más habituales la tabla de la verdad, las expresiones algebraicas y la forma gráfica mediante símbolos.
Fig. 1.15. Función lógica F = f (A, B, C)
Además, para trabajar con las funciones lógicas derivadas de las operaciones del álgebra de Boole, es necesario conocer una serie de reglas, leyes y teoremas adicionales. REGLAS, LEYES Y TEOREMAS
EQUIVALENCIAS
Derivada de la negación
A = A;
Derivadas de la suma
A + 0 = A; A + A = A;
(paralelo)
A + 1 = 1; A + A = 1;
Derivadas del producto
A · 0 = 0; A · A = A;
(serie)
A · 1 = A; A · A = 0;
Ley conmutativa
Ley asociativa Ley distributiva Ley de absorción
Teorema de De Morgan
OBSERVACIONES
0 es el elemento neutro
1 es el elemento neutro
A + B = B + A;
Para la suma
A · B = B · A;
Para el producto
A + (B + C) = (A + B) + C = A + B + C; A · (B · C) = (A · B) · C = A · B · C;
Para la suma Para el producto
A · (B + C) = A · B + A · C; A + A · B = A; A · (A + B) = A; A · B = A + B;
Conversión de producto en suma
A + B = A · B;
Conversión de suma en producto
Fig. 1.16. Reglas, leyes y teoremas
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Unidad 1 · Sistemas combinacionales con puertas lógicas
1.3.1. Tabla de la verdad La tabla de la verdad es un método útil cuando el número de variables boolenas a considerar es reducido, pero deja de serlo si hay muchas variables (2n posibilidades, siendo n el número de variables). La tabla es única y contiene todos los valores posibles de la función lógica, dependiendo del valor de las variables boolenas.
Ejemplo 1.9 Elabora la tabla de la verdad del circuito considerado, formado por 3 pulsadores (variables booleanas A, B y C) y una luz de señalización L.
Circuito 1.9.a.
Circuito 1.9.b.
Tabla de la verdad:
A
B
C
L
A
B
C
L
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
1
0
0
0
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
0
0
1
0
0
0
Circuito 1.9.a.
Circuito 1.9.b.
1.3.2. Expresión algebraica Una expresión algebraica es la representación de una función lógica a través de sumas y productos lógicos de las variables de entrada de la función. La manera más sencilla de realizar la equivalencia es mediante la forma canónica, en la que se incluyen todas las variables de la función, usando los conceptos de minitérmino (m) y maxitérmino (M): • El minitérmino (m) es un producto lógico donde cada variable aparece una sola vez (negada o sin negar). Ejemplos: A · B · C; A · B · C; A · B · C; • El maxitérmino (M) es una suma lógica donde cada variable aparece una sola vez (negada o sin negar). Ejemplos: (A + B + C);(A + B + C); (A + B + C);
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Unidad 6 · Descripción y programación del autómata S7-1200 PR6.10: Arranque estrella-triángulo de dos cintas transportadoras para transporte de fosfatos Los contenidos que se desarrollan en esta práctica son la programación estructurada mediante bloques de función FB y bloques de datos DB individuales para cada motor en el autómata S7-1200. 1. Especificaciones del proyecto de automatización Se desea automatizar una instalación de transporte de fosfatos mediante dos cintas transportadoras. El arranque de estas cintas transportadoras se realizará de forma individual mediante un arranque estrella-triángulo. En cada motor, al accionar el pulsador de marcha PM se conectan instantáneamente el contactor de estrella KME y el contactor de línea KML. Para la conmutación de estrella a triángulo se debe considerar un tiempo T1, de forma que cuando transcurra salga el KME, temporice un tiempo adicional T2 y entre el KMT.
Fig. 6.93. Arranque estrella-triángulo para 2 cintas transportadoras
2. Realización de la tabla de variables ELEMENTO
DENOMINACIÓN
ASIG/ IN_M1
ASIG/ IN_M2
Pulsador de marcha
PM
I0.0
I0.3
Pulsador de Paro
PP
I0.1
I0.4
Relé térmico 95/96
FR
I0.2
I0.5
Marca de marcha de la instalación
M_MAR_INS
Contactor de línea
KML
Q0.0
Q0.3
Contactor triángulo
KMT
Q0.1
Q0.4
Contactor estrella
KME
Q0.2
Q0.5
HFR
Q0.6
Q0.7
Señalización de sobrecarga
ASIG/ OUT_M1
ASIG/ OUT_M2
ASIG/ MAR_M1
ASIG/ MAR_M2
M10.0
M20.0
Fig. 6.94. Tabla de variables para la práctica 6.10 para S7-1200
6. Programación en el autómata Como se trata de una práctica de programación estructurada se debe empezar creando un bloque de función FB1 para el motor M1, definiendo en la Interfaz del bloque las variables locales a utilizar y realizando posteriormente la programación del arranque estrella-triángulo en variables locales. Se requieren dos temporizadores DB para los tiempos T1_M1 y T2_M1.
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SistemasSec.indb 277
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Unidad 6 · Descripción y programación del autómata S7-1200 3. Esquema de potencia de la automatización
Fig. 6.95. Esquema de potencia de la práctica 6.10 para S7-1200
4. Esquema de conexiones para entradas y salidas del autómata
Fig. 6.96. Esquema de cableado de mando de la práctica 6.10 para S7-1200
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Unidad 6 · Descripción y programación del autómata S7-1200
Variables locales en el FB1
Para guardar los tiempos necesarios salida de la estrella y de entrada del triángulo para cada motor, se inserta un bloque de datos global DB1_TIEMPOS.
Programación del FB1:
5
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Unidad 6 · Descripción y programación del autómata S7-1200
Para el motor M2, se debe crear un bloque de función FB2 copiando los segmentos del bloque FB1 y modificando el segmento 2 para permitir tiempos diferentes T1_ M2 y T2_M2 mediante 2 nuevos temporizadores TON DB. También se modificarán el segmento 3 y el segmento 5 con los contactos de las salidas Q de los nuevos temporizadores definidos.
La programación en el bloque principal OB1 requiere arrastrar el bloque FB1 en el segmento 1 y el bloque FB2 en el segmento 2. Se deben utilizar las entradas y salidas definidas en la tabla de variables.
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SistemasSec.indb 280
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Unidad 6 ¡ Descripción y programación del autómata S7-1200
Actividades propuestas 1. Realiza la automatizaciĂłn del arranque temporizado a la conexiĂłn de dos motores asĂncronos trifĂĄsicos, mediante arrancador electrĂłnico SIRIUS. Al accionar el pulsador de marcha SQ1 NO, tras 3 segundos de pauta de reposo, se pone en marcha el motor asĂncrono trifĂĄsico M1 a travĂŠs del contactor KM1 y mediante el arrancador 1. Transcurridos 10 segundos de funcionamiento, se pone en marcha el motor asĂncrono trifĂĄsico M2 a travĂŠs del contactor KM2 y mediante el arrancador 2. Utiliza un Ăşnico temporizador a la conexiĂłn TON DB1. El accionamiento del pulsador de paro SQ2 NC provocarĂĄ la parada instantĂĄnea de la instalaciĂłn. El disparo del relĂŠ tĂŠrmico FR1 NC provocarĂĄ la parada solo del motor M1, mientras que el disparo del relĂŠ tĂŠrmico FR2 NC provocarĂĄ la parada solo del motor M2. Se debe seĂąalizar la marcha de cada motor (pilotos verdes HM1 y HM2) y el disparo de cada relĂŠ tĂŠrmico (pilotos rojos intermitentes HFR1 y HFR2).
2. DiseĂąa el automatismo secuencial para el circuito electroneumĂĄtico de la figura. Se utilizarĂĄn los sensores de los cilindros que se estime conveniente.
ELEMENTO Pulsador NO Marcha
Detector magn. -=/4- CA Dentro #@7>-0:= !" 1?1/?:= 8-39 19?=: Det. Mag. CA Fuera 1? -3 @1=- Det. Mag. CB Dentro 1? -3 19?=: Det. Mag. CB Fuera 1? -3 @1=- &:719:501 ) Solenoide CA. 24V. DC &:719:501 )
DENOM. PA
a1 a2 b1 b2 YA
YB Solenoide CB. 24V. DC - >1/@19/5- 01 2@9/:9-8519?: 1> <@1 /-0- La secuencia de funcionamiento es que cada vez A1D <@1 >1 ;@7>- # que se pulsa PA: L &@61?- ;51D- 1Âş = CA+ (Sujeta pieza)
L ?-7-0=- ;51D- 2Âş = CB + (Taladra pieza) L M &-71 .=:/- 01 ;51D- 3Âş = CB â&#x20AC;&#x201C; (Sale broca de pieza) M 5.1=- ;51D-
CA â&#x20AC;&#x201C; (Libera pieza)
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Unidad 6 · Descripción y programación del autómata S7-1200
3. Raliza el automatismo programado de la instalación electroneumática de la figura:
Elemento
Denominación
Asign_Entrada
1
Pulsador de paro NC
SQ1
I0.0
2
Pulsador de Marcha NO
SQ2
I0.1
B1 al B6
I0.2 a la I0.7
3
Detectores magnético NO (inicio y final de cilindros)
4
Cilindros de doble efecto
5
Válvulas 5/2
Asign_Salida
C1, C2 y C3 EV1, EV2 y EV3
Solenoide 1 (Sale cilindro 1)
SOL_1
Q0.0
Solenoide 3 (Sale cilindro 2)
SOL_3
Q0.2
Solenoide 5 (Sale cilindro 3)
SOL_5
Q0.4
Solenoide 2 (Entra cilindro 1)
SOL_2
Q0.1
Solenoide 4 (Entra cilindro 2)
SOL_4
Q0.3
Solenoide 6 (Entra cilindro 3)
SOL_6
Q0.5
Tabla de asignación de entradas/salidas 4. Diseña la automatización necesaria para el funcionamiento de la instalación:
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17/01/14 11:05
Unidad 6 · Descripción y programación del autómata S7-1200
Al activar el pulsador de marcha SQ1 NO se pone en funcionamiento la sirena de aviso H1 y, transcurridos 5 segundos, se pone en marcha la instalación (contactor KM1 y señalización HM1). Si la instalación está activada, se debe realizar el siguiente ciclo automático: • La cinta 1 está en marcha si los detectores B1 o B2 (capacitivos a 2 hilos 24 VDC) no tienen presencia
de material.
• La cinta 1 estará parada si los detectores B1 y B2 tienen presencia de material.
La activación del pulsador de parada SQ2 NC o el disparo del relé térmico FR1 NC del motor M1 provoca la parada instantánea de la instalación. El defecto térmico se debe señalizar mediante un piloto rojo intermitente HFR1. 5. Se desea realizar la automatización de una planta de llenado de limonada. La instalación consta de 3 depósitos de 100 litros, inicialmente vacíos, en los que se almacena el concentrado de limón (DEP1), el agua (DEP2) y la mezcla para envasar (limonada, DEP3). En los depósitos 1 y 2 hay instalado en la parte superior un transductor de ultrasonidos analógico 0-10 V para la medida del nivel de líquido. Los transductores de nivel tienen un rango de medida de 60 a 280 mm. La capacidad máxima del depósito (100 litros) se tara en una distancia de 80 mm. La instalación tiene 4 electroválvulas 24 VDC para controlar el llenado de los depósitos (EV1 para DEP1; EV2 para DEP2; EV3 y EV4 para DEP3). El depósito 3 se debe llenar con 20 litros de concentrado de limón y 80 litros de agua. La electroválvula EV5 a 24 VDC controla el llenado de las botellas que se mueven por la cinta transportadora.
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SistemasSec.indb 283
17/01/14 11:05
Unidad 6 · Descripción y programación del autómata S7-1200
La tabla de asignación de entradas y salidas digitales/analógicas y del resto de variables (orientativa) es:
Con los depósitos vacíos, al activar el pulsador de marcha SQ1 se pone en funcionamiento la instalación si no se ha producido ningún disparo por sobreintensidad en el relé térmico del agitador o de la cinta transportadora. Con la instalación en marcha, se deben activar automáticamente las electroválvulas EV1 y EV2 para proceder al llenado de los depósitos 1 y 2. Cuando la distancia de detección del líquido (concentrado o agua) en los depósitos 1 y 2 sea menor de 80 mm (100 litros), se deben desactivar las electroválvulas EV1 y EV2. Cuando ambos depósitos estén llenos, se debe temporizar 5 segundos para proceder a la activación de las electroválvulas EV3 y EV4 que llenan el depósito 3. Se deben desplazar 20 litros de concentrado de limón y 80 litros de agua para realizar la mezcla adecuada. En el depósito 3 hay instalados 2 detectores capacitivos PNP a 3 hilos NO para indicar nivel MAX (B1) y nivel MIN (B2). La electroválvula EV3 se cierra tras pasar los 20 litros de concentrado. La electroválvula EV4 se cierra tras pasar los 80 litros de agua. Cuando el depósito 3 esté lleno, se debe activar el agitador (motor 1) para homogeneizar la mezcla durante un tiempo de 3 segundos, después de los cuales se debe detener y arrancar la cinta transportadora (motor 2). El movimiento de la cinta se debe detener cuando el detector fotoeléctrico de barrera a 5 hilos B3 NO detecte presencia de botella. En ese instante, se debe abrir la electroválvula EV5 durante 5 segundos para llenar la botella de limonada. Transcurrido ese tiempo, se debe cerrar la EV5 y reemprender marcha la cinta transportadora para seguir llenando botellas hasta que no quede líquido en el depósito 3. En ese momento, con la cinta parada, se debe proceder a rellenar completamente los depósitos 1 y 2. 6. Realiza la regulación de una electroválvula, a través de la salida analógica QW80 de la tarjeta de señal SB 1232 AQ insertada en el plc S7-1214C AC/DC/Rly. La electroválvula está montada a la salida de un depósito en el que se tiene montado, en la parte inferior, un transductor de nivel por ultrasonidos. Los valores necesarios de mínimos y máximos de nivel se deben definir en un bloque de datos global DB1, junto con el rango de la palabra de datos para la salida analógica en tensión de QW80 (desde -27648 hasta +27648).
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Unidad 6 · Descripción y programación del autómata S7-1200
La entrada analógica IW64 (transductor de ultrasonidos) varía entre 50 y 350 mm (tensión de 0-10 V) y tiene una resolución de 10 bits, con un rango total de palabra de datos de 0 a 27648. La salida analógica QW80 (grado de apertura de la electroválvula) varía desde 0 %, para un nivel de 70 mm, hasta el 100 % para un nivel de 350 mm. Tiene una resolución de 12 bits, con un rango total de palabra de datos en tensión de −27648 a 27648.
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