automat 2013 [modo de compatibilidad]
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Automatización Industrial
VerificaVerifica
• • Programar autómatas programables utilizando algunos de los lenguajes del estándar
IEC61131,
• Ser capaz de analizar y diagnosticar problemas y de comprender las particularidades de la
programación en tiempo real y las consecuencias que ello tiene de cara a la programación.
• • Diseñar sistemas de control lógicos para procesos industriales utilizando las
herramientas GEMMA/GRAFCET
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herramientas GEMMA/GRAFCET.
• • Diseñar automatismos con componentes neumáticos y eléctricos.
Prácticas de la asignatura
15 horas (1 hora semanal ) laboratorio (lunes 12:00, martes 13:00, miércoles 13:00)15 horas (1 hora semanal ) laboratorio (lunes 12:00, martes 13:00, miércoles 13:00)
15 horas de aula (A1martes 9:00, A2martes 11:00)
Evaluación:
mínimo 4.0 (40% de la nota de prácticas) para compensar con el resto de la asignatura
40% examen revisión de las prácticas y problemas
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40% examen-revisión de las prácticas y problemas
60% trabajo de programación grafcet-gemma
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1. Introducción al control basado en autómatas programables
• Automatización industrial
• Procesos continuos y discretos
• Tipos de sistemas de control
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• El autómata programable: funcionamiento
cíclico y tiempo de respuesta
Automátización industrial
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3
• ¿Qué es automatizar?
• Automatizar. Utilización de equipos y técnicas para el gobierno de un proceso industrial de forma que el sistema funcione con poca o ninguna intervenciónsistema funcione con poca o ninguna intervención humana.
• Automatización. Sustitución del operador humano por un operador artificial en tareas físicas o mentales.
• Automatismo, sistema de control. Dispositivo o
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conjunto de equipos mediante el cual un aparato o sistema adquiere un carácter automático.
• Control. Manipulación de un sistema llamado planta mediante otro denominado sistema de control.
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4
Elementos de un Sistema de control en lazo cerrado
ENERGÍA
CONTROLADOR PLANTAACTUADORES
SENSORES
Comportamiento deseado salida
-
7
ELEMENTOS DE SEÑAL(parte de control)
ELEMENTOS DE POTENCIA(parte operativa)
Elementos de un sistema de control
• Planta. Proceso o sistema a controlar.
• Controlador o unidad de control (cabeza). Decide las ( )acciones a realizar para conseguir el funcionamiento automático y trabaja con señales de baja potencia.
• Accionamientos (músculos). Reciben las señales de baja potencia del controlador y las transforma en señales de alta potencia, aptas para accionar la planta.
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• Sensores. Convierten las magnitudes físicas de la planta en señales (normalmente eléctricas) para ser leídas por el controlador.
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Procesos continuos
Planta
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Sistema de control
Planta
¿Cómo son las plantas a controlar?
• Planta (parte operativa)Planta industrial, sistema de fabricación que transforma material en bruto en mercadería de calidad mediante la utilización de trabajo, energía y equipamientos adecuados.
• Tipos de plantas
Procesos de flujo continuo (procesos continuos). El proceso de fabricación mantiene un flujo continuo de materiales. Ej: plantas químicas, textiles, refinerías de petróleo, industria del plástico etc Dominan las operaciones con magnitudes continuas y
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plástico, etc. Dominan las operaciones con magnitudes continuas y elementos de control analógicos.
o Variables continuas en sus valores (analógicas)
o Variables que cambian continuamente en el tiempo
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Regulador analógico Regulador de Watt
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Utilizaban todo tipo de tecnologías (mecánica, neumática, eléctrica…) en desuso, salvo en aparatos sencillos (cisterna) o incluidos en el propio diseño del aparato (control pasivo)
Regulador digital (numérico)
Altura (metros)
Las variables son continuas y analógicas pero el regulador
AutómataProg. (PID)A/D D/A tiempo
AperturaVálvula %
tiempo
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Las variables son continuas y analógicas pero el regulador no lo es. El regulador es un dispositivo electrónico basado en una lógica binaria y que va adquiriendo los datos a base de muestrear las variables continuas del sistema. Los convertidores A/D y D/A se encargan de transformar las variables analógicas a señales procesables por el regulador.
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Procesos discretos
ROBOT 1 Cinta 2ROBOT 1
sensor 1
sensor 2
sensor 3
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Célula robotizada. Señales todo/nada
ROBOT 2 Cinta 2
¿Cómo son las plantas a controlar?
Procesos discretos. El proceso de fabricación se basa en operaciones que se realizan en instantes discretos de tiempo (eventos) Dominan los procesos discretosde tiempo (eventos). Dominan los procesos discretos con magnitudes lógicas y elementos de control todo/nada. Ej: industria del automóvil, electrónica, electrodomésticos, etc.
o Variables discretas en sus valores (lógicas)
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o Variables que cambian discretamente en el tiempo (eventos)
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¿Qué es físicamente un controlador?
•Un circuito electrónico (analógico o digital con sus puertasló i fli fl i )lógicas, sus flip-flops, sus memorias…)
•Un ordenador con un programa de control
•Un autómata programable
•Un sistema mecánico (cisterna)
•Un circuito eléctrico, el propio cableado implementa lalógica (relés contactores)
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lógica (relés,contactores)
•Un sistema neumático (donde las válvulas implementan la lógica)
•…etc.
Automatismo mecánico (analógico)
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9
Lógica cableada
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Lógica programada
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10
Automatismo electroneumático
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El autómata programable
Autómata programable o PLC (programming logicp g (p g g gcomputer):Equipo electrónico de control con hardware independientede la aplicación, capacidad de conexión directa a lasseñales de campo y programable por el usuario.
•Hardware independiente de la aplicación.
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•Hardware flexible•Lógica programable: microprocesadores•entradas y salidas•programa
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as s
MemoriaROM
Fuente de li t ió
El autómata programable: arquitectura interna
bus interno
Inte
rfaz
ent
rada
Inte
rfaz
sal
idasROMalimentación
CPU MemoriasRAM
ALU
entr
adas
salid
as
CPUALU
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Estructura física interna del autómata programable. Componentes de su hardware.
manomano
Funcionamiento en
2.Control en tiempo real con un autómata programable
PROGRAMA
grifo
vistaNivel aguaen vaso
grifo
vistaNivel aguaen vaso
Funcionamiento en tiempo real
¡¡Pero con un equipo basado en
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MICRO-P
grifo
Nivel aguaen vaso
equipo basado en lógica binaria, y en
programas ejecutados
secuencialmente!!
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Solución: Ejecución cíclica del programa
PROGRAMA
MICRO-P
grifo
h= altura líquidoSi h > hmax
Then grifo=0Elsegrifo =1end
comprobaciones
Lectura entradas
Ejecución programa Ciclo de
Nivel aguaen vaso
end
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Ejecución programa
Escritura salidas
Servicio periféricos
funcionamiento del autómata
Ciclo de funcionamiento
tensión
Comprobación hardware
Borrado de variables internas
INICIALIZACIÓN
Borrado de variables internas
Puesta a cero del “watchdog”
Comprobación conexiones y memoria
Correcto?NO
OP
ER
AC
IÓN
e
scan
)
COMPROBACIONES CÍCLICAS
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Lectura interfaz entrada
Ejecución programa
escritura interfaz salida
Servicio periféricos
error
CIC
LO D
E O
(cic
lo d
e
EJECUCIÓN PROGRAMA
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tensión
Comprobación hardware Bus, nivel batería, conexión memorias.
Borrado de variables internasPone a cero variable
internas excepto las protegidas por
batería,borra memoria imagen.
Inicialización de la
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memoria
Inicialización: menos de 1 segundo, sólo se realiza al aplicar tensión
Puesta a cero del “watchdog”
Reloj de guarda, comprueba que el ciclode funcionamiento no excede un valor
tope
Comprobación conexiones y memoria
Conexiones de niveles tensiones dealimentación, checksum, estructuras salto
correctas, códigos de instrucciones...
SC
AN
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, g
Procesos comunes del ciclo de scan: 1-2 ms
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Acceso interfaces entrada y salida: ~5ms en total
Lectura intefaz entradaEl tiempo de ejecución depende del
númerode entradas y salidas, de la longitud del
programa y del tipo de CPU:gama alta 4-80 s/instrucción
gama baja 0,4-2,4 s/instrucción SC
AN
Ejecución programa
escritura interfaz salida
27Ejecución programa dentro del ciclo de scan
Servicio periféricos Unidad de programación, impresorasservidores de comunicaciones…
tiempo : ~1-2ms
Memoria imagen de entradas/salidas
•Almacena las últimas señales leídas en las entradas, actualizándose tras cada ejecución completa del programa
•Mientras dura la ejecución del programa, los estados de lasMientras dura la ejecución del programa, los estados de las señales de entrada considerados no son los actuales de la planta, sino los presentes en la memoria imagen leídos en el ciclo anterior
•Los resultados obtenidos durante la ejecución no se llevan directamente a la interfaz de salida, sino a la memoria imagen
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imagen.
Escritura salidas / lectura entradastiempo
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Ciclo de lectura/escritura de entradas y salidas
Imagen I
Imagen Q
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Tiempo de ejecución del ciclo de scan (TSCAN): Tcomprobaciones +T lectura e/s + Tprograma+T periféricos
Tiempo de respuesta: el que transcurre desde que uncambio en una señal de la planta es acusado poruna variable de mando.
Tiempo de respuesta máximo= TSCAN+2* TE/S
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TE/S = retardo introducido por las interfaces e/s (filtros,codificadores, relés, etc)
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Retardo introducido por las interfaces de entrada (TE/S)
filtros:
Señal original
t0t0
Señal filtrada
0
1
0
1
t
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Señal original Señal filtrada
Las entradas suelen incluir filtros que evitan el ruido pero retardan la señal
Retardos típicos de interfaces de salida (TE/S )
• ENTRADAS
continua alterna
5-10ms 15-30ms
• SALIDAS
relé transistor triac
OFF-ON 5-10ms 0,5-2ms 1-10ms
ON-OFF 5-20ms 1-2ms 11-12ms
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ON OFF 5 20ms 1 2ms 11 12ms
• Si además se usan señales analógicas hay que tener en cuenta el tiempo de conversión analógico/digital y digital/analógico
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Momento del ciclo en que se produce la señalscan
lectura e/s
Señal planta
Señal detectadapor interfaz e.
Memoria entradas
TE
Ejecución programa
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entradas
Memoria salidas
Interfaz s.
TS
TE +TS+TSCAN = Tiempo respuesta mínimo
Momento del ciclo en que se produce la señalscan
lectura e/s
Señal planta
Señal detectada
por interfaz e.
Memoria t d
TE
Ejecución programa
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entradas
Memoria salidas
Interfaz s.
TS
TE +TS+TSCAN+ TSCAN = Tiempo respuesta máximo
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Tiempo de respuesta: ejemplo
• tiempo de scan: TDIAG+Tlectura e/s + TPROG+TPERIF
TSCAN 2ms + 5ms+20ms+1ms =28ms (programa de 200 instrucciones a 100s/inst)(programa de 200 instrucciones a 100s/inst)
• retardo introducido por las interfaces e/s: filtros
TE 10ms (CC) Ts 20ms (relé)
• momento del ciclo en que se realiza la señal:
T respuesta máximo = TE+TS+2TSCAN = 86ms 11,6Hz
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respuesta máximo E S SCAN ,
En este ejemplo si alguna señal del sistema maneja frecuencias mayores de 12Hz (necesita tiempos de respuesta menores que 86ms) no se puede controlar el proceso en tiempo real con este autómata
Los autómatas que tenemos tienen entradas de CC de 24 V y
3. Conexiones
Los autómatas que tenemos tienen entradas de CC de 24 V y salidas a relé, excepto los Twido que tienen salidas a colector abierto (salidas estáticas).
Salidas a relé
Contactos
•Aisladas éléctricamente•robustas
•lentas
COM común salidas
Q0 salida ceromicro
Bobina relé
Contactosrelé
•lentas
Al activarse por programa la salida cero se activa el relé y se cierran los contactos
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• P1.3 Conexiones
Introducción al autómata programable
Salidas estáticas a colector abierto
COM ú lid
Q0 salida ceromicro
Diodo LED(aislamiento
óptico)
•No sisladas éléctricamente•frágiles•rápidas
COM común salidas
transistor
Al activarse por programa la variable salida cero se activa el transistor y el diodo led que activa el transistor de salida y se cierra entre E0 y COM.
Transistorsalida
• P1.3 Conexiones
Introducción al autómata programable
Salidas en general
COM ú lid
Q0 salida ceromicro
COM común salidas
Sea como sea la salida, lo que tengo en definitiva es dos contactos que pueden estar desconectados o conectados, a ellos conecto mis elementos (motor,
bobina, robot….), yo debo proporcionar la fuente de alimentación.
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• P1.3 Conexiones
Introducción al autómata programable
Entradas, de corriente continua
I0 entrada ceromicro
Al hacer pasar corriente entre I0 y COM se activa el diodo que activa el transistor interno y cambia el estado de la variaable entrada0 enel micro.
COM común entradas
• P1.3 Conexiones: alimentación de entradas y salidas
Introducción al autómata programable
I0
microI1I2
Q0
Q1Q2
24 Vcc
Tengo que añadir fuentes de corriente 24Vcc para activar entradas y salidas. Los autómatas disponenen de fuentes que pueden usarse para ello (sólo para
salidas de baja potencia)
COM (-) COM (-)
Q0 24 Vcc
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• P1.3 Conexiones: alimentación de entradas y salidas
Introducción al autómata programable
I0
microI1I2
Q0
Q1Q2
24 Vcc
MUCHO CUIDADO con poner todas las entradas y salidas QUE COMPARTEN UN COMÚN A LA MISMA POLARIDAD (o se quema la fuente de
alimentación)
COM (-) COM (-)
Q0 24 Vcc
4.Lenguajes del estándar IEC61131
Estándar IEC61131. lenguajes de programación de autómatas : extensiones g j p gdel ladder, basados en basic, C o fortran, lista de instrucciones…diferentes según el fabricante. A principios de los 90 la IEC (filial de la ISO) da lugar a un estándar
C L dd (LD)
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•Contactos o Ladder (LD)•Diagramas de bloques funcionales (FBD)•Programación de texto estructurado (STP)•Lista de instrucciones (IL)•Instrucciones secuenciales (SFC)
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Lenguajes de programación de autómatas programables
• Lenguaje de contactos o ladder: surge de los• Lenguaje de contactos o ladder: surge de los diagramas de relés, lenguaje gráfico fácilmente
entendible por los electricistas. Limitaciones:
– Símbolos diferentes según fabricantes
– Poca capacidad de estructuración de programas
– Poca facilidad para manejar estructuras de datos
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– Dificultad en los cálculos aritméticos
Antes de esto de lenguajes de automatas, representacion de automatismos pag 73 y representaciones nromalizadas)
El lenguaje de contactos (ladder)
Contacto normalmente abierto
Contacto normalmente cerrado
Salida/ bobina
Salida negada
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Instrucciones especiales
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• Ejemplo lenguaje de contactos – algebra de boole
P1 S1 K1K1 = P1 * S1
K1
S2
y1
y1 = K1 + /S2
MUY IMPORTANTE:
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MUY IMPORTANTE:En el autómata programable el diagrama de contactos se
ejecutará en orden secuencial, de arriba abajo y de izquierda a derecha. Una vez ejecutado todo el programa
se accede a las interfaces para refrescar entradas y salidas.
lenguaje de relés y lenguaje de contactos
P1 S1 K1+24 Vcc
K1
S1
P1K1
y1
S2
K1
S2
y1
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Función lógica “AND” o “Y” (*): conexión en serieFunción lógica “OR” o “O” (+): conexión en paralelo
0 Vcc
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•Diagrama de bloques de funciones (FBD) –Lenguaje gráfico para mostrar el flujo de señales y
datos en el sistema, Muy útil para mostrar las interconexiones de los sistemasinterconexiones de los sistemas.
•
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•Programación en Texto Estructurado ST, lenguaje textual de alto nivel para programación
d d PASCALestructurada, recuerda a PASCAL
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25
•Lista de Instrucciones IL. Lenguaje textual de bajo nivel similar a un ensamblador. El estándar es similar a los lenguajes de instrucciones encontrados
l tó t i len los autómatas comerciales.
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•Carta de instrucciones secuenciales (SFC) Lenguaje gráfico para mostrar el comportamiento secuencial de un sistema de control. Muy efectivo e intuitivo, sirve para mostrar tanto sistemas complejos secuenciales como acciones de bajo nivel. Basado en las reglas GRAFCET.
50
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• Abrir icono CX-programmer
• Archivo nuevo
5.Software de programación
Tipo de dispositivo
CP1L
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Tipo de CPU
L
• Abrir icono CX-programmer
• Archivo nuevo
Software de programación
Tipo de dispositivo
CP1M o CMP2*
Número de puntos (entradas+salidas
del autómata)20, 30, 40
52
, ,
27
Para CP1L, CPM1 y CPM2 entrada 0
0.0
Para CPM1 y CPM2 010.00
Para CP1L 100 0
53
100.0Salida 0
•PLC trabajar online
54
•PLC transferencia a PLC
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•PLC modo de operación RUN
(podemos ejecutar el programa en el autómata)
•PLC trabajar online(de nuevo, para salir de online y volver a editar)
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¡¡ATENCIÓN!! Para poner una nueva línea de programa hay que abrirla antes
¡cuidado con la bobina negada!
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Al encender se apaga, pero al apagar tb. se
enciende
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variables básicas
• Entradas: 0.0, 0.1, 0.2 … (para todos los PLC’s)
• Salidas: 100.00, 100.01, 100.2….para CP1L
010.00, 010.01…para CPM1, CPM2
• Variables de trabajo: W0.0, W0.1….para CP1L
200.00 200.01 para CMP1 CPM2
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Enclavamiento de variables: biestables o memoria binaria
• ¿Cómo puedo hacer que una variable guarde memoria de lo que ha pasado en la entrada?
I:0.00 I: 0.01 Q: 100.00
Q: 100.00
58
I: 0.00
I: 0.01
Q: 100.00
30
6. Memoria del OMRON CP1L, CPM1, CPM2
• Memoria dividida en canales= conjuntos de 16 bits, los cuales están agrupados en diferentes zonas.
C i d l d d bi bi bi bi l l• Casi todas las zonas se pueden acceder bien bit a bit o bien al canal completo. En algunas zonas es necesario poner letras para especificar la zona, en otras (las más usadas) basta con el número de canal y bit.
• Ejemplo:
– XXX.YY bit YY del canal XXX (000.01, 010.03…)
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– HRXXX.YY bit YY del canal XXX de la zona HR (Holding Relays)
– DM346 canal 346 de la zona de DM (Data Memory) que sólo se accede con canales completos.
CPM1/CPM2
• Áreas de memoria
IR I l R l bi d lid lé i d b j• IR- Internal Relays -- bits entradas, salidas y relés internos de trabajo
• SR - Special Relays -- indicadores del estado del autómata, utilidades.
• HR- Holding Relays -- bits de trabajo que retienen su estado.
• TR - Temporal Relays -- diagnóstico de programas complejos
• AR- Auxiliar Relays --señaladores recursos autómata.
• LR - Link Relays -- intercambio de datos entre autómatas
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LR Link Relays intercambio de datos entre autómatas
• TC - Temporizadores y Contadores -- gestión de temporizadores y cont.
• DM- Data Memory -- gestión de datos numéricos y parámetros de
configuración del autómata.
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CPM1/CPM2 memoria
• Área IR: Internal Relays, bits de trabajo accesibles como bit o como canal (dependiendo de las instrucciones que utilicemos para acceder a ellos)utilicemos para acceder a ellos)
• bits entrada: canales 000 al 009, es decir bits:
000.00, …. 000.15
001.00……001.15 etc. Sólo los 8 ó 10 primeros están conectados a las entradas reales del autómata, los otros pueden usarse como bits de trabajo. (En los bits conectados a las
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usa se co o b ts de t abajo. ( os b ts co ectados a asentradas yo no puedo escribir, son reflejo de las entradas físicas del autómata)
• bits salida: canales 010 al 019, es decir bits:
010.00, …. 010.15
011 00 011 15 etc Sólo los 8 ó 10 primeros están011.00……011.15 etc. Sólo los 8 ó 10 primeros están conectados a las salidas reales del autómata, los otros pueden usarse como bits de trabajo.
• bits de trabajo: canales 200 al 231, es decir bits:
200.00, …. 200.15
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201.00……201.15 etc.
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• Área SR: Special Relayscanales 232 a 255 (o bien SR232,…)
CPM1/CPM2 memoria
Sirven como indicadores y de utilidades para la programación,
• 253.13 bit siempre a ON
• 253.14 bit siempre a OFF
• 253.15 indicador de primer ciclo (FIRST SCAN)
• 254.00 reloj 1 minuto (medio minuto ON medio OFF)
255 02 l j d 1 d
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• 255.02 reloj de 1 segundo
• 255.05 indicador mayor que
• 255.06 indicador igual que
• 255.07 indicador menor que
• Área TC: Temporizadores y Contadores
• Área que se utiliza para gestionar temporizadores y
CPM1/CPM2 memoria
Área que se utiliza para gestionar temporizadores y contadores. Al asignar un temporizadores se le asigna un número que será la posición de memoria donde se almacenen sus datos en el área TC. Al compartir los temporizadores y los contadores esta área no se debe asignar el mismo número a un temporizador y a un contador.
• Se puede acceder como bit o como canal, y recibimos
64
Se puede acceder como bit o como canal, y recibimos diferente información según cómo lo hagamos.
TIM000
33
65
66
34
CP1L memoria
67
CP1L BITS ESPECIALES
68(Menú Ver símbolos global)
35
Biestables y detección de flancos
Biestables.Funciones que enclavan variables, (ponen a 1 o a 0 un bit y el bit se queda en
ese estado)ese es do)
SET 200.02000.01
RSET 200.02000.02
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000.01
200.02
000.02
SET Bc.e.
c.e. : Condición de ejecución: si está activado se ejecuta la
instrucción.
B: bit de las áreas IR SR AR
c e
B: bit de las áreas IR, SR, AR, HR, LR
Si la c.e. Está a 1 B se pone a 1 y queda en ese estado hasta ser desactivado por otra función.
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RSET Bc.e.
Si c.e. Está a 1 B se pone a 0 y queda en ese estado hasta ser activado por otra función.
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Detección de flancosSon instrucciones que detectan la ida o bajada de una variable.
Cuando c.e. Pasa de 0 a 1, B se pone a 1 durante un solo ciclo de scan, pasado el cual, se apaga.
DIFU B
DIFD B
c.e.
c.e.
c.e. : Condición de ejecución: si está activado se ejecuta la
instrucción.
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DIFD BB: bit de las áreas IR, SR, AR,
HR, LR
flanco ascendente
DIFU 200.02
000.01
000.01
200.02scan
flanco descendente
DIFD 200 02
000.01
72
DIFD 200.02
000.01
200.02scan
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Bi
Flancos en el estándar IEC61131
Bi : bit del cual se detecta el flanco (entrada).
Bq: resultado del la instrucción.
Bi(Bq)P
Bi
(Bq)N
Flanco positivo (subida)
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(Bq)N
Flanco negativo (bajada)
Detección de flancos con dos líneas de diagrama de contactos
I: 0 0 W0 0I: 0.0W100 0I: 0.0 W0.0
I: 0.0 W100.0
W0.0
( )
( )
W100.0
W100.0
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¿Por qué se comporta esto como la instrucción DIFU?
38
• Combinacionales S i i
7. Tipos de sistemas de control lógicos
• Combinacionales. Se rigen por ecuaciones lógicas combinacionales. Las salidas son función en cada momento de la combinación de entradas.
• Secuenciales. Las salidas dependen de los valores de las variables de entrada en instantes anteriores. El sistema se rige por la lógica secuencial
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y necesita variables de estado para ser descrito y memorias para ser implementado.
Las salidas dependen en cada momento del valor de las entradas (únicamente). Su comportamiento se describe mediante funciones
Automatismos combinacionales.Lógica combinacional
(únicamente). Su comportamiento se describe mediante funciones lógicas “Y”, “O”, “NO”, “O-excusiva”… La tabla de verdad describe
completamente su funcionamiento:
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Aquellos circuitos digitales con varias entradas y varias salidas, en loscuales la relación entre cada salida y las entradas puede ser expresadamediante una función lógica (expresiones algebraicas, tablas de verdad,circuito con puertas lógicas, etc.), se denominan circuitos combinacionales.
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Circuitos electrónicos combinacionales
2N
ENTRADAS
N
SALIDAS
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La tabla de verdad describe completamente su funcionamiento.
Mapas de Karnaugh: obtención de ecuaciones mínimas
las salidas dependen de las variables de entrada y del
Automatismos secuenciales.Lógica secuencial
p yestado del sistema (del valor de las entradas en instantes anteriores). Los estados anteriores se memorizan mediante variables de estado (variables internas).
Circuitoentradas salidas
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Circuito combinacional Elementos de
almacenamiento estado anterior
estado actual
40
La lógica combinacional necesita un sistema de almacenamiento de información (estado anterior). Biestable: dispositivo capaz de almacenar un bit. Posee dos estados 1 y 0, y dos entradas: R (reset) pone la salida a 0 S (set) pone la salida a 1 Permanece en el estado
RSET=1
SET
RSET
Y (estado)
a 0, S (set) pone la salida a 1. Permanece en el estado anterior si no se activa ninguna entrada.
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1 0
RSET 1
SET=1SET=0
RSET=0
SET=1
RSET=1RSET=0SET=0
Biestables electrónicos
SET RSET Y(t-1) Y(t)0 0 0 0SET
x1 0 0 10 0 1 10 1 1 00 0 0 00 1 0 0RSET
Y
x
80
SET
RSET
Y
41
Biestables eléctricos
+24 Vcc
SET
RSET
Y
K1
SET K1
RSET
0 Vcc
81
Relé realimentado
Biestables neumáticos
Y
Presión
SET RESET
82
SET
RSET
Y
42
Automatismo secuencial: proceso de electrólisis
83
Automatismo secuencialSistema cuyo funcionamiento emplea una secuencia defases claramente diferenciadas, según un conjunto dereglas preestablecidas. El final de cada fase,
-sube (una vez arriba)-avanza (una vez en posición)
g p ,determinado por una condición de transición lógica, dapaso al inicio de la fase siguiente.
-espera en aclarado-sube
Proceso de electrolisis
84
-baja (una vez abajo)-espera desengrase-sube-avanza-baja
-avanza-baja-espera en electrolito-sube-avanza…
43
Jaula: -sube (una vez arriba)
-avanza (una vez en posición)
-baja (una vez abajo)
-espera desengrase
0
1
2
SUBEinicio
AVANZAarriba
-sube-avanza-baja-espera en aclarado-sube-avanzab j
3
4
5
BAJAPosición desengrase
abajo
ESPERAFin espera
SUBE
85
-baja-espera en electrolito
5
6
arribaAVANZA
Necesito guardar memoria del proceso
0
1
2
SUBEinicio
AVANZAfinal carrera arriba
3
4
5
BAJAFinal carrera posición desengrase
F.C. abajo
ESPERATemporizador Fin espera
SUBE
Estos dos “avanza” no son iguales
86
5
6
F.C. arriba
AVANZA
6
F.C. posición aclarado
SUBEF.C. arriba
44
8. Programación de automatismos secuenciales por medio de GRAFCET
AFCET (A ti ti F i l C b ti E i•AFCET (Assotiation Française pour la Cybernetique Economique et Technique): GRAFCET, útil de tipo gráfico, (GRÁfico Funcional de Control de Etapas y Transiciones). Método de descripción de procesos con independencia de la tecnología interpretable por no especialistas. Norma europea EN 60848 (2002).
•Procesos secuenciales
87
Procesos secuenciales•Procesos complejos•No pretende minimizar el número de variables internas sino garantizar la fiabilidad y facilidad de test y mantenimiento.
•Etapas: •Líneas de evolución
•Condiciones de transición
Elementos fundamentales del GRAFCET
•Condiciones de transición, •Mensajes de interpretación,
0
P MARCHA
1
REPOSO
tapiz 1
88
1
Piezagrande
10 20 30
tapiz 1
Piezamediana
Piezapequeña
Motor 1 Motor 2
Motor 3
45
Elementos fundamentales del GRAFCET
•Etapas: asociadas a acciones a realizar,deben corresponder a actuaciones del sistema en las que la relación
entre entradas y salidas sea puramente combinacionaly p
etapa normal, identificada con un número
etapa inicial, se activa al comenzar el proceso
4
0
89
Cada etapa tiene una variable lógica asociada Xi
La etapa puede estar activa Xi=1, o inactiva Xi=0
Activación de las etapas inicialesAl ser GRAFCET secuencial tenemos que inicializar
alguna etapa, si no el proceso no comienza.
E l i i i t i i i l Xi 1 l tEn el inicio etapas iniciales Xi =1 el resto a cero
SET X0
PRIMER CICLO(FIRST SCAN)0
•Se activa la etapa inicial en el primer ciclo, cuando el autómata se pone a RUN (una forma de inicializar)
90
SET X0
X1 X2 Xn
pone a RUN (una forma de inicializar)
•Se activa la etapa inicial cuando todas las otras están desactivadas (otra forma de inicializar)
…
46
•Líneas de evolución entre etapas (por defecto hacia abajo)
•Condiciones de transición, condiciones lógicas necesarias para que finalice una etapa y se pase a la siguiente. Hay que guardar
el orden etapa-transición-etapa-transición….
i+1
CTi,i+1
6
7
A+ /b + c
(A ó no-b o flaco de subida de c)
i
91
•Transiciones dependientes del tiempo
6
7
4s/x6
La condición de transición se activará al pasar cuatro segundos después de la activación de la etapa 6 (temporizador a la conexión activado
en etapa6)
Reglas de evolución entre etapas GRAFCET
•En el arranque se activa la(s) etapa(s) inicial(es) y se desactivan todas las demás
•Una etapa se activa cuando está activa la anterior y se cumple la di ió d i ió llcondición de transición entre ellas
i
i+1
CTi,i+1
i
i+1
CTi,i+1
92
•Una etapa se desactiva cuando se cumple la condición de transición con la etapa siguiente.
•El gráfico de evolución global GRAFCET debe ser siempre cerrado.
47
Traducción a diagrama de contactos
•Una etapa se activa cuando está activa la anterior y se cumple la condición de transición entre ellas
i
CTSET Xi+1
XiCTi,i+1
la condición de transición entre ellas
•Parte secuencial del programa GRAFCET
93
i+1
CTi,i+1 RSET Xi
•Acciones, asociadas a las etapas. Son la parte combinacional de GRAFCET. Las acciones se pueden asignar de varias maneras:
•Asignación directa o modo continuo (asignación al estado) La variable de salida está activa mientras el estado está activo y sevariable de salida está activa mientras el estado está activo y se desactiva cuando el estado se desactiva
•Acciones condicionadas, se ejecutan cuando se cumple una
8 Motor 1 BX8 Motor1
B
94
, j pcondición
8 Motor 1 X8 Motor1B
B
48
•Acciones, asociadas a las etapas. Son la parte combinacional de GRAFCET. Las acciones se pueden asignar de varias maneras:
•Asignación directa o modo continuo (asignación al estado) La variable de salida está activa mientras el estado está activo y sevariable de salida está activa mientras el estado está activo y se
desactiva cuando el estado se desactiva
•Asignación en evento o modo enclavado. La variable de lid l l i h l i
8 Motor 1 BX8 Motor1
B
95
salida toma un valor y lo mantiene hasta que se le asigne otro valor (función SET/RESET)
8 Motor 1:=1 SET Motor 1X8
•Acciones condicionadas, se ejecutan cuando se cumple una condición
8 Motor 1 X8 Motor1B
B
•Acción en la activación/desactivación de una etapa. Se ejecuta al activar/desactivar una etapa (sólo tiene interés para la asignación
enclavada)
8 Motor 1:=1 SET Motor 1X8P
96
SET Motor 1P
10 Motor 1:=0 RSET Motor 1X9
N
49
Ejemplo: taladradora
-pulso M: baja y giro derecha
b j-una vez abajo: sube y giro izq.
-una vez arriba: paro y espero M de
nuevo
FC0
FC1
97
Motor A: K1 baja, K2 sube
Motor B: K3 derecha, K4 izq.
Sensor FC0: arribaSensor FC1: abajo
Estructuras GRAFCET
•Secuencia lineal: sucesión etapa-transición-etapa-transicióntransición… En un momento dado, sólo puede existir una etapa activa en una secuencia lineal.
•Convergencia y divergencia “O”: procesos excluyentes (condición “if-else”)
98
•Convergencia y divergencia “Y”: procesos simultaneos
50
Convergencia y divergencia “O”
•Se utiliza cuando existen caminos alternativos de los cuales se escogerá únicamente uno, sólo los estados de
ese camino estarán activos.CT8,9
9
CT9,10 CT9,20 CT9,30
10 20 30
99
19CT19,40
25
CT25,40
40CT40,41
37
CT37,41
41
Divergencia “O”
•En ella se inician varias secuencias lineales, cada una de ellas con su propia condición de transición, situada después de la divergencia. Las condiciones de las diferentes ramas deben ser excluyentes, de forma que sólo una de ellas pueda activarse cada y , q pvez.
CT8,9
9
CT9,10 CT9,20 CT9,30
10 20 30
SET X10
RSET X9
X9CT9,10
SET X20
X9CT9,20
100
20 30 20
RSET X9
SET X30
RSET X9
X9CT9,30
51
Convergencia “O”
•Las secuencias lineales que se inician en una divergencia “O”, deben confluir en una divergenica “O”, aunque no necesariamente los caminos que se inician a la vez deben confluir a la vezconfluir a la vez.•Caminos que se inician en una divergencia “O” no pueden confluir en una confluencia “Y”.
19CT19,40
25
C25,40
4037
SET X41
RSET X
X40CT40,41
101
40CT40,41
C37,41
41
RSET X40
SET X41
RSET X37
X37CT37,41
Convergencia y divergencia “Y”
•Se utiliza cuando necesitamos que varios procesos se realicen simultáneamente y de forma independiente
8
CT8,9
9CT9
10 20 30
102
19
CTA
25
40
CTB
37
41
52
Divergencia “Y”
•En ella se inician varias secuencias lineales, todas ellas con la misma condición de transición situada antes de la divergencia.
SET X10
X9CT9
9CT9
10 20 30
SET X20
SET X30
103
RSET X9
30
Convergencia “Y”•Todas las ramas deben haber acabado para que se flanquee la convergencia “Y”, por ello suelen ser necesarios estados de espera. La condición de transición situada después de la divergencia se puede omitir.
SET X40
X25CTA
RSET X19
RSET X25
19
CTA
25
40
X19
104
25
53
Macroetapas•Una macroetapa es un conjunto de etapas agrupadas que se
representan de forma resumida . Su expansión tiene una única etapa de entrada y una única etapa de salida.
E10
a
10.1
b+/c
10.2
8
C8
9C9
M10
•La expansión de una macroetapa debe tener sólo una etapa de entrada
y una etapa de salida•El flanqueo de la transición anterior (1) activa la etapa de entrada (E10)
•El flanqueo de la transición
105
S10
M10
11
C11
C10d
qposterior (2) sólo se realiza si está activada la etapa de salida (S10)
•El flanqueo de la transición posterior (2) desactiva la etapa de
salida (S10)
Macroetapas
E108 SET XMX9
C9
E10
a
10.1
b+/c
10.2
8
C8
9C9
M10
C10d
(1)
(2)
SET XM10
RSET X9
XM10 XS10
SET XE10
…
C10
106
S1011
C11
10
SET X11
RSET XS10
10 10
54
Macroetapas
E108•La definición inicial excluye que
E10
a
10.1
b+/c
10.2
8
C8
9C9
M10
C10d
(1)
(2)
una expansión pueda ser llamada desde dos macroetapas (usar la
macroetapa como subrutina) pero se suele utilizar siempre que el
programador se asegure de evitar conflictos de acceso, no dejando que d d l
107
S1011
C11
10 dos macroetapas accedan a la vez a la misma expasión.
Etapas cercadas (enclosures)•Un conjunto de etapas pueden estar “cercadas” o incluidas en
una etapa. •Las etapas cercadas por otra ól d i
10
80
a
81
b+/c
82
8
C8
9C9
10
sólo pueden tener activas sus etapas mientras esté activa la
etapa “cercadora” (X10)
•Si la etapa “cercadora” está activa, al menos una de las etapas de su “cercado” debe
108
83
10
11
C11
C10
d estar activa
G1
55
Etapas cercadas (enclosures)•Un conjunto de etapas pueden estar “cercadas” o incluidas en
una etapa. 10
•Al activarse la etapa
80
a
81
b+/c
82
8
C8
9C9
10
•Al activarse la etapa “cercadora” (X10) se activa la primera etapa de su cercado
(X80)
•Al desactivarse la etapa “cercadora” (X10) se
109
83
10
11
C11
C10
d
G1
( )desactivan todas las etapas de su cercado (X80, X81, X82,
X83)
Etapas cercadas (enclosures)•Una etapa puede cercar varios esquemas GRAFCET
8
C80
10
10
C8
9C9
10
11C10
a
81
b+/c
82
83
d60
G2110
C1183
G1
m61
/m
82
m
56
•Las macroetapas y los cercados pueden anidarse
8
C80
61
10
C8
9C9
10
11C10
a
81
b+/c
82
83
d
60
m61
G2
111
C1183
G1
/m
82
m