automatizacion con plc

PLCs Pgina 1 Curso 2009/10

TEMA 1: AUTOMATIZACIN CON PLCs

1. AUTOMATIZACIN DE PROCESOS.

Automatizacin de procesos Objetivo de la automatizacin Lgica programada frente a cableada

2. GENERALIDADES SOBRE PLCs.

3. AUTMATAS PROGRAMABLES DE SIEMENS.


1. AUTOMATIZACIN DE PROCESOS

Automatizacin Dotacin a la fase de produccin de un sistema de control, potencia y comunicacin, que realice el trabajo y que pueda ser gobernado por el operador mediante un sistema de mando

Qu es un automatismo?

Todo dispositivo fsico (elctrico, electrnico, neumtico, hidrulico, etc.), capaz de controlar el funcionamiento de una mquina o proceso

Libera al hombre de operaciones peligrosas, pesadas o rutinarias.

El elemento de control

ejecuta el programa lgico interno, reacciona ante la informacin recibida por captadores actuando sobre los accionamientos de la instalacin.


OBJETIVO DE LA AUTOMATIZACIN

Tecnologas de automatizacin

Lgica Cableada

Lgica Programada

Funciones bsicas de la automatizacin de una mquina o instalacin Disminuir costes: humanos, energticos, materiales, etc. Mejorar la calidad del producto acabado, calidad constante Evitar tareas de difcil control manual: peligrosas, complejas o rpidas Informacin en tiempo real del proceso Aumentar la produccin y flexibilidad de las mquinas (adaptacin al mercado) Facilitar la deteccin de averas y su reparacin


AUTOMATISMOS CABLEADOS

En qu consiste?

Automatismo realizado mediante el cableado de los elementos que intervienen: sensores, actuadores, rels, contactores

Inconvenientes:

Ocupa mucho espacio

Poca flexibilidad para modificaciones, mejoras, etc.

Problemas de mantenimiento, localizacin y correccin de averas.

Difcil implantacin de algoritmos que no sean derivados del lgebra de Boole

Tipo de control: on/off

Los elementos de control en automatismos cableados (Hard Wired Control) son: a) contactores y b) rels

Para una buena instalacin se requiere contar con: a) habilidad b) planos de conexiones


AUTOMATISMOS PROGRAMADOS (1/2)

En qu consiste?

Incorporacin de controladores programables al entorno industrial.

Ventajas:

Simplificacin en la elaboracin de proyectos. No planos de contactos (cableada)

Facilidad en la introduccin de modificaciones: cambios en programa. No sustitucin de cables ni elementos activos (rels)

Instalacin cmoda y sencilla. Minimizacin de espacio

Mantenimiento rpido y sencillo: herramientas software de diagnstico y reparacin

Capacidad de control multiproceso

Documentacin inmediata de aplicaciones

Inconvenientes:

Personal tcnico para instalacin y programacin

Coste elevado en aplicaciones de pequea envergadura


AUTOMATISMOS PROGRAMADOS. EJEMPLOS (2/2)



1. AUTOMATIZACIN DE PROCESOS


Qu es un autmata programable? Revisin histrica. Generalidades y estructura de un PLC Cmo trabaja un PLC? Descripcin de los elementos de un PLC. Lenguajes de programacin



QU ES UN PLC AUTMATA PROGRAMABLE 1/2

Programmable Logic Controller

Dispositivo electrnico programable, en lenguaje especfico, diseado para controlar, en tiempo real y en un medio industrial, procesos secuenciales.


EJEMPLO DE APLICACIN INDUSTRIAL DE PLCs

Elementos hardware Elementos software


REVISIN HISTRICA

1968: Procesador cableado sustituye a rels. Dcada de los setenta

Incorporacin de elementos hombre-mquina. Manipulaciones de datos Operaciones aritmticas Comunicaciones (ordenador) Incremento de memoria E/S remotas Desarrollo de comunicaciones con dispositivos

Dcada de los ochenta: - Avance de la tecnologa P

Alta velocidad de respuesta, ms lenguajes Reduccin de dimensiones Mdulos inteligentes, autodiagnstico Dcada de los noventa:

Buses de campo abiertos Utilizacin de tecnologa de ordenador: PCMCIA /ETHERNET Plug & Play / Easy to use


GENERALIDADES PLCs

Criterios de seleccin: - Nmero de E/S a controlar

- Capacidad de la memoria de programa - Potencia de las instrucciones - Posibilidad de conexin de perifricos, mdulos especiales y comunicaciones.

Clasificacin PLC por tipo de formato

COMPACTOS: Suelen integrar en el mismo bloque la alimentacin, entradas y salidas y/o la CPU. Se expanden conectndose a otros con parecidas caractersticas. Ejem: S7-200

MODULARES: Estn compuestos por mdulos o tarjetas conectadas a rack con funciones definidas: CPU, fuente de alimentacin, mdulos de E/S, etc Ejem: S7-300

La expansin se realiza mediante conexin entre racks.


ESTRUCTURA DE UN AUTMATA PROGRAMABLE

Bloques principales de un PLC:

CPU

Perifricos: dispositivos de interfaz con entorno

Buses: internos y externos, interconexin entre CPU y perifricos


CMO TRABAJA UN PLC?

Tratamiento secuencial de la informacin Ciclo bsico de trabajo

Durante la ejecucin del programa el PLC ignora la evolucin del proceso externo


CMO TRABAJA UN PLC?

CICLO DE SCAN Conjunto de tareas, adems de programa de usuario, que el

automata lleva a cabo cuando est controlando un proceso.

TAREAS COMUNES: (SUPERVISION GENERAL) ACEPTACION DE ENTRADAS Y ACTUACION SOBRE

SALIDAS EJECUCION DE LAS INSTRUCCIONES SERVICIO A PERIFERICOS

TIEMPO DE RESPUESTA Tiempo necesario para llevar a cabo las distintas operaciones de control

de un proceso externo. El tiempo de respuesta de un sistema (activacin de una seal de salida en relacin a una entrada) viene determinado por:

TIEMPO DE SCAN DE LA CPU TIEMPO DE ON/OFF DE LOS MODULOS DE E/S


ELEMENTOS CPU: MEMORIA

La memoria del PLC se encuentra dividida en varias reas,

AREA DE SISTEMA OPERATIVO: El fabricante graba programa de comportamiento PLC ROM, no voltil

AREA DE PROGRAMA: El usuario graba el programa a ejecutar por el PLC RAM con batera, EPROM EEPROM

AREA DE DATOS: Este rea es usada para almacenar valores o para

obtener informacin sobre el estado del PLC. RAM


ELEMENTOS PLC: MDULOS DE ENTRADA / SALIDA

Clasificacin Tarjetas Entrada / Salida

Aislamiento galvnico - No: conexin directa - Si: acoplamiento ptico

Seales Tipo Analgicas / Digitales Excitacin Tensin / Corriente


ELEMENTOS PLC: MDULOS DE ENTRADA

Ejemplo de entrada a PLC Funciones mdulos Entrada:

Recogida de informacin

Adaptacin niveles de seal

Filtrado de ruido

Separacin galvnica entre circuitos Lgicos y de Potencia

Visualizacin estado entradas


ELEMENTOS PLC: MDULOS DE SALIDA

Ejemplo de salida de PLC Funciones mdulos Salida:

Activacin actuadores

Aislamiento galvnico y Proteccin circuitos internos

Amplificacin de seal

Visualizacin estado salidas


LENGUAJES DE PROGRAMACIN

Qu es un programa ?

Conjunto de instrucciones que ejecuta un dispositivo, con lgica programada, para controlar un proceso determinado.

Partes de una instruccin

ORDEN OPERANDO.....OPERANDO

Qu es un lenguaje de programacin ?

Conjunto de smbolos, expresiones literales o combinaciones de ambas, a partir del cual se desarrolla un programa comprensible por el PLC.

Tipos de lenguajes

Grficos

De contactos

De funciones

Literales


LENGUAJES DE PROGRAMACIN. EJEMPLOS

Lenguaje de contactos: a) Siemens KOP, LAD- b) Omron ladder-

Lenguaje de funciones

Siemens FUP, FBD- Omron logigrama-

Lenguaje literal:

a) Siemens AWL, SCL- b) Omron nemnico-



1. AUTOMATIZACIN DE PROCESOS.



Automatizacin Integrada SIMATIC Del problema de automatizacin al ejecutable final Cmo trabaja un SIMATIC S7? Del sensor a la variable Plataforma bsica SIMATIC S7 S7-200 S7-300 CPU 314-IFM


AUTOMATIZACIN INTEGRADA EN SIEMENS

Totally Integrated Automation (TIA) es una estrategia desarrollada por Siemens para ofrecer una solucin integrada de diferentes productos para la automatizacin de procesos:

Autmata programable Control numrico Interfaz hombre-mquina (HMI) Driver para motor Red con protocolo abierto


SIMATIC

Qus es? Conjunto de componentes hardware y software coordinados de Siemens, para:

Administracin del sistema Transmisin de datos

Componentes de Simatic

S7 familia de autmatas S7-200, S7-300, S7-400 M7 mdulos de clculo compatibles con PC-AT C7 unidades compactas para control de mquinas (display+teclado) Win AC software que simula el comportamiento de autmata en PC DP mdulos de E/S distribuidas que conectan al PLC en red profibus HMI elementos para operacin de usuario y monitorizacin variables NET red que permite la interconexin de elementos Simatic

STEP 7 software bsico y pieza clave del concepto Autom. Integr.


DEL PROBLEMA DE AUTOMATIZACIN AL EJECUTABLE FINAL (1/3)

Para dar solucin al problema de automatizacin se han de resolver tres cuestiones

Dimensionamiento del PLC Lenguaje de programacin Organizacin del programa

Eleccin del hardware en funcin de:

Nmero de E/S

Tamao del programa de usuario

Tiempo de respuesta

Volumen de datos

Control centralizado o distribuido

Alternativas en Simatic 7:

S7-200 versin micro

S7-300 versin mini, modular

S7-400 versin avanzada

PLCs Pgina 25 Curso 2009/10 Curso 2009/10

ST-200. CPU 215

ST-300. CPU 314 IFM

ST-400. CPU 414 1

Tiempo de ejecucin de 1k instrucciones binarias.

Memoria para prog.

E/S Digitales Mximas

Interfaces comunicacin integradas.

COMPARATIVA ENTRE FAMILIAS SIMATIC 7



Eleccin del lenguaje de programacin:

Para procesamiento de seales binarias LAD Ladder Logic -KOP- FBD Functional Block Diagram -FUP-

Para complejidad media de variables y direccionamientos STL Statement List -AWL-

Lenguaje de alto nivel, para programas complejos y extensos SCL Structurated Control Language -SCL-



Fases para obtencin de ejecutable final:

Edicin off-line del programa (setp7 en PC). Guardar resultado.

Carga en memoria de usuario de CPU de autmata

Evaluacin, diagnosis y ajuste de variables on-line (conexin PC PLC)

Salvar ejecutable final en EPROM PLC

Pautas generales:

Aconsejable dividir programa en bloques (subrutinas)

- Orientados al proceso a controlar: taladrado, cinta transportadora, etc

- Orientados a funcin PLC: sealizacin, comunicacin, modo operacin


Planificacin de solucin de automatizacin


Ejemplo: planteamiento del problema


Ejemplo: configuracin de la solucin


CMO TRABAJA UN AUTMATA DE LA FAMILIA S7?

PLC opera secuencialmente con todas las E/S en paralelo.

Procesamiento cclico slo alterado por interrupciones: hardware y/o programadas

Procesamiento cclico incluso si no hay entradas excitadas

Modo de inicio: CPU procesa el sistema operativo Inicia programa de usuario

Modo ejecucin Procesamiento cclico


RELACIN ENTRE SEAL BINARIA (SENSOR) Y VARIABLE DEL PROGRAMA (PLC) -1/3-

1) Las seales externas se conectan a terminales concretos de los mdulos E/S, que llevan asociada una direccin

La direccin del mdulo:

Est fijada por el slot del rack en el que se ha instalado el mdulo

Se configura con la herramienta Hardware configuration de Step7

Los mdulos E/S tambin pueden ser direccionados en el programa a nivel de byte



2) Fases de la ejecucin cclica:

Las seales del mdulo de entrada se copian en un rea de memoria de la CPU: PAE tabla imagen de entradas del proceso

Las variables de salida se guardan en otra en otra zona de memoria de la CPU: PAA tabla imagen de salidas del proceso:

Por ltimo, las variables de la PAA se copian en el correspondiente mdulo de salida.

El programa de usuario recibe como entrada la informacin de la PAE.

Durante el ciclo de Scan, los cambios de seal aplicados al mdulo de entrada no se atienden


PLATAFORMA HARDWARE SIMATIC (1/2)

El soporte hardware para el programador de soluciones de automatizacin con PLCs de Siemens es:

Dispositivo de programacin PG especial Siemens- o PC propsito general-

Autmata con puerto MPI multi port interface, protocolo RS-485

Cable de conexin Para PC, cable PC/PPI Point to Point Interface, RS-232/RS-485

DIP switches para seleccionar velocidad transfer (baud rate)


PLATAFORMA HARDWARE SIMATIC (2/2)


Potencimetro"

Salidas"

Entradas" Indicadores de estado"para DI/DO integradas"

Conexin PPI"

Selector de Modo"Memory Card"

Indicadores "de Estado"

ESTACIN S7-200

CPU S7-200


ESTACIN S7-300

Los elementos que componen una estacin S7-300 de Simatic son:

Rack de montaje (bastidor)

PS alimentacin 24V DC

CPU

IM interfaz de conexin con racks

SM mdulo de adaptacin de seales

FM mdulo de funcin (controla procesos independientemente de CPU)

CP mdulo de comunicaciones (profibus y ethernet)


CPU

CPU

COMPONENTES DE AUTMATA S7-300

PS (opcional

IM (opcional)

SM: DI

)

SM: DO

SM: AI

SM: AO

Mdulos de E/S

FM: - Contaje - Posicionamiento - Control en Lazo Cerrado

CP: - Punto-a-Punto - PROFIBUS - Ethernet Industrial

Mdulos de comunicaciones


BASTIDOR Y ELEMENTOS DE AUTMATA S7-300


EJEMPLO DE CONEXIN ESTACIONES SIMATIC

CPU PS IM E/S E/S E/S

BASTIDOR 1

Autmata 1

CPU PS IM E/S E/S E/S

BASTIDOR 2

Autmata 2

E/S

E/S

PC

Autmata 3

Autmata 4

Bus de comunicaciones

?


1) PS (Fuente de Alimentacin):

Genera 24VDC a partir de 120/230VAC.

Distintos modelos en funcin del amperaje.

ELEMENTOS DE LA ESTACIN SIMATIC S7-300 (1/4)


2) CPU Es el ncleo del PLC. El programa se ejecuta y guarda en ella. Algunas CPUs poseen incorporado E/S (p.e. 314 IFM).


Slo en 314 IFM 6ES7 314-5AE10-0AB0



STOP para el programa RUN programa puede ser ledo on-line RUN-P programa puede ser ledo y modificado on-line MRES reset de inicializacin

SF

BATF

DC5V

FRCE

RUN

STOP

CPU en RUN"

CPU en STOP"

A limentacin DC 5V"

Fallo batera"

Fallo sistema System Fault"

Forzar variables"


ELEMENTOS DE LA ESTACIN SIMATIC S7-300


3) MDULOS E/S Admite tanto seales analgicas como digitales. Errores de cableado pueden destruir la unidad E/S



BIT Longitud = 1 BIT Estado "1" or "0"

BYTE Longitud = 8 BITS

PALABRA Longitud = 16 BITS

DOBLE PALABRA Longitud = 32 BITS

0 1 2 3 4 5 6 7

0 1 2 3 4 5 6 7

0 1 2 3 4 5 6 7

0 1 2 3 4 5 6 7

0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7

BIT, BYTE, PALABRA, DOBLE PALABRA

TAMAO DE DATOS E/S


CPU 312 IFM"6 kbyte"

SIEMENS

CPU 313"12 kbyte"

CPU 314"24 kbyte"CPU 314 IFM"32 kbyte"

SIEMENS SIEMENS

CPU 315"48 kbyte"CPU 315-2 DP"64 kbyte"

SIEMENS

CPU 316-2 DP"128 kbyte"

CPU 318-2 DP"512 kbyte"

SIEMENS

SIEMENS SIEMENS

SIEMENS

GAMA DE CPUs S7-300


ENTRADAS SALIDAS INTEGRADAS EN CPU 314 IFM

Entradas y Salidas Integradas en CPU 314IFM


CIRCUITO BSICO DE E/S ANALGICAS Y ESPECIALES


CIRCUITO BSICO DE E/S DIGITALES


CUESTIONES ACERCA DEL 314-IFM ?

1) Mnimo tiempo activa la seal de interrupcin 126.3

2) Mxima frecuencia de seal aplicable a entrada126.1

3) Nivel de tensin proporcionado por salida analgica PAW128

3) Nivel de corriente proporcionado por salida analgica PAW128

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