Automatas programables PED2

7/24/2019 Automatas programables PED2

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AUTOMATAS PROGRAMABLES: ESTRUCTURA Y PROGRAMACIN

II Unidad Didctica

1. Indique los principios bsicos para el estudio y diseo sistemtico de un sistema de controlautomatizado (apartado 2.2 del libro, pg. 12).

Los principios bsicos del diseo sistemtico se basa en modelos de tipomatemtico y reglas de operacin que no admitan ambigedades:

1 - Dividir el sistema en bloques, a priori globales y posteriormente divididosen elementales.

2 - De cada bloque se define solamente las magnitudes de entrada y salida.

3 - Cada magnitud de entrada/salida representada por una variable de tipo lgicoo numrico.

4 - Para cada bloque hallar la funcin que relaciona las variables de entrada ysalida (funcin de transferencia) que puede ser lgica, algebraica o numrica.

5 - Dos bloques que tengan funciones de transferencia iguales se considerarnidnticos.


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II Unidad Didctica

2. Diferencias entre automatismos combinacionales y sec uenciales.

3. Realice el diseo del control de la planta embotelladora de la figura 2.44 (pg. 37) utilizandoGEMMA y GRAFCET. (Incluya las hojas necesarias para los grficos)

- En un sistema combinacional las salidas en un instante dependen solamente de lasentradas en ese instante, independientemente del estado inicial, mientras que en unsistema secuencial las salidas en cada instante dependen de las variables de entrada,del estado inicial del sistema y de su evolucin.

- En un sistema combinacional las funciones de transferencia son lgicas que relacionanlas entradas mediante combinacin de los operadores Y, O y NO. En el sistemasecuencial las funciones de transferencia siguen siendo lgicas, pero contienen variables

internas que guardan memoria del estado del sistema o de su evolucin anterior, por loque se aade el operador MEMORIA, siendo los nombres para la funcin memoriaSET (1) o RESET (0).

- El diseo de un automatismo combinacional se realiza mediante lgebra de Boole ylas tablas de verdad que refleje la relacin de cada salida con las entradas. El diseo deun automatismo secuencial es ms complejo, siendo necesario representarlo medianteun diagrama de flujo, siendo necesario tiles descriptivos que se han ido desarrollandosiendo el ms usado el GRAFCET (grfico funcional de control de etapas y transiciones).

Primero se realiza un GRAFCET de base, en el que disea lo que supondra elfuncionamiento en automtico y simplificado de la planta embotelladora.

11

12 22 32

b+

a+ b- c+

d+ g+

33 e+

e-

g-

e-

e+ f+

34

35

36

3713 a- 23 c-

Estacin 1 Estacin 2 Estacin 3

c1a1b0

a0b0c0e0g0

b1

g1

e1

e0

g0

e1


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Posteriormente se realiza un grfico GEMMA en el que se incluyen todas las fasesde la planta embotelladora, incluyendo la marcha y paro automticos, as como lassemi automticas y manuales necesarias.

Para ello hay que incluir nuevos detectores derecipiente, que son CP1, CP2, CP3 de presencia de recipiente en cada una de lasestaciones 1 (carga), 2 (llenado) y 3 (taponado), as como los elementos de mandoque se describen a continuacin con las respectivas seales que generan.

Selector MODO: Automtico ---------- ASemi automtico -- SAManual -------------- MA

Paro de Emergencia: ---------------------PE

Produccin: Marcha (S) Paro (R)------ M

Taponado: Manual -----------------------TM

Vaciado: Alimentacin automtica ---- AA

Selector estacin: Estacin 1 ---------- E1Estacin 2 ---------- E2Estacin 3 ---------- E3

(A1) Estado dereposo mquina

(F1) Produccin normal,segn GRAFCET base

Marcha autom.CP2CP3

(F2) Arranqueprogresivoestacin aestacin

Cp3

(F3) Vaciadoprogresivo

AA

Marcha autom.

Paro

MA

SA

(F4) Mandoseparado decadamovimiento

SA

A

(A4) Inicializacinmquina pormando movimientosseparados

Desde cualquierestado

MA

(A3) Limpieza yverificaciones

MAPE(F5) Marchasemiautomticaindependientepara cadaestacinE1, E2, E3

(A2) Acabar ciclohasta vaciar

M

M

(D2) Llenadoautomtico

Taponadoramanual

TM

Desde cualquierestado

PE

(D1) Parada de emergenciaParo de todas las salidasVlvula D cerrada por muelle

Produccin

Produccin

(D) PROCEDIMIENTOS DE FALLO DE PO

(A) PROCEDIMIENTOS DE PARO DE PO (F) PROCEDIMIENTOS DE FUNCIONAMIENTO


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Este grfico GEMMA puede ser ms completo an, ya que pueden definirse ms estadoque a priori no son necesarios, pero que pueden hacer el sistema ms depurado.

Sin embargo con ste grfico GEMMA es suficiente para definir todos los estados quese necesitan para el funcionamiento de la embotelladora, con l y con los nuevos elementosdefinidos se puede ampliar el GRAFCET de base a un GRAFCET que ya contempla losprocedimientos de marcha, paro y fallo, excepto el paro de emergencia, ya que se tratacmo una funcin aparte de rango superior. Tambin se observa que los estado A4 y F4

no estn contemplados, ya que no forman parte de ningn ciclo, por eso se ha previsto unaentrada desde cualquier estado.

11

12 22 32

b+

a+ b- c+d+ g+

33 e+

e-

g-

e-

e+ f+

34

35

36

3713 a- 23 c-

Estacin 1 Estacin 2 Estacin 3

c1(a1AA)b0

a0b0c0e0g0(AM+SAE1m)

b1

g1

e1

e0

g0

e1

si (AACP1)21

31CP2SA

CP2++(SAE1)

c0SAE2m e0SAE3m

CP3SATM

Cp3++SA+TM


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II Unidad Didctica

4. Explique la figura 10.2 (pg. 195 del libro) en la que aparece la relacin entre el usuario y laplanta en el proceso de la programacin y explotacin de un autmata. Indique los pasos que hayque seguir para programar el autmata.

5. Identifique las variables que intervienen en el proceso de la figura 10.3 (pg. 196 del libro)

Muestra la interrelacin entre el autmata, la planta y el usuario, de forma que el autmataque est compuesto de un hardware controlado por un software, a travs del losinterfaces E/S y de las seales A/D interacta con el proceso, la interactuacin con elusuario lo hace mediante un modelo de control y unidad de programacin, la cual constade un editor con el que se pueden codificar las instrucciones a travs de lenguajes deprogramacin y explotacin, que convertido en cdigo binario son interpretados por elsoftware (sistema operativo) del autmata.

Los pasos para programar el autmata son:1 - Determinar que hace el sistema de control y en qu orden, mediante diagrama de flujo,

descripcin literal o GRAFCET (u otra herramienta similar).2 - Identificar las seales E/S al autmata.3 - Representar median un modelo (algebraico o grfico) el sistema de control, indicando

las funciones, relaciones y secuencia.4 - Asignar direcciones E/S o internas a cada componente que aparece en el modelo.5 - Codificar la representacin en instrucciones inteligibles por la unidad de programacin.6 - Transferir las instrucciones a la memoria del autmata.7 - Depurar el programa y hacer copia de seguridad.

Las variables del proceso son:

- Valor de presin a1.

- Seal de pulsador C.

- Seal de pulsador D.

- Seal de final de carrera b0.

- Seal de final de carrera b1.

- Seal de final de carrera a0.


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E

S

S t retardo t < t retardo


II Unidad Didctica

6. Represente la descripcin literal del proceso que aparece en la figura 10.3 (pg. 196 del libro),utilizando:a) Diagrama de contactos.

b) Funciones lgicas.

7. Identifique los bloques secuenciales bsicos de programacin de un autmata, sus tipos, qu hacecada tipo y represente el diagrama temporal de cada uno.

(T1)

(b1)

Los bloques secuenciales bsicos son elementos pre-programados en la memoria interna del autmata, y son:

- Biestables: es un dispositivo que puede mantener indefinidamente su estado a 0 a 1 mientras el autmata permanezca enRUN y no se ordene su modificacin. Diagrama temporal:

- Temporizadores: son dispositivos capaces de retardar una orden de salida durante un tiempo en respuesta a una seal de

entrada, existen 4 funciones distintas cada una con un diagrama temporal diferente:1 - Impulso: la salida se mantiene activa mientras dure la seal de mando hasta uncierto tiempo mximo (tiempo de impulso).

2 - Retardo de conexin: la salida se retarda hasta que transcurra el tiempo de retardo.

3 - Retardo a desconexin: la salida conecta simultneamente con la entrada y se mantiene hasta el tiempo de desconexin.

4 - Monoestable, o conformador de impulsos: la salida se mantiene activa, una vez activada la seal de mando, durante untiempo constante e independiente de esta seal.

(b0)

(a1)

C

(a0)

D

A+

R B+

B- R

A-

a) b)C

D

&

&

A+ &

R

B+

a1

b1&

B-

R b0&

a0

A-

Set

Reset

Q

t

t < t impulso

E

S

t impulso

E

S

S t desconexin t desconexin

t

t impulso

E

S

t impulso


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II Unidad Didctica

8. Para los bloques funcionales de expansin, indique en qu consisten las funciones de carga ytransferencia, las de comparacin de datos, las lgicas e ntre palabras y las aritmticas.

- Contadores: es un dispositivo capaz de contar el nmero de cambios de nivel en una seal de entrada activando una seal de salidacuando se alcanza un valor prefijado. Hay dos tipos:

1 - Incremental: acumula el nmero de impulsos recibidos.

2 - Bidireccional (UP/DOWN): acumula la diferencia de los impulsos recibidos de cuenta ascendente y descendente.

- Registro de desplazamiento: est formado por una cadena de biestables conectados en serie, de forma que permiten el pasode bris de uno a otro sincronizado con una seal externa de reloj.

- Secuenciadores paso a paso: permite el control secuencial de procesos cuando estos pueden dividierse en pasos de ejecucinconsecutiva y condicionada.

Los biestables, registros y secuenciadores modifican la informacin de sus salidas segn la secuencia de sus entradas, mientrasque los temporizadores y contadores llevan asignadas dos informaciones numricas distintas (valores de preseleccin, tiempo ymdulo de cuenta, y los valores actuales).

Los bloques funcionales de expansin no estn pre-programados en la memoria interna, sino que sonmacro-instrucciones del lenguaje de programacin, y por lo tanto no estn limitados a una cantidad dentrode un programa, pero requieren mayor tiempo de ejecucin, son:- Funciones de carga y transferencia: permiten definir y desplazar informaciones entre registros internos,bloques secuenciales, direcciones E/S, etc., dicha informacin pueden ser constantes, variables, textos, etc.

Aplicaciones tpicas son:* Modificacin de preselecciones de temporizadores y contadores segn seales binarias de mando.

* Lectura de informacin digitales desde las entradas.* Salidas de informacin digital alfanumrica.* Apoyo a secuencias aritmticas.

Pueden desplazar bloques completos de datos como:* Inicializacin de reas de memoria, desplazamientos de bloques de datos (como tablas), acceso

secuencial a estructuras FIFO y LIFO sobre reas de memoria especficas.Los autmatas de gama alta pueden mover informacin entre la memoria interna del autmata ydispositivos externos:* Visualizadores (salida de mensajes), unidades externas de memoria, puertos serie y paralelo.

- Comparaciones de datos: comparan el contenido de dos informaciones numricas de 16 o 32 bits,activando una seal para los resultados: igual (=), menor (), estas seales pueden ser

predefinidas por el fabricante, o asignadas por el usuario. En algunos lenguajes tambin permiten losresultados menor o igual, mayor o igual o distinto. Estas instrucciones de comparacin operan sobrepalabras de 16 o 32 bits, pero algunos lenguajes permiten otras posibilidades referidas sobre la tablade palabras:* Comparaciones mltiples de tablas de datos entre s.* Bsqueda de una variable en una tabla (por comparaciones).* Determinacin del mximo o mnimo de una tabla.* Contaje del nmero de veces que una cadena de bits aparece en una tabla.

- Instrucciones lgicas entre palabras: tratan los datos en la palabra como cadenas de bits, que sonoperados dos a dos segn las funciones Y, O, O-exclusiva y NO. Estas instrucciones necesitan cuatrocampos para su programacin: Nombre de funcin, palabra operando 1, palabra operando 2 y palabra destino.


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9. Describa las coincidencias, las diferencias y la defini cin de las aplicaciones mono y multitarea yla programacin lineal y estructurada.

- Funciones aritmticas: son variables segn el autmata sea de gama baja, media o alta. Lasinstrucciones elementales a 16 bits estn disponibles en todas:

* Incrementos/decrementos.* Suma/diferencia.* Multiplicacin/divisin.

En autmatas de ms gama hay instrucciones ms avanzadas:

* Aritmtica en coma flotante.* Operaciones trigonomtricas.* Raz cuadrada.* Funciones estadsticas.

Los datos deben estar normalmente en BCD, aunque algunas admiten cdigos binarios.

* Definiciones:

- Tarea: conjunto de instrucciones ejecutables que describen un tratamientolimitado y completo sobre variables de proceso.- Aplicacin monotarea: aquella desarrollada sobre una tarea nica que contiene el totaldel programa con todas sus variables E/S y sentencias de operacin.- Aplicacin multitarea: aquella desarrollada sobre la divisin del programa en subconjuntosindependientes o no, que forman tareas aisladas.- Programacin lineal: considera el problema de control en su conjunto y lo programaescribiendo las instrucciones segn una secuencia lineal.- Programacin estructurada: aquella que divide la tarea a programar en subprogramas omdulos, que corresponden a tratamientos parciales y que son llamados durante elescrutinio desde un programa raz.

* Coincidencias y diferencias:

- Aplicaciones mono y multi tarea: Las estructuras mono tarea ejecutan peridicamente unatarea nica siguiendo un nico ciclo de operacin, mientras que las multitarea desarrollansimultneamente mltiples ciclos, que pueden o no ejecutarse peridicamente. Sin embargouno u otro recorre siempre la secuencia de pasos: adquisicin de entradas - escrutinio delprograma - actualizacin de salidas - servicio a perifricos.- Programacin lineal y estructurada: La lineal es la ms usada en mini y micro autmatas,las sentencias se ejecutan secuencialmente, hace uso de macros y de saltos de programa.La estructurada es ms verstil al descomponer la tarea de usuario en partes elementalesque contendrn tratamientos completos sobre variables, es muy til para el desarrollo deprogramas complejos y tiene ventajas a la hora de concebir y explotar un proyecto, sobretodo si se acaba trabajando de forma modular.


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10. Indique para qu sirven las instrucciones de salto y describa los distintos tipos que aparecen enel libro de Ballcels y Romeral.

11. Qu ventajas tiene la programacin estructurada?

Las instrucciones de salto con unas instrucciones de modificacin del ciclo que permitendividir un programa lineal en partes o bloques, y que pueden acortar tiempos de ciclo sino se cumplen ciertas condiciones o establecer programas alternativos dentro de unamisma secuencia lineal.

Se pueden diferenciar dos tipos de salto:- Condicional: la ejecucin depende de una seal.- Incondicional: la ejecucin sucede siempre en ese punto.

El salto estar definido entre dos posiciones que fijan su inicio y final, tanto si se usalenguaje grfico como literal.

El lenguaje literal est mejor adaptado usando instrucciones como IF...THEN...ELSE, o

DO...WHILE.

Durante una instruccin de salto, la variables internas y de salida no cambian, los contadoresmantienen el valor contado y las variables de mando o control de bloque funcional no sonconsultadas.

Los temporizadores si estn en OFF no se activa, pero si est activado puede continuarcorriendo, puede interrumpir el funcionamiento, o seguir funcionando pero no activar elcontacto de salida, segn sea el fabricante.

Tambin segn el fabricante pueden estar limitadas las instrucciones de salto: saltos slohacia adelante sin retorno, longitud de salto limitado a 127 posiciones, no admitir un saltodentro de otro, no fijarse un mismo destino para distintos orgenes de salto.

Las ventajas de la programacin estructurada son entre otras:

- Posibilidad de dividir la tarea en partes que pueden ser tratadas por separado, esto ademsgenera la opcin a que se puedan repartir la programacin entre varios programadores.

- Si el software de programacin lo permite se puede escribir los bloque en diferenteslenguajes.

- Las modificaciones de puesta a punto se agilizan.

- Se crean bibliotecas de mdulos o subrutinas que pueden ser usadas en otras aplicaciones.

- La documentacin y el propio programa es ms fcil de leer y entender.

- Todo esto no slo conlleva a una mejor productividad de los programadores, sino tambina una reduccin de costes de mantenimiento.


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12. Qu es una subrutina y para qu se emplea?

13. Qu es la programacin multitarea? Qu estrategias se emplean para gestionar este tipo deprogramacin en los autmatas?

Una subrutina es una unidad autosuficiente que se compila por separado y que puedeusarse por otros programas o subrutinas a partir de una llamada (CALL), y que esejecutada sin error de inicio a fin y sin ningn requisito previo. El inicio es identificadocon su nombre y el final queda identificado por la palabra RETURN.

Se usa cuando es una secuencia de instrucciones que aparece de forma repetitiva yasea en el mismo programa principal, o que aparece muy comnmente en muchosprogramas, de forma que en cualquier da ellos se pueda llamar a estas instruccionessimplemente con una llamada a su nombre.

Muchos fabricantes tienen sus propias subrutinas llamadas funciones como son operacionesaritmticas de alta resolucin (suma ADD, resta SUB, raz cuadrada SQRT, etc.),codificaciones y conversiones entre cdigos (conversin binario-BCD y viceversa, etc.),

operaciones lgicas entre palabras (AND/OR, transferencias y comparaciones, etc.).Las subrutinas, a diferencia de las macro, no incrementan la longitud del programacuando son llamadas, mejorando as el programa en legibilidad y ocupacin de memoria.

Se pueden establecer bibliotecas de subrutinas para su uso posterior.

La programacin multitarea es cuando se programan las operaciones entre variablesindependientes entre s en el tiempo en la que cada operacin se compone de unprograma principal, ejecutado de forma cclica peridicamente o no, y con la posibilidad

de subprogramas locales. Cada tarea cosntituye una entidad de programacin completacon sus propias entradas, salidas, etc., siendo el programa de usuario el conjuntode todas las tareas.

Existe un elemento supervisor que asigna los diferente recursos a cada tarea quepuede actuar decidiendo en cada instante que tarea estar activa, o gestionando elacceso a buses de distintos procesadores que ejecutarn en paralelo las tareas asignadas.

Hay varios mtodos de gestin de este tipo de programacin, aunque los ms usadosson el prioritario y el de gestin de tiempos.

En el prioritario, a cada tarea se le asigna una prioridad, y el gestor activa las tareaspor ese orden de prioridad entre las que lo solicitan. Es el mtodo ms usado en sistemasde tiempo real industriales.

En el mtodo de gestin de tiempo se asignan unidades de tiempo a cada tarea, queconstituyen el tiempo de ciclo deseado para las mismas, el autmata ir ejecutando tareassegn esta plantilla de tiempos.


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14. Codificar en cdigo AWL el siguiente diagrama de contactos:

A E 33.0

AN E 33.1

A E 33.2

O

A E 33.3

AN E 33.4

O E 33.5

= A 32.1


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15. Codificar en cdigo AWL el siguiente diagrama de funciones:

AN E 33.0

A E 33.1

AN E 33.2

O

A E 33.3

A E 33.4

ON E 33.5

= A 33.1


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16. Realizar un programa que genere una onda cuadrada, es decir que la una de las salidas delautmata tome alternativamente los valores 1 y 0 durante el mismo perodo de tiempo una vez quese activa una entrada. Se utilizaran para conseguirlo do s temporizadores. La seal de salida tendr lasiguiente forma:

I 1.0 T2 T1

T!-!0

S5T#10S TV BI

DE

R Q

T1

T!-!0

S5T#10S TV BI

DE

R Q

T1 Q 1.0

T2

1

2

3

Diagrama de contactos: Cdigo AWL:

A I 1.0AN T2L S5T#10SSD T1A T1L S5T#10SSD T2AN T1= Q 1.0


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17. Modificar el programa anterior para que el tiempo en el que la seal de salida valga 1 seadiferente al tiempo en que valga 0. En este caso la seal t iene la siguiente forma:

I 1.0 T2 T1

T!-!0

S5T#10S TV BI

DE

R Q

T1

T!-!0

S5T#5S TV BI

DE

R Q

T1 Q 1.0

T2

1

2

3

Diagrama de contactos: Cdigo AWL:

A I 1.0AN T2L S5T#10SSD T1A T1L S5T#5SSD T2AN T1= Q 1.0

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