Automatas_Programables_1

Instrumentacin y Control Industrial

Antonio Javier Barragn Pia Dpto. Ing. Electrnica, Sistemas Informticos y Automtica Universidad de Huelva

Autmatas Programables I 1/17h

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Los Automatismos surgen con la Revolucin Industrial (s. XIX y principios del XX).

Rels, Contactores, Temporizadores,..., son mecnicos y electromagnticos.

Al crecer los sistemas a controlar surgen mltiples inconvenientes:

- Armarios muy voluminosos.

- Probabilidad de avera muy alta.

- Dificultad para localizar las averas.

- Era necesario un alto stock de material para reparaciones (alto coste).

- Sistemas muy rgidos, poco flexibles.

En 1968 General Motors y Ford desarrollan el Autmata Programable Industrial (API o PLC).

- Los primeros poseen memoria cableada.

- Se incorporan microprocesadores al ncleo del PLC.

- Se incluyen mejoras (Velocidad, Memoria, PIDs, Servocontroles, Fuzzy, Redes,...).

Introduccin (I)

Sistemade

ControlPlanta

(Sistema a Controlar)Actuadores

Sensores

Salidas del

Sistema

Operadores




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Ventajas de los Autmatas Programables:

Instalacin y Programacin sencilla (mucho ms que la lgica cableada).

Los programas pueden reutilizarse y modificarse fcilmente.

La depuracin y correccin de errores es ms sencilla y pueden hacerse por simulacin.

La ampliacin del sistema slo requiere aadir los sensores/actuadores y modificar el programa.

Lgica Cableada Lgica ProgramadaFlexibilidad Baja AltaPosibilidad de Ampliacin Baja AltaConexiones y Cableado Exterior Muchas PocasTiempo de Desarrollo Mucho PocoMantenimiento Difcil FcilSimulacin No SCoste de Pequeas Series Alto BajoEstructuracin en Bloques Independientes Difcil Fcil

Introduccin (II)




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Autmata Programable.- Equipo electrnico, basado en un microprocesador o microcontroladorque, generalmente, tiene una configuracin modular, puede programarse en lenguaje noinformtico y est diseado para controlar procesos en tiempo real y en ambiente industrial.

El PLC juega el papel de Unidad de Control del Sistema de Automatizacin.

Incluye interfaces de Entrada y Salida para los niveles de tensin e intensidad industriales.

Es fcilmente programable.

Entradas.- Seales de Consigna y Sensores.

Salidas.- Seales de Actuacin sobre el sistema a controlar.

Hardware.- Suele ser estndar y modular, fcilmente ampliable y adaptado al ambiente industrial.

Tipos de Autmatas Programables.- Desde series pequeas y sencillas hasta series pensadas para grandes

industrias y sistemas de automatizacin.

Tendencia Actual.- Jerarquizacin en el control con PCs Industriales en los niveles superiores (Alta capa-

cidad de clculo y almacenamiento), utilizacin de Redes, interfaces hombre-mquina HMI,...

CAM.- Fabricacin Asistida por Computador (Computer Aided Manufacturing)

CIM.- Fabricacin Integrada por Ordenador (Computer Integrated Manufacturing)

Introduccin (III)




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Bloques deEntrada

Fuente deAlimentacin

Bloques deSalidaCPU

Interfaces

Dispositivosde Entrada

(Transductores)

Dispositivosde Salida

(Actuadores)

P erifricos Consola deP rogramacin

AG

PG

Arquitectura del Autmata Programable

Externa:

CPU.- Ejecuta el programa de usuario. Funcionamiento Interpretado (se decodifican las instruccionescuando se ejecutan, sentencia a sentencia).

- ALU- Flags- Contador de Programa (PC)- Decodificadores de Instrucciones y Secuenciador- Programa en ROM

Memoria.-- Programa Firmware y de Sistema (ROM o EPROM)- Memoria de Datos: entradas, salidas, marcas y marcas especiales (RAM)- Memoria de Objetos: temporizadores, contadores,... (RAM)- Zonas de Memoria Remanentes (no se pierde su valor al apagar el PC) (RAM con Batera)

Memoria dePrograma

Interfacesde Entrada Unidadde Control

CPU

Interfacesde Salida

Memoriade Datos Temporizadores Contadores

Otros Objetos(P IDs, Fuzzy,...)

Bus Interno

Interna:




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Conexin de Entradas y Salidas:

Conexin y Funcionamiento del Autmata Programable

InicializacinAutodiagnstico

Lectura de las Entradas Imagen de las Entradas

Ejecucin del Programa Imagen de las Salidas

Atencin a las Peticiones deComunicacin

Autodiagnstico

Escritura de las Salidas

Ciclo deScan

Ciclo de Ejecucin:

Mdulo deEntradas

M (Comn)

L+(Alimentacin)

1M

E 0.0 E 0.1 E 0.2 E 0.3 E 0.4 E 0.5 E 0.6 E 0.7

24 V

Mdulo deSalidas

N

L1

1L

A 0.0 A 0.1 A 0.2 A 0.3 A 0.4 A 0.5 A 0.6 A 0.7

220 V




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14 Entradas Digitales 10 Salidas Digitales Capacidad de Almacenamiento de 2000 Instrucciones en EEPROM Capacidad de Almacenamiento de 2 KB de Datos en RAM 256 KB para Marcas internas Tiempo de ejecucin aprox. de 0.8 Filtro de Entradas 128 Contadores/Temporizadores Aritmtica Fija y Flotante Ampliable hasta con 7 mdulos 2 potencimetros analgicos 2 Salidas de Impulsos 2 Interrupciones Temporizadas 4 Entradas de Interrupcin Hardware Programacin:

- Step 7 MicroWin- Comunicacin mediante cable PC/PPI (interfaz de RS-232 a RS-485) y modo Freeport

s instruccin

Caractersticas del Autmata Programable S7-200 (CPU 214)




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Tipos de Datos:

- Bit o BOOL.- Mnima unidad de informa-cin. (0 1)- Byte B.- 8 bits. (0 a 255)- Palabra W.- 2 bytes, 16 bits. (0 a 65535)- Doble Palabra D.-2 Palabras, 4 bytes, 32bits. (0 a 232-1)- INT.- Entero. (-32768 a 32767)- DINT.- Doble Entero. (-231 a 231-1)- REAL.- Real. (-1038 a 1038)

Sistemas Numricos:- Sistema Binario o base-2- Sistema Binario BCD- Sistema Hexadecimal- Cdigo ASCII de 7 bits

Programacin: Introduccin




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Programacin: reas de Memoria

rea Descripcin Bit Byte Palabra DoblePalabraPuede ser

RemanentePuede

Forzarsea

a. Impedir la modificacin del dato tanto por el programa como por el operador.

E Entradas digitales e imagen de proceso Lect./Esc. Lect./Esc. Lect./Esc. Lect./Esc. No SA Salidas digitales e imagen de proceso Lect./Esc. Lect./Esc. Lect./Esc. Lect./Esc. No SM Marcas Internas Lect./Esc. Lect./Esc. Lect./Esc. Lect./Esc. S S

SM Marcas Especiales (SM0-29 slo lectura) Lect./Esc. Lect./Esc. Lect./Esc. Lect./Esc. No NoV Memoria de Variables Lect./Esc. Lect./Esc. Lect./Esc. Lect./Esc. S S

T Valor actual del temporizador y bits del temporizadorBit TLect./Esc. No

Valor TactualLect./Esc.

No T0-31, T64-95 No

Z Valor actual del contador y bits del con-tadorBit ZLect./Esc. No

Valor ZactualLect./Esc.

No S No

HC Valores actuales del contador rpido No No No Slo Lect. No NoAE Entradas Analgicas No No Slo Lect. No No SAA Salidas Analgicas No No Slo Lect. No No SAC Acumuladores No Lect./Esc. Lect./Esc. Lect./Esc. No No




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Programacin: Direccionamiento de Memoria Direccionamiento de un Bit:

Direccionamiento de un Byte:

Direccionamiento de un Palabra:

Direccionamiento de una Doble Palabra:

- Ejemplos:E 0.0 Bit 0 del byte 0 de la imagen de las entradasAB 1 Byte 1 de la imagen de las salidas. Desde A 1.0 hasta A 1.7EW 0 Bytes 0 y 1 de la imagen de las entradas. Desde E 0.0 hasta E 1.7MD 1 Bytes 1, 2, 3 y 4 de las marcas internas. Desde M 1.0 hasta M 4.7

rea Byte . Bit

rea B Byte

rea W 1er Byte de la Palabra

rea D 1er Byte de la Doble Palabra

rea B W D rea Remanente por Defectoa

a. El rea remanente 1 no se utiliza por defecto.

E E0 a E7 E0 a E6 E0 a E4 0 V0 a V4095A A0 a A7 A0 a A6 A0 a A4 2 T0 a T31M M0 a M31 M0 a M30 M0 a M28 3 T64 a T95

SM SM0 a SM85 SM0 a SM84 SM0 a SM82 4 Z0 a Z127V V0 a V4095 V0 a V4094 V0 a V4092 5 M0 a M31


Universidad de Huelva


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Consulta KOP Smbolo KOP Operandos

Cierto si No hay tensin n (bit): E, A, M, SM, T, Z, V

Cierto si hay tensin n (bit): E, A, M, SM, T, Z, V

Cierto si No hay tensin, consulta directa n (bit): E

n (bit): E

n (bit): E, A, M, SM, T, Z, V

n (bit): E, A, M, SM, T, Z, V

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Programacin: Operaciones lgicas con Contactos Operacin ANDConexin Serie de Contactos

n n

Operacin ORConexin Paralelo de Contactos

n

CAntonio Javier Barragn Pia Dpto. Ing. Electrnica, Sistemas Informticos y Automtica

Cierto si hay tensin, consulta directa

Cierto tras un flanco de subida

Cierto tras un flanco de bajada

n

Operaciones Mixtasonexiones Serie y Paralelo de Contactos

n n

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n n

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rmticos y Automtica Universidad de Huelva


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Operandos

: E, A, M, SM, T, Z, V

: E, A, M, SM, T, Z, Vte): EB, AB, MB, SMB, VB, AC, constante, *VD, *AC

: E, A, M, SM, T, Z, Vte): EB, AB, MB, SMB, VB, AC, constante, *VD, *AC

: Ate): EB, AB, MB, SMB, VB, AC, constante, *VD, *AC

: Ate): EB, AB, MB, SMB, VB, AC, constante, *VD, *AC

: A

es lgicas con Salidas

A 0.1 E 0.0 E 0.1+( ) E 0.2 E 0.3 E 0.4+( ) E 0.5 =Antonio Javier Barragn Pia Dpto. Ing. Electrnica, Sistemas Info

Consulta KOP Smbolo KOP

Bobina, asignacin n (bit)

Set, puesta a 1 permanente n (bit)N (By

Reset, puesta a 0 permanente n (bit)N (By

Bobina, asignacin inmediata n (bit)N (By

Set, puesta a 1 permanente, inmediata n (bit)N (By

Reset, puesta a 0 permanente, inmediata n (bit)

Programacin: Operacion

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N

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R

N

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S_I

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R_I

EjemplosA 0.0 E 0.0 E 0.1( ) E 0.2+= A 0.0 =




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Realizar el siguiente programa y observar las salidas para todas las posibles combinaciones de las entradas

Programar, por separado, las siguientes funciones, dado:- P0 = Pulsador 0 (E 0.0)- P1 = Pulsador 1 (E 0.1)- Luz = Salida 0 (A 0.0)

Se desea que se active un aviso cada vez que se pulse sobre P0, cuando se pulse sobre P1 y est activo P3 ycuando se pulse P2 pero no est activo P1. Si est activa la seal de aviso y se pulsa sobre P3, se debe encen-der una segunda seal de aviso. Los pulsadores y salidas se encuentran conectadas como se indica:

- P0 = Pulsador 0 (E 0.0)- P1 = Pulsador 1 (E 0.1)- P2 = Pulsador 2 (E 0.2)- P3 = Pulsador 3 (E 0.3)- Aviso 1 = A 0.0- Aviso 2 = A 0.1

Luz P0 P1 P1+=

Luz P0 P1 P0 P1+=

Programacin: Ejemplos




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Bits de Marcas DescripcinSM 0.0 Bit siempre activo

SM 0.1 Bit activo slo en el primer ciclo.Muy til para inicializaciones

SM 0.2 Se activa durante un ciclo si se pierden los datos remanentes

SM 0.3 Se activa durante un ciclo cuando se pasa a modo RUN tras conectarse la alimentacin

SM 0.4 Reloj de 1 min. de periodo

SM 0.5 Reloj de 1 seg. de periodo

SM 0.6 Reloj de ciclo, activado durante un ciclo y desactivado en el siguiente

SM 0.7 Indica la posicin del selector de modos de operacin (OFF = TERM; ON = RUN)

SM 1.0 Activo cuando el resultado de algunas operaciones es cero

SM 1.1 Activo cuando algunas operaciones provocan un desbordamiento

SM 1.2 Activo si el resultado de una operacin es negativo

SM 1.3 Activo si se intenta dividir por cero

SM 5.0 Activo si se produjo algn error de E/S

SMW 22 Palabra que indica el tiempo del ltimo ciclo

SMB 28 Byte que almacena el valor del potencimetro analgico 0

SMB 29 Byte que almacena el valor del potencimetro analgico 1

Programacin: Marcas Especiales, SM




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AWL o SDL (Lista de Instrucciones):- Apropiado para usuarios avanzados con conocimientos de programacin- Complejo pero ms potente

LD E 0.0 AN E 0.1 = A 0.0

Programacin: Lenguajes de Programacin KOP o LADDER (Diagrama de Contactos):

- Apropiado principalmente para usuarios provenientes de la industria electrotcnica.- Sencillo e intuitivo

FUP o FBD (Diagrama de Funciones):- Apropiado para usuarios familiarizados con la tcnica de circuitos

Definicin de Smbolos: Para facilitar la programacin, STEP 7 y STEP 7 MicroWin permiten la utilizacinde Smbolos que representen las entradas, salidas, marcas, variables, etc. Slo hay que definirlos previamente.Se recomienda su utilizacin, ya que permite aclarar la programacin y un cambio en las conexiones no implicaratener que revisar todo el programa, sino slo cambiar la tabla de smbolos.




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S0Izq.Luz

S1Der.

P0

P1

4) Programar las Salidas con instrucciones OR(Slo 1 vez cada salida)

Programacin: Programacin de Mquinas de EstadoEjemplo:

1) Codificar los estado mediante Marcas Internas- El estado S0 se representar por la marca M 0.0 y

el S1 con la marca M 0.1- Se tomar S0 como estado inicial

2) Setear el Estado Inicial y Resetear el resto

3) Programar las condiciones de entrada y salidade cada estado




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Programar la siguiente mquina de estados, disear una secuencia de entradas para analizar elfuncionamiento de la mquina (accediendo a todos los estados mediante todas las combinacio-nes posibles) y aplicarlo para estudiar los resultados obtenidos:

- Qu sucede si se mantiene pulsado P0 cuando el sistema est en S0?- Responde tu programa al diagrama? Si no es as, busca una solucin para que s lo haga.

S0 S1A 0.0

S2A0.0A0.1

S3A 0.1

P0P0 + P2

P1

P0

P0 + P1 + P2

P1

P2

P1

P2

P1

P2

P2 + P1

Prctica 1: Ejercicio 1




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Disear la mquina de estados para que el sistema de la figura se comporte segn el siguienteesquema:

- Al pulsar sobre Marcha el vehculo se desplazar a la derecha hasta tomar con el final de carrera derecho.- Si se pulsa Marcha una vez iniciado el ciclo, no tendr efecto alguno.- Una vez pulse este final de carrera, cambiar el sentido de la marcha hacia la izquierda.- Al pulsar sobre el final de carrera izquierdo el vehculo se detendr hasta que se vuelva a pulsar Marcha.- Si en cualquier momento se pulsa Paro el vehculo se detendr automticamente, inicindose el proceso desde

el inicio al pulsar Marcha.- Si se pulsan simultneamente Marcha y Paro, el vehculo permanecer parado.

A 0.1

A 0.0

F.C.IE 0.2

F.C.DE 0.3

Marcha, E 0.1

Paro, E 0.0

Prctica 1: Ejercicio 2

Introduccin (I)Introduccin (II)Introduccin (III)Arquitectura del Autmata ProgramableConexin y Funcionamiento del Autmata ProgramableCaractersticas del Autmata Programable S7-200 (CPU 214)Programacin: IntroduccinProgramacin: reas de MemoriaProgramacin: Direccionamiento de MemoriaProgramacin: Operaciones lgicas con ContactosProgramacin: Operaciones lgicas con SalidasProgramacin: Programacin de Mquinas de EstadoProgramacin: Marcas Especiales, SMProgramacin: Lenguajes de ProgramacinProgramacin: EjemplosPrctica 1: Ejercicio 1Prctica 1: Ejercicio 2

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