2.- Automatas Programables Industriales-API PLC (1° clase de práctica)

REPUBLICA ARGENTINA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE ROSARIO

FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS, INGENIERIA Y AGRIMENS URA

DEPARTAMENTO DE SISTEMAS E INFORMÁTICA Laboratorio de Tecnologías Digitales e Informática Industrial

Sistemas Digitales Industriales

TEMA 2A

AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES(API-PLC)

Revisión A Julio 2010

SISTEMAS DIGITALES INDUSTRIALES

Autómatas Programables Industriales Página 2

AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES (API)

1.- INTRODUCCIÓN

Un autómata programable industrial (API) o un controlador lógico programable (PLC) es un sistema basado en un microprocesador concebido para ser usado en ambientes industriales, por lo que además de tener la arquitectura típica de este tipo de sistemas (CPUs, memorias, módulos de entradas y salidas y buses de interconexión),

• sus condiciones de funcionamiento y seguridad deben ofrecer una alta confiabilidad, estando preparado para reaccionar adecuadamente ante las diferentes situaciones presentes en los procesos productivos.

• deben cumplir con normas y especificaciones técnicas que garanticen su funcionamiento ante condiciones en muchos casos hostiles, como fuerte presencia de ruido electromagnético, altas o bajas temperaturas o en atmósferas de gran contaminación química, por citar algunas.

• deben presentar una oferta de operaciones (lógicas, secuencias, temporizaciones, conteos, etc) velocidad de procesamiento, capacidad de memoria, lenguajes de programación relacionados con la demanda de aplicaciones que funcionarán en ambientes industriales.

• debe diseñarse de forma tal que la conexión con el proceso a controlar sea rápida y sencilla por medio de entradas y salidas de tipo analógico y digital.

Definición IEC 61131 Un autómata programable es una máquina electrónica programable, diseñado para ser utilizado en un entorno industrial (hostil) que utiliza una memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones orientadas al usuario, para implementar soluciones específicas tales como funciones lógicas, secuencias, temporizaciones, conteos y funciones aritméticas con el fin de controlar mediante entradas y salidas, digitales y analógicas diversos tipos de máquinas o procesos

Limitaciones de los ambientes industriales Ambiente físico y mecánico Vibraciones y choques: afectan a los contactos y a las soldaduras Humedad superior al 80%: provoca condensaciones y acelera la corrosión Humedad inferior al 35%: genera potenciales eléctricos que alterna la lógica de control. Temperatura elevada o baja: afecta a la electrónica. Solución: aislamiento en cajas y barnizado de circuitos impresos Polución Química Gases corrosivos, vapores de hidrocarburos, polvos metálicos, minerales provocan corroción en circuitos impresos, potenciales cortocircuitos. Solución aislamiento en cajas y barnizado de circuitos impresos Perturbaciones eléctricas Las FEM provocadas por temperaturas, reacciones químicas, interferencias electromagnéticas provocan lecturas erróneas de entradas y evaluación aleatoria de la lógica de control Solución: Protección electromagnética



El origen de los API (PLC) se remonta al año 1968 por demanda de la General Motors Corp de EEUU. La empresa encarga el desarrollo de un equipo para brindar solución a los problemas de los automatismos electromecánicos o electrónicos concebidos para una tarea. (Baja confiabilidad, dificultoso mantenimiento, falta de flexibilidad para la implementación de nuevos funcionamientos, elevado tiempo de implementación).

En el siguiente ejemplo se observa como un PLC sustituye el conjunto de componentes eléctricos (circuitos de contactos y relés) que adecuadamente combinados implementan la lógica de circuito de control o mando. Esta lógica será implementada en este nuevo dispositivo como un programa de control. Es de destacar que aquellos componentes del circuito de mando empleados por el operador para comandar su funcionamiento como pulsadores, interruptores, límites de carrera, etc seguirán presentes en la implementación con PLC, cumpliendo la misma función. Asimismo los componentes del circuito de mando empleados para mostrar la información acerca del estado de activación o no de los componentes del circuito de potencia como lámparas y señalizadores acústicos también estarán conectados al PLC como salidas. Por último los componentes de los circuitos de mando utilizados para la activación de los circuitos de potencia como relés, contactores, válvulas solenoides, etc aparecerán también conectados al PLC como salidas.

K1

K1

K1

V1

L1

T1

K1

API

S1

S2

K2 K1 V1 L1

K1

K2

K1

CPU

Memoria

Automatismo eléctrico Autómata Programable

S1 S2

V1 L1

Modulo de entrada

Módulo de salidas

PROGRAMA 2

K1

K1

K1

L1

V1

API

S1

S2

K1 V1 L1

K1

K1

CPU

Memoria

Automatismo eléctrico Autómata Programable

S1 S2

V1 L1

Módulo de salida

Módulo de entradas

PROGRAMA 1

El primer PLC fue desarrollado bajo el liderazgo de Richard Morley, quien construyó en 1969 el primer PLC, el MODICON 084 con una capacidad de 256 I/O, una memoria de 4KB y 46 Kg. de peso



La incorporación masiva de los PLC a los ambientes industriales se debíó también, a que desde su concepción se tuvo en cuenta que el pasaje de las tecnologías cableadas a las programadas sea suave, facilitando su uso a personal calificado en la automatización cableada, para esto los primeros lenguajes de programación fueron semejantes a los utilizados en el diseño de los automatismos cableados bajo la norma americana NEMA

Como ya expresamos una de las cualidades mas importantes de los sistemas programables es su flexibilidad. En los dibujos anteriores observamos que una modificación en las especificaciones se implementará desarrollando un nuevo programa, no existiendo, para este ejemplo, modificaciones en el cableado

2.- ARQUITECTURA INTERNA Por tratarse de un sistema basado en microprocesador o microcontrolador sus bloques constitutivos (CPU, Memorias, I/O) tienen desde una mirada general funciones equivalentes a las ya conocidas. Analizaremos con mas detalle características de aquellos bloques, que por su particular uso, merezcan una ampliación. 2.1 CPU Es la responsable de la ejecución del programa desarrollado por el usuario y puede estar formada por uno o varios procesadores. Comercialmente la CPU abarca también a la memoria, puertos de comunicación, fuentes de alimentación y entradas-salidas integradas. En los siguientes dibujos observamos las CPU de un PLC compacto de uno semimodular y de uno modular. En los PLC semimodular y modular observamos un soporte sobre el cual se montan todas las partes que constituyen al PLC al que se denomina rack o bastidor. Sobre este soporte se adosa el bus de datos y direcciones por donde circula la información entre la CPU y sus periféricos, como así tamben la tensión que los alimenta. Si el PLC es de tipo compacto la vinculación entre la CPU y lasa posibles expansiones, se realiza por cable o enchufando el periférico a un terminal concebido para tal fin. Las partes se pueden fijar mecánicamente a través de un riel DIN.

PROGRAMA 1

-- S1 S2 K1

K1

K1

L1

V1

__ S1 S2 K1

K1

K1

V1

L1

T1

K1

T1

PROGRAMA 2



PLCs compactos PLCs semimodular

Unidad de control

Memoria de programa de

usuario

Registros internos

(Acu1, Acu2 )

EPROM O EEPROM

Temporizadores internos

Contadores internos

Matcas

Memoria ROM del SO

Imagen del proceso de entradas

Imagen del proceso de salidas

Entradas digitales y analógicas integradas

Salidas Digitales y analógicas integradas

Módulos de expansión PERIFERIA

CPU

BUS

Canal de comunicación

PLC Modular



2.2 Memorias Los PLCs cuentan con una combinación de memorias de solo lectura y de lectura escritura en alguna de sus tecnologías. Memorias de Programas: En las memorias de solo lectura puede almacenarse el programa de control o usuario y el sistema operativo. Para el programa de usuario existen otras alternativas como el uso de memoria RAM con batería, adecuada para el proceso de desarrollo o una EEPROM o FLASH para el programa depurado Los PLC cuentan con una forma de Sistema operativo (simple) para:

• Realizar la función de interfaz entre el programa de control del usuario y el hardware del autómata. para manejar fácilmente los recursos hardware del autómata (E/S, temporizadores).

• Realizar tareas como la carga del programa de usuario, el ciclo de E/S de variables Está grabado por el fabricante y no puede ser modificado por el usuario. En las memorias además se almacenan datos de diferentes tipos y de diferente cantidad de bits Memorias de datos (RAM): Posiciones de 1 bit :

• Memoria imagen entradas/salidas. Antes de ejecutar el programa de usuario el PLC guarda en esta zona de memoria el valor de las entradas, con esos valores ejecuta el programa y luego transfiere el valor final de las salidas

• Relés o marcas internas son utilizados como área de datos temporales, como salida de resultados de operaciones intermedias, y para controlar otros bits o registros, temporizadores y contadores.

• Relés auxiliares o marcas especiales mantienen información sobre señales necesarias para el sistema, como relojes, bits de control, flags de estados de la CPU, e información sobre el autómata (Run, Stop, Halt, errores, etc.). Estos relés pueden consultarse y utilizarse desde el programa usuario.

Posiciones de 8, 16 o más bits. • Temporizadores y contadores almacenan los valores de preselección y estado actualizados de

estos elementos. • Otros registros de uso general

2.3 Fuente de Alimentación Su función es proporcionar las tensiones necesarias para el funcionamiento de los diferentes circuitos del sistema, considerando que los autómatas están conformados por bloques que requieren diferentes tensiones y se encuadran en ambientes con un alto contenido de ruido electromagnético la alimentación se obtiene de varias fuentes separadas aislando la alimentación de la CPU de las entradas y de las salidas con fuentes separadas Pueden alimentarse con 220 V y desde ahí alimentar con tensiones de 5 v y 24 voltios al resto de los bloques internos. La fuente suele disponer de salidas para alimentar sensores y /o actuadores. En otros



casos la tensión que los alimenta puede ser de 24 voltios por lo que necesitará incorporar al sistema un modulo externo a la CPU y al resto de los bloques. 2.4 Interfaces de entrada y salida

Para que el PLC pueda realizar algo útil sobre el proceso es necesario sumar a los tres módulos anteriores de algún medio para su interconexión con el proceso que desea controlar. Para ello el PLC posee una serie de entradas y salidas integradas al modulo central y/o agrupadas en módulos de diferente tipo según su uso. 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: 2.4.1 Entradas y salidas digitales Son del tipo todo o nada, a través de ellas el PLC lee los valores de los sensores digitales del proceso. Están optoacopladas para protegerlas contra sobretensiones o sobreintensidades El sensor (todo/nada) actúa como un contacto que la cerrarse, aplica tensión a la entrada física del autómata. Típicamente 24 o 48 Vcc. Entradas: Corriente continua a 24 o 48 Vcc. Corriente alterna a 110 o 220 Vca. Salidas: a transitor, a relé, a triac a 220 Vca máximo.

Es posible también tener entradas en alterna. • En este caso, el voltaje alterno se rectifica mediante un puente de diodos. • El diodo D2 advierte al usuario de la activación de la entrada. • La red R2-C es un filtro paso-bajo que filtra la componente alterna de la señal (50- 60Hz). • Normal: Corriente alterna a 110 o 220 Vca.



Se muestra una interfaz de salidas a relé . • La principal ventaja de tener las salidas por relé es la capacidad de manejar cargas en alterna y contínua de forma muy sencilla.



2.4.2 Entradas y salidas analógicas Si el PLC necesita realizar la lectura de una magnitud de naturaleza analógica (temperatura, presión, peso, etc) la convierta a través de un módulo de entrada analógica en digital y la almacenara en la posición de memoria reservada para tal fin, para luego poder ser procesada internamente. Si la magnitud de salida a controlar es de naturaleza analógica el PLC la buscara en formato digital en la posición de memoria de salida reservada para tal fin y la convertirá en analógica a través del modulo de salida analógica. Las I/O analógicas típicas son de de 0- 10 V o 4-20 mA.

2.4.3 Otros módulos En aplicaciones mas específicas se podrá requerir módulos para:

� conteo de pulsos de alta frecuencia, � arranque de motores, � posicionamiento, � comunicación (Profibus DP, AS-I, Ethernet industrial, GSM GPRS etc.)

3.- AMBIENTE DE DESARROLLO INTEGRADO Para facilitar el proceso de desarrollo de una aplicación basada en un PLC los fabricantes ofrecen ambientes de desarrollo integrados como el Step 7 Microwin de Siemens, el PL7 de Schneider o RSlogix de Rockwell que corriendo sobre una PC facilitarán la edición, compilación, depuración, simulación y grabación sobre el PLC

4 FUNCIONAMIENTO Una vez que el programa de usuario o control se ha desarrollado y grabado en el PLC, al conectarlo a la fuente de alimentación puede funcionar de dos maneras: Stop: No ejecuta el programa de control Run: Ejecuta en forma indefinida el programa de control, grabado en su memoria, hasta pasar al modo Stop o hasta desconectarse de la alimentación. En este modo realiza el siguiente ciclo de funcionamiento denominado “ciclo de scan” o barrido

PC PLC

IDE

Cable de comunicación

Soft IDE



• LECTURA DE LAS ENTRADAS Guarda el estado de las entradas en una zona de memoria denominada “Memoria de entradas” o “ Imagen del proceso de entradas” o “Tabla imagen de entradas”. Si el sensor conectado a una de sus entradas esta activo, guardará un uno en la posición de memoria asignada a esa entrada y si no está activo guardara un cero en dicha posición. Si la entrada fuese analógica un CAD interno la transformara en un numero y ese valor será guardada en la posición de memoria asignada para esa entrada analógica. Las instrucciones del programa de control son ejecutadas sobre una imagen del proceso de entradas, por lo que si una vez iniciada la ejecución del programa una entrada cambia, solo será considerado ese cambio en el próximo ciclo de scan

• EJECUCIÓN DEL PROGRAMA DE CONTROL. Luego de leer las entradas, el sistema operativo del PLC hará ejecutar el programa de control en forma secuencial, comenzando por la primera instrucción del módulo de programa principal. En los PLC Siemens este módulo se denomina OB1.Esta ejecución secuencial no implica que el programa no pueda tener instrucciones de salto hacia delante o hacia atrás, subrutinas e interrupciones que rompan esta secuencialidad. La normal ejecución del programa de control hará que los valores de la memoria de datos vayan cambiando a medida que este avanza.

• TAREAS INTERNAS vinculadas a procesar peticiones de comunicación y autodiagnóstico de la CPU y el estado de los módulos de ampliación.

.

• ESCRITURA DE LAS SALIDAS. Luego de realizar las tareas antes indicadas se transfiere el contenido de las salidas almacenadas en la “Memoria de salida” o “Imagen de salida”, o Tabla Imagen de Salida” a los módulos de salida de manera que si la posición de memoria correspondiente a una salida es uno, la salida física del PLC se activará. Si se tratara de una salida analógica un Conversor Digital Analógico la convertirá en una tensión

4.1 Tiempo de barrido El tiempo que necesita el procesador para llevar a cabo este ciclo de funcionamiento se denomina tiempo de barrido o “scan time”.Los fabricantes en general informan el tiempo promedio necesario para ejecutar un programa de aplicación que contiene 1K (1024) instrucciones de lógica booleana. Los PLCs mas rápidos tienen un tiempo de barrido de menos de medio milisegundo. En los microautómatas S722X esta característica se especifica como velocidad de ejecución booleana y su valor es 0.22µseg por operación. En los PLC modelo TSX Micro este valor es de 0,15 µseg por operación .Para el PLC MicroLogix 1000 este tiempo se especifica 1.5 ms para 500 instrucciones de programa. La determinación exacta del tiempo real de barrido de un programa de aplicación requerirá del cálculo que insume al procesador la ejecución de cada operación utilizada y del tiempo que demandan las demás funciones que ejecuta la CPU. Este un tiempo dependerá del tipo de entradas, del tamaño del programa de control y de la CPU. En el tiempo total real además de los tiempos de la CPU (antes indicados) se deben considerar los tiempos de conmutación de los sensores, el tiempo de procesamiento de los módulos de entrada, los tiempos de los módulos de salida y el de los preactuadores y actuadotes, tiempos que en general pueden sumar un 80% del tiempo total



5 LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN Como todo sistema basado en un microprocesador, los PLC ejecutaran un programa de usuario que deberá residir en su memoria interna. Admiten ser programados en varios lenguajes de programación que sintetizaremos a continuación.

5.1 Diagrama de escalera (LD) (ladder) Aparece en los primeros PLC (1969) con el objetivo de facilitar la transición del personal de las empresas con una alta calificación en lógica cableada a una lógica programada. En el siguiente ejemplo se observa que este lenguaje es semejante al utilizado en la representación de circuitos de control implementados con tecnología electromecánica con la particularidad que la representación de los contactos y bobinas se ajusta a la norma americana NEMA 5.2 Lista de instrucciones (IL) , muy parecido al lenguaje assembler usado en la programación de microcontroladores.

7 6 5 4 3 2 1 0

Byte o Byte 1 0

I 1.3

Mem de

entradas

7 6 5 4 3 2 1 0

Byte o 0 Byte 1

Q0.1

Mem de

salidas

Programa de

control o usuario

I1.3 Q0.1

I1.3 Q0.1

PARA LOS CICLOS DE SCAN PREVIOS A CERRARSE LA LLAVE: al estar la llave abierta, la posición de memoria correspondiente a la misma adopta el valor cero. No hay continuidad entre I1.3 y Q0.1. La posición de memoria correspondiente a la salida Q0.1 esta en cero y la lámpara permanece apagada

PARA EL PRIMER CICLO DE SCAN POSTERIOR A CERRARSE LA LLAVE: Habrá un uno en la posición de memoria de la entrada correspondiente a la de la llave (I0.1). Al ejecutarse el programa de usuario, habrá continuidad entre el contacto NA I1.3 y la bobina Q0.1 Al finalizar su ejecución se transferirá el contenido de Q0.1 a la bornera de salida que corresponda a la conexión de la lámpara y esta se encenderá.

Mem de

entradas

7 6 5 4 3 2 1 0

Byte o Byte 1 1

I 1.3

Programa de

control o usuario

Mem de

salidas

7 6 5 4 3 2 1 0

Byte o 1 Byte 1

Q0.1



5.3 Diagrama de bloques funcionales (FBD), es un lenguaje gráfico que surge como una evolución de los diagramas utilizados por los ingenieros electrónicos para representar circuitos lógicos. 5.4 Literal estructurado o Texto estructurado (ET) es un lenguaje de alto nivel que surge de la adaptación del Pascal al control de procesos. 5.5 Gráfico de función secuencial (SFC) es una evolución del Grafcet (Grafo de comando etapa transición) utilizado para el modelado de sistemas secuenciales.



SFC surge de un trabajo realizado por la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) con el objetivo de publicar un estándar que normalice los PLC desde el punto de vista del hardware y del software. La norma IEC 61131-3 es la que hace referencia a los lenguajes de programación. Esta norma incorporo a los cuatro lenguajes ya conocidos una nueva versión de Grafcet dándole a este carácter de lenguaje de programación.

Los PLC según sus prestaciones pueden ser programados en algunos o todos estos lenguajes. Los PLC S722X admite tres de estos lenguajes el diagrama de contactos, ladder o KOP y el de lista de instrucciones o AWL y el de diagrama de funciones o FUP. Los TSX Micro admiten los cinco.

6.- CRITERIOS DE SELECCIÓN

La selección de un API dependerá de criterios que podemos agrupar en cuantitativos y cualitativos

6.1 Criterios cuantitativos Corresponden a características del autómata que pueden ser medidas y por lo tanto comparables

• Tiempo de barrido, el que dependerá directamente de la velocidad de la CPU. • Capacidad de entradas y salidas, cantidad máxima • Características de la entras y salidas, tipos • Módulos funcionales , posibilidad de uso de módulos para funciones específicas como

posicionamiento • Memoria de programa • Conjunto de instrucciones, sobre todo de operaciones no por todos ofrecidas (coma flotante) • Comunicaciones, para intercambiar información con otros módulos y otros autómatas • Periferia y programación, dispositivos auxiliares para facilitar tareas secundarias

6.2 Criterios cualitativos En al mayoría de los casos para llevar a cabo la elección final es necesario tener en cuenta otros criterios que son difícilmente medibles y por la tanto comparables. Estas características a la larga suelen definir la selección ya que hoy en día todos los fabricantes ofrecen equipos con características cuantitativas muy similares.

• Soporte para el desarrollo de programas. Información que el proveedor ofrece para superar los inconvenientes que puedan surgir durante el desarrollo. Criterio difícil de evaluar a priori.

• Fiabilidad de producto. • Normalización en planta. Capacidad del equipo para intercambiar información con equipos ya

instalados disponiendo de standares internacionales de comunicación. La tendencia actual es ofrecer cada vez mas equipos provistos de estas características, empezando a superarse la tendencia de “fidelizar” al cliente ofreciendo sistemas de comunicación y arquitecturas totalmente incompatibles con equipos de otros fabricantes.



• Compatibilidad con equipos de otra gama. Puede ocurrir que equipos del mismo fabricante pero de diferente gama no se puedan comunicar.

• Costo. Evaluación del valor apreciado. 7 INSTALACIÓN Finalizada la programación y pruebas de funcionamiento el PLC se debe instalar y realizar el cableado necesario de sensores y actuadores y demás periféricos como se muestra en la figura para un sistema de control centralizado en un PLC. Tema que ampliaremos en el próximo capítulo



8.- CPU 22X En la figura podemos observar la apariencia externa que presenta un autómata de la familia S7- 200. En este caso se trata de una CPU-222

8.1 Datos técnicos 8.1.1 Datos generales de la CPU (módulo central)



8.1.2 Memorias



8.1.3 Fuente de alimentación

8.1.4 Entradas digitales



8.1.5 Salidas digitales



8.1.6 Entradas analógicas (CPU 224)



8.1.7 Módulos de ampliación de I/O digitales

8.1.8 Entradas Digitales



8.1.9 Módulos de ampliación salidas digitales



8.2.- Uso de la memoria

El S7-200 almacena información en diferentes ubicaciones de memoria que tienen direcciones únicas. La memoria de las CPU S7-200 contiene, además del programa del usuario y del programa del sistema, áreas de datos destinadas a usos específicos ó generales. La dirección de memoria a la cual se quiere acceder puede identificarse explícitamente: esto permite al programa del usuario tener un acceso directo a la información.

Las principales áreas se enuncian a continuación:

Área Uso

I Imagen de proceso de las entradas (TIE) Al comienzo de cada ciclo la CPU lee las entradas físicas y copia su estado en esta zona. El valor lógico (1 / 0) de cada bit en esta zona está en correspondencia con el estado físico (activada / desactivada) de la entrada correspondiente. Se puede acceder al registro de imagen de proceso de entrada tanto a nivel de bit como a niveles de bytes, palabras ó palabras-dobles.

Q Imagen de proceso de las salidas (TIS) Al final de cada ciclo la CPU copia esta zona en las salidas físicas. El valor lógico (1 / 0) de cada bit en esta zona está en correspondencia con el estado físico (activada / desactivada) de la salida correspondiente. Los niveles de acceso son los mismos que para el área I.

M Área de marcas Pueden usarse como relés de control para almacenar el estado intermedio de una operación u otra información de control. Los niveles de acceso son los mismos que para el área I.

T Temporizadores Conteo de intervalos de tiempo, con resoluciones de 1/10/100 mseg. A cada Temporizador se le asocian dos variables:

• Valor actual: entero con signo en 16 bits. Contiene la cantidad de tiempo contada por el Temporizador

• Bit de temporizado: se activa ó desactiva como resultado de comparar el valor actual con el valor de consigna (preset) especificado en la instrucción

El acceso a estas variables utiliza la dirección del Temporizador. La selección de valor actual ó bit de temporizado se efectúa automáticamente dependiendo del tipo de operando usado por la instrucción (operando tipo palabra / operando tipo bit).

C Contadores Conteo de cambios de estado de una entrada. El S7-200 provee 3 tipos de contadores: ascendente, descendente y combinado. Todos cuentan transiciones de bajo a alto en la entrada de conteo. A cada Contador se le asocian dos variables:

• Valor actual: entero con signo en 16 bits. Almacena la cuenta acumulada

• Bit de conteo: se activa ó desactiva como resultado de comparar la cuenta actual con el valor de consigna (preset) especificado en la instrucción

El acceso a estas variables utiliza la dirección del Contador. La selección de valor actual ó bit de conteo se efectúa automáticamente dependiendo del tipo de operando usado por la instrucción (operando tipo palabra / operando tipo bit).



AC Acumuladores Dispositivos de lectura/escritura que pueden usarse como memoria. Por ejemplo: pueden usarse para pasar parámetros a/de subrutinas, y para almacenar valores intermedios en un cálculo. El S7-200 provee cuatro acumuladores de 32 bits: AC0, AC1, AC2, y AC3, los cuales pueden accederse al nivel de byte, palabra ó palabra-doble. El tamaño queda determinado por la instrucción usada para acceder al acumulador.

V Memoria de variables Almacenamiento de resultados intermedios calculados por el programa, y de otros datos que pertenezcan al proceso o tarea actuales. Los niveles de acceso son los mismos que para el área I.

L Memoria Local

El S7-200 provee 64 bytes de memoria local, de los cuales 60 pueden usarse como memoria de trabajo ó para pasar parámetros formales a subrutinas.

La Memoria Local es similar a la memoria V con una excepción principal: la memoria V tiene un ámbito “global” (se puede acceder a la misma posición de memoria desde cualquier entidad de programa – programa principal, subrutina ó rutina de interrupción), en tanto que la memoria L tiene un ámbito “local” (la posición de memoria se asocia con una entidad de programa particular).

El S7-200 asigna 64 bytes de memoria L para el programa principal, 64 bytes para cada nivel de anidamiento de subrutinas, y 64 bytes para rutinas de interrupción.

• la asignación de memoria L para el programa principal no puede accederse desde subrutinas ó rutinas de interrupción

• una subrutina no puede acceder a la asignación de memoria L del programa principal, una rutina de interrupción, u otra subrutina

• una rutina de interrupción no puede acceder a la asignación de memoria L del programa principal, o de una subrutina

El S7-200 asigna la memoria L de acuerdo a las necesidades. Esto significa que mientras la porción principal del programa se está ejecutando, las asignaciones de memoria L para subrutinas y rutinas de interrupción no existen. Cuando ocurre una interrupción ó se invoca una subrutina, la memoria local se asigna según el requerimiento. La nueva asignación de memoria L podría re-usar las mismas posiciones de memoria L de una subrutina o rutina de interrupción diferentes.

La memoria L no se inicializa al asignarse, y puede contener cualquier valor. Cuando se pasan parámetros formales en una llamada a una subrutina, los valores de esos parámetros son colocados por el S7-200 en las posiciones adecuadas de la memoria L de la subrutina invocada. Las posiciones en la memoria L que no reciben un valor como resultado del pasaje de parámetros formales no se inicializan, y pueden contener cualquier valor durante la asignación.

SM Marcas Especiales Intercambio de información entre la CPU y el programa del usuario. Selección y control de algunas funciones especiales de la CPU, tales como: el bit de indicación de primer scan, un bit que conmuta a un ritmo fijo, otro que muestra el estado de instrucciones matemáticas u operativas, etc.



S Relés de Control Secuencial Organización de los pasos del funcionamiento de una máquina en segmentos equivalentes del programa (modelización similar a la de un GRAFCET). Permiten la segmentación lógica del programa de control. Se puede acceder a los bits S como bits, bytes, palabras ó palabras-dobles.

AI Entradas analógicas Conversión analógica a digital. El S7-200 convierte un valor analógico (temperatura, voltaje, …) en un valor digital en 16 bits. Dado que las entradas analógicas son palabras, y siempre comienzan sobre un número par de bytes (tal como 0, 2 ó 4) el acceso a las mismas (únicamente lectura) se indica mediante direcciones tales como AIW0, AIW2, o AIW4.

AQ Salidas analógicas Conversión digital a analógica. El S7-200 convierte un valor digital en 16 bits en una corriente ó un voltaje, proporcional al valor digital. Dado que las salidas analógicas son palabras, y siempre comienzan sobre un número par de bytes (tal como 0, 2 ó 4) el acceso a las mismas (únicamente escritura) se indica mediante direcciones tales como AQW0, AQW2, o AQW4.

HC Contadores rápidos Conteo de eventos a mayor velocidad que la de la exploración de la CPU. Cuentan eventos de alta velocidad independientemente del ciclo de scan de la CPU. Soportan un valor de conteo (valor actual) sobre un entero en 32 bits: el acceso al mismo se hace (únicamente) como una palabra-doble (32 bits), indicando la dirección del contador rápido (p.ej. HC0).

8.2.1 Declaración de constantes

Diversas operaciones requieren información que puede ser declarada como constante. Las CPU S7-200 soportan los siguientes formatos:

• Constante decimal: 20047 • Constante hexadecimal: 16#4E5F • Constante ASCII: ‘El texto se especifica entre comillas simples’

La CPU no efectúa determinación del tipo de datos ni comprobación de los mismos. Por ejemplo: la operación Sumar puede usar el valor en VW100 considerándolo como “entero con signo”, en tanto que la operación O-exclusiva puede usar el mismo valor considerándolo como “binario sin signo”.

8.2.2 Almacenamiento y recuperación de datos

El S7-200 provee una variedad de características que aseguran que tanto el programa del usuario como los datos son mantenidos apropiadamente en el PLC.

Memoria de Datos Retentiva: son áreas de de la memoria de datos que el usuario selecciona que permanezcan inalteradas durante un ciclo de energía (siempre que el super-condensador y las baterías opcionales no se hayan descargado).

Memoria Permanente: memoria no-volátil usada para almacenar el bloque de programa, bloque de datos, bloque del sistema, valores forzados, memoria M configurada para salvarse en caso de pérdida de energía, y valores seleccionados escritos bajo el control del programa del usuario.

Las únicas áreas de memoria de datos que pueden configurarse como “retentivas son: V, M, y valores actuales de Timers y Counters



Cartucho de Memoria: memoria renovable no-volátil usada para almacenar el bloque de programa, bloque del sistema, recipientes, registros de datos y valores forzados. Puede usarse el S7-200 Explorer para almacenar archivos de documentación (doc, text, pdf, etc.) en el cartucho, y también para realizar tareas generales de mantenimiento (copiar, borrar, directorios, etc). 8.3 Direccionamiento directo

Las CPU S7-200 almacenan información en diferentes áreas de la memoria que tienen direcciones unívocas. Es posible indicar explícitamente la dirección de un dato, con lo cual el programa puede acceder directamente a la información.

8.3.1 Direccionamiento de bit

Este tipo de direccionamiento se emplea en las operaciones binarias, tales como leer el estado de una entrada digital, fijar el estado de una salida digital, fijar el estado de un bit de marca interna, etc.

La dirección de un bit se especifica con el formato: A b . y, donde:

A:

identificador de área: • I = entrada • Q = salida • M = marca • V = variable • S = relé de control

secuencial • SM = marca especial

b:

dirección de byte (de 0 en adelante)

••••: separador

y: dirección de bit dentro del byte (de 0 a 7)

Así, por ejemplo, Q1.5 identifica una salida que reside en el sexto bit del segundo byte .

8.3.2 Direccionamiento de byte, palabra y palabra d oble

Este tipo de direccionamiento puede emplearse en algunas operaciones binarias, tales como las de enmascaramiento de bits en un grupo, pero su uso más amplio es para acceder a información numérica

La dirección se especifica con el formato: A T n, donde:

A: identificador de área (ver Direccionamiento de bit)

T: tamaño del dato • B = byte (8 bits) • W = palabra (2 bytes = 16 bits) • D = palabra doble (4 bytes = 32

bits)

n: dirección inicial del dato



8.3.3 Direccionamiento de la E/S Local y Expandida

La Entrada/Salida local provista por la CPU brinda un conjunto fijo de direcciones de E/S. Pueden agregarse puntos de E/S a la CPU conectando Módulos de Expansión de E/S, formando una cadena de E/S.

Las direcciones de los puntos del Módulo están determinadas por el tipo de E/S y por la posición del Módulo en la cadena, con respecto a los Módulos de E/S precedentes del mismo tipo. Por ejemplo: un Módulo de salida no afecta las direcciones de los puntos en un Módulo de entrada, y viceversa; igualmente, los Módulos analógicos no afectan el direccionamiento de Módulos digitales, y viceversa.

El espacio de registros de imagen de proceso para las E/S digitales se reserva siempre en incrementos de 8 bits (un byte). Si un Módulo no provee un punto físico para cada bit de cada byte reservado, estos bits no usados no pueden asignarse a Módulos subsecuentes en la cadena de E/S. Para Módulos de entrada, los bits no usados se ponen a cero en cada ciclo de actualización de entradas.

Los puntos de E/S analógica se asignan siempre en incrementos de 2 puntos. Si un Módulo no provee E/S física para cada uno de estos puntos, los mismos se pierden y no quedan disponibles para asignarse a Módulos subsecuentes en la cadena de E/S. Almacenamiento de palabra doble bit 31 bit 24 bit 23 bit 16 bit 15 bit 8 bit 7 bit 0

Byte más significativo Byte menos significativo

Almacenamiento de palabra (simple) bit 15 bit 8 bit 7 bit 0

Byte más significativo Byte menos significativo

Almacenamiento de byte bit 7 bit 0



8.4 Márgenes válidos para algunas de las CPUs S7-2 2X Direcciona-

miento Tipo de Memoria

CPU 221 CPU 222 CPU 224 CPU 226

V 0.0 - 2047.7 0.0 - 2047.7 0.0 - 5119.7 (V 1.22) 0.0 - 8191.7 (V 2.00)

0.0 - 5119.7 (V 1.23) 0.0 -10239.7 (V 2.00)

I 0.0 - 15.7 0.0 - 15.7 0.0 - 15.7 0.0 - 15.7

Q 0.0 - 15.7 0.0 - 15.7 0.0 - 15.7 0.0 - 15.7

M 0.0 - 31.7 0.0 - 31.7 0.0 - 31.7 0.0 - 31.7

SM 0.0 - 179.7 0.0 - 299.7 0.0 - 549.7 0.0 - 549.7

S 0.0 - 31.7 0.0 - 31.7 0.0 - 31.7 0.0 - 31.7

T 0 - 255 0 – 255 0 – 255 0 - 255

C 0 - 255 0 – 255 0 – 255 0 - 255

Bit

(Byte.bit)

L 0.0 - 59.7 0.0 - 59.7 0.0 - 59.7 0.0 - 59.7

VB 0 - 2047 0 - 2047 0 – 5119 (V 1.22) 0 – 8191 (V 2.00) 0 – 10239 (XP)

0 – 5119 (V 1.23) 0 – 10239 (V 2.00)

IB 0 - 15 0 – 15 0 – 15 0 - 15

QB 0 - 15 0 – 15 0 – 15 0 - 15

MB 0 - 31 0 – 31 0 – 31 0 - 31

SMB 0 - 179 0 - 299 0 -549 0 - 549

SB 0 - 31 0 – 31 0 – 31 0 - 31

LB 0 - 59 0 – 59 0 – 59 0 - 59

Byte

AC 0 - 3 0 – 3 0 – 3 0 - 3

VW 0 - 2046 0 - 2046 0 – 5118 (V 1.22) 0 – 8190 (V 2.00) 0 – 10238 (XP)

0 – 5118 (V 1.23) 0 – 10238 (V 2.00)

IW 0 - 14 0 – 14 0 – 14 0 - 14

QW 0 - 14 0 – 14 0 – 14 0 - 14

MW 0 - 30 0 – 30 0 – 30 0 - 30

SMW 0 - 178 0 - 298 0 - 548 0 - 548

SW 0 - 30 0 – 30 0 – 30 0 - 30

T 0 - 255 0 – 255 0 – 255 0 - 255

C 0 - 255 0 – 255 0 – 255 0 - 255

LW 0 – 58 0 – 58 0 – 58 0 - 58

AC 0 - 3 0 – 3 0 – 3 0 - 3

AIW 0 - 30 0 - 30 0 - 62 0 - 62

Palabra (Word)

AQW 0 - 30 0 - 30 0 - 62 0 - 62

VD 0 - 2044 0 - 2044 0 – 5116 (V 1.22) 0 – 8188 (V 2.00) 0 – 10236 (XP)

0 – 5116 (V 1.23) 0 – 10236 (V 2.00)

ID 0 - 12 0 – 12 0 – 12 0 - 12

QD 0 - 12 0 – 12 0 – 12 0 - 12

MD 0 - 28 0 – 28 0 – 28 0 - 28

SMD 0 - 176 0 - 296 0 - 546 0 - 546

SD 0 - 28 0 – 28 0 – 28 0 - 28

LC 0 - 56 0 – 56 0 – 56 0 - 56

AC 0 - 3 0 – 3 0 – 3 0 - 3

Palabra Doble

(Double Word)

HC 0 - 5 0 – 5 0 – 5 0 - 5



8.5.- Funciones Básicas 8.5.1.- Operaciones lógicas con bits 8.5.1.1.- 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. 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.

8.5.1.2.- Detectar flanco positivo y negativo

Forma de actuar:

✗ 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).

8.5.1.3.- NOT

El contacto NOT (NOT) cambia el estado de la entrada de circulación de corriente. La corriente se detiene al alcanzar el contacto NOT. Si no logra alcanzar el contacto, entonces hace circular la corriente.



8.5.1.4.- Asignar

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.

8.5.1.5.- Poner a 1, poner a 0 (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. 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.



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. 8.5.1.6 Enclavamiento Hasta este momento, habíamos considerado las entradas como interruptores, es decir, la salida permanece activada mientras la entrada esté cerrada (1 o nivel alto), pero qué ocurre cuando utilizamos pulsadores y queremos que la salida quede “activada permanentemente”. En estos casos, que representan la mayoría de las ocasiones, deberemos enclavar la salida o recurrir a la opción SET. No debemos olvidar que todo Set lleva asociado un Reset, a no ser que queramos mantener activada la salida siempre.

8.5.1.7 Marcas Hasta ahora solamente habíamos hablado de entradas (I) y de salidas (Q). Vamos a añadir un nuevo término llamado Marca, cuyo identificador de operando es: M . 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:



Consideraciones:

✗ Las marcas se utilizan 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). 8.5.1.8 .- 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:



8.5.2.- Operaciones de temporización

Podemos diferenciar entre tres tipos ✗ Temporizador de retardo a la conexión (TON). ✗ Temporizador de retardo a la conexión memorizado (TONR). ✗ Temporizador de retardo a la desconexión (TOF). 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 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 (Reset).



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.

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. Si un temporizador TOF se encuentra dentro de una sección SCR y ésta se encuentra desactivada, el valor actual se pone a 0, el bit de temporización se desactiva (OFF) y el valor actual no cuenta.

Estos temporizadores tienen tres resoluciones. La resolución viene determinada por el número



del temporizador:

El valor actual resulta del valor de contaje multiplicado por la base de tiempo. Por ejemplo, el valor de contaje 50 en un temporizador de 10 ms equivale a 500 ms. No se pueden compartir números iguales para los temporizadores TOF y TON. Por ejemplo, no puede haber tanto un TON T32 como un TOF T32. 8.5.3.- 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. ✗ 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).

✗ 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.



Bibliografía:

1) Sistemas digitales de control de procesos (Ing. Szklanny y Behrends) ( Cap 3 y 4 )

2) Ingeniería de la Automatización Industrial (Editorial Alfaomega-Ra-Ma) (Cap. 2, 5 y 6) 3) Autómatas Programables método, conceptos tecnológicos y ejemplos

prácticos (Enrique Mandado Pérez y otros) 4) Autómatas Programables una visión general UNIOVI (pdf) 5) Catálogo Manual de Sistema S7200 Siemens

2.- Automatas Programables Industriales-API PLC (1° clase de práctica)

Documents

Transcript of 2.- Automatas Programables Industriales-API PLC (1° clase de práctica)