Xavier Román Barceló
MIGRACIÓ DELS PROJECTES D’AUTOMATITZACIÓ DEL S7-300 AL S7-1200
TREBALL DE FI DE GRAU
dirigit per José Ramon López López
Grau d’enginyeria elèctrica
Tarragona
2017
Migració dels Projectes d’Automatització del S7-300 al S7-1200
2
INDEX
1 Contents INDEX .................................................................................................................................. 2
PRÒLEG ............................................................................................................................... 5
1. INTRODUCCIÓ ............................................................................................................ 6
1.1 Introducció............................................................................................................... 7
1.2 Context sobre Automatització .................................................................................. 7
1.2.1 Context General ................................................................................................ 7
1.2.2 Context Específic ............................................................................................ 11
1.3 Objectius del Treball de Fi de Grau ........................................................................ 12
1.4 Viabilitat del Projecte ............................................................................................ 13
1.4.1 Persones involucrades en el Projecte ............................................................... 13
1.4.2 Temps de Realització ...................................................................................... 13
1.4.3 Recursos Materials.......................................................................................... 13
1.5 Definicions i abreviatures....................................................................................... 15
2 L’AUTÒMAT .............................................................................................................. 16
2.1 Introducció............................................................................................................. 17
2.2 Objectius ............................................................................................................... 18
2.3 Descripció del Tema .............................................................................................. 18
2.3.1 Historia dels Autòmats Programables .............................................................. 18
2.3.2 El PLC ............................................................................................................ 20
2.3.3 Camps D’Aplicació del PLC ........................................................................... 21
2.3.4 Estructura i parts del PlC ................................................................................ 22
2.4 Ítem Corresponent.................................................................................................. 29
2.5 Conclusions ........................................................................................................... 29
3 LA PROGRAMACIÓ .................................................................................................. 30
3.1 Introducció............................................................................................................. 31
3.2 Objectius ............................................................................................................... 31
3.3 Descripció del Tema .............................................................................................. 31
3.3.1 El Programa .................................................................................................... 31
3.3.2 Pasos de la programació de l’Autòmat ............................................................ 33
Migració dels Projectes d’Automatització del S7-300 al S7-1200
3
3.3.3 Llenguatges de programació ........................................................................... 34
3.3.4 Estructures de programació ............................................................................. 40
3.4 Exemples d’Aplicació ............................................................................................ 41
3.5 Exercicis Proposats ................................................................................................ 43
3.6 Item corresponent .................................................................................................. 45
3.7 Conclusions ........................................................................................................... 46
4 EL TIA PORTAL ......................................................................................................... 47
4.1 Introducció............................................................................................................. 48
4.2 Objectius ............................................................................................................... 48
4.3 Descripció del Tema .............................................................................................. 48
4.3.1 Entorn de Programació TIA Portal .................................................................. 49
4.3.2 Navegació en la vista del programa ................................................................. 51
4.3.3 Exemple en TIA.............................................................................................. 54
4.3.4 Com pot el TIA Portal ajudar als estudiants .................................................... 55
4.4 Ítem corresponent .................................................................................................. 56
4.5 Conclusions ........................................................................................................... 56
5 EL GRAFCET I LA GUIA GEMMA ........................................................................... 58
5.1 Introducció............................................................................................................. 59
5.2 Objectius ............................................................................................................... 59
5.3 Descripció del Tema .............................................................................................. 59
5.3.1 El GRAFCET ................................................................................................. 59
5.3.2 La Guia GEMMA ........................................................................................... 66
5.4 EXEMPLE: ESTACIÓ DE MARCATGE DE PECES ........................................... 72
5.5 Ítem Corresponent.................................................................................................. 73
5.6 Conclusions ........................................................................................................... 73
6 PROJECTES PROPOSATS ......................................................................................... 75
6.1 Introducció............................................................................................................. 76
6.2 Objectius ............................................................................................................... 76
6.3 Descripció del Tema .............................................................................................. 76
6.3.1 Els Motius del Canvi....................................................................................... 76
6.3.2 Les Pràctiques Actuals .................................................................................... 77
6.3.2. Pràctiques Proposades ........................................................................................ 78
6.4 Conclusions ........................................................................................................... 80
Migració dels Projectes d’Automatització del S7-300 al S7-1200
4
7 PROBLEMES SURGITS, PROPOSTES I MILLORES ............................................... 81
7.1 Introducció............................................................................................................. 82
7.2 Objectius ............................................................................................................... 82
7.3 Descripció del Tema .............................................................................................. 82
7.3.1 Problemes Sorgits durant el Desenvolupament del Projecte............................. 82
7.3.2 Proposta de millores al laboratori .................................................................... 84
7.4 Conclusions ........................................................................................................... 85
8 Conclusions del Projecte .............................................................................................. 86
8.1 FONTS .................................................................................................................. 88
8.1.1 Referències Bibliogràfiques ............................................................................ 88
8.1.2 Manuals .......................................................................................................... 88
8.1.3 Bibliogràfia de Pàgines Web ........................................................................... 88
8.1.4 Apunts ............................................................................................................ 88
9 Annexes ....................................................................................................................... 89
Migració dels Projectes d’Automatització del S7-300 al S7-1200
5
PRÒLEG
Aquest projecte de final de grau té com a finalitat la migració de les pràctiques de
l’assignatura d’automatització dels autòmats S7-300 a S7-1200 amb actualitzacions a les
plantes i a l’equip que això comporta. S’instal·larà un nou software de programació punter en
la indústria i a més a més es redactaran manuals i solucionaris per a els pràctiques que s’han
desenvolupat.
Per ha realitzar això hem migrat les pràctiques que teníem, però també hem creat noves
pràctiques per a millorar l’experiència del laboratori. Amb això hem anat més enllà de les
pràctiques que es feien abans per a realitzar laboratoris comprensius i competitius amb
l’automatització del món laboral i adaptar-nos a la gran velocitat a la que evoluciona i agafa
més i més funcions.
La idea principal per realitzar aquest projecte és el fet que les pràctiques del model anterior
eren conceptes bàsics, és a dir, que eren conceptes inicials. Amb el nou model educatiu
Bolonia només es té temps de donar iniciació a l’automatització. L’autor del projecte i el
professor de l’assignatura coincideixen en el fet de que l’automatització (i la tècnica en
general) és viva. Això vol dir que la ciència i la tècnica evoluciona contínuament i que per
tant el material i el coneixement que s’imparteix han d’evolucionar i progressar i les tècniques
i el material no es poden quedar estancats en el passat.
Aquest projecte s’ha pogut realitzar gràcies a l’esforç de Rubén Navarro i Xavier Román,
autors dels projectes de millora de l’assignatura, el professor José Ramón López López i els
tècnics del laboratori. La feina realitzada ajudarà a millorar considerablement l’ordre i la
qualitat del laboratori i, per tant, de totes les carreres de la ETSE.
Els objectius que ens hem marcat per aquest projecte són els següents:
Millorar les pràctiques existents, fer-ne de noves i assegurar que els estudiants
s’adaptin bé al nou software de programació.
S’han de realitzar programes per al solucionari de les noves pràctiques
Dissenyar les noves plantes del laboratori i col·laborar juntament amb el taller
d’automatització per a realitzar-les
Una vegada les plantes estiguin construïdes s’han de provar totes les plantes amb el
programa
1. INTRODUCCIÓ
Capítol 1:Introducció
7
1.1 Introducció
El projecte de final de grau realitzat té la finalitat de migrar les pràctiques i els autòmats del
laboratori a un sistema més actualitzat que reflecteixi les realitats del mercat laboral en
automatització. Per a aconseguir aquest objectiu s’han substituït els PLC’s de Siemens S7-300
a S7-1200, una gamma que permet fer més coses i que s’acosta més a PLC’s utilitzats en
l’indústria actualment. A més a més s’ha substituït el software antic que teníem (que
funcionava amb Windows 98) i s’han instal·lat ordinadors nous amb un nou programa: El TIA
Portal.
Els programes que es feien servir eren antics, que tot i que tenien un rendiment bastant bo, els
temps de càrrega del programa i del ordinador es van deteriorar al llarg del temps.
TIA Portal és un programa de Siemens que té molta història. Es va crear al principi com a un
programa que integrés tots els softwares i eines necessàries per a la programació d’un
autòmat. Aquest software té molta història i degut a la seva complexitat i preu no va ser
adaptat en empreses. El programa va tenir moltes iteracions fins ara, les últimes versions (10-
11-12-13) estan començant a fer-se servir en empreses. L’automatització que s’ensenya a
l’alumne ha de anar paral·lela a les modernitzacions de l’indústria. Anteriorment els alumnes
treballaven amb un entorn de treball seriosament obsolet i endarrerit respecte al ritme
accelerat de l’automatització moderna.
En aquest capítol també s’explicarà una mica el passat, la situació actual i el futur de
l’automatització. Actualment, l’automatització assumeix cada vegada més atribucions i
potència. L’automatització ja no és només una utilitat industrial, ja que cada vegada més,
s’està expandint de la indústria als serveis i als petits negocis.
1.2 Context sobre Automatització
1.2.1 Context General
1.2.1.1 Antecedents
Els orígens de l’automatització es remunten als inicis de la revolució industrial. Les primeres
màquines industrials automatitzades van sorgir al 1750 i eren màquines de teixit que
funcionaven amb targetes perforades. Tot i aquest origen, els automatismes industrials com
els coneixem avui en dia no van aparèixer fins més tard.
Primer es feia servir la lògica electromecànica. La lògica electromecànica (o cablejada) és un
una lògica de programació molt difusa, i encara es fa servir avui. Consisteix en la unió física
de diferents elements electromecànics (bobines, contactors...). Els seus inconvenients eren
molts: ocupava un gran volum, era car i poc flexible, si es vol fer una modificació s’ha de
canviar una gran part del circuit i amb circuits grans es fa difícil d’interpretar i de trobar
errors. Aquesta lògica encara és molt important i es fa servir en algunes ocasions amb altres
sistemes d’automatització.
Capítol 1:Introducció
8
Figura 1: Armari d’una màquina automàtitzada en lògica electromecànica
Paral·lelament a la lògica cablejada existia la lògia pneumàtica, que fa servir l’energia de
l’aire comprimit. Aquesta és una tecnologia que es fa servir en automatismes senzills i que es
fa servir molt en ambients domèstics ja que no és molt difícil d’entendre i l’aire comprimit no
és perillós.
Quan va aparèixer el transistor es van començar a implementar automatitzacions de forma
electrònica. Aquests circuits estaven formats per resistències, transistors i díodes. Aquesta era
la anomenada lògia estàtica directa. Va permetre la reducció de volum i un augment
important de la velocitat i la netedat de l’autòmat però un problema que tenia era que
l’autòmat tenia diferents nivells de tensió.
Figura 2: Rèplica del primer transistor en activitat
La lògica estàtica directa va ser ràpidament obsoleta per l’aparició dels circuits integrats.
Així va aparèixer la lògica estàtica integrada. Un dels grans problemes que tenia aquesta
lògica era que una vegada creat el circuit integrat si es volia automatitzar un altre procés no es
podria reutilitzar el circuit.
Per solucionar el gran problema de la lògica estàtica programada es va passar a un sistema
amb microprocessadors, creant la lògica programada. Aquests van aconseguir una reducció
més gran de volum i va permetre que l’automatització sigui programable, permetent reutilitzar
els elements.
Capítol 1:Introducció
9
Figura 3: Intel 4004, el primer microprocessador comercial
Com a millora dels processos basats en lògica programada van aparèixer els ordinadors de
procés. Ordinadors amb entrades i sortides preparats per treballar en ambients industrials.
Però tenien el gran inconvenient de necessitar personal informàtic altament qualificat.
Per acabar, a mitjans dels 70 van aparèixer els Autòmats Programables Industrials, a
General Motors. Aquests funcionaven al principi en lògica de Boole i després amb diagrames
de contactes.
Figura 4: Uns dels primers Autòmats creats per l’empresa IDEC
1.2.1.2 Present
Actualment els Autòmats són un element molt important de la societat moderna. Si en el
segle XX es pensava que els autòmats i els robots només podien desenvolupar tasques molt
simples en cadenes de producció, en la edat de la informació poden aterrar un avió o aprendre
el comportament humà. Un autòmat modern és aquell que està en una cadena de producció,
però també les noves caixes self-service en el supermercat, el caixer d’un banc o el cotxe
sense pilot.
Figura 5: El Watson, superordinador creaat per IBM per a ser “El millor doctor del món”
Capítol 1:Introducció
10
Els experts estan començant a crear la distinció entre Autòmat (màquina física) i Màquines
digitals (Software destinat a aprendre i desenvolupar treballs de pensar). Les Màquines
Digitals poden observar i aprendre a desenvolupar tasques.
La tecnologia que envolta l’automatització cada vegada és més potent, amb programes
informàtics capaços d’aprendre i realitzar les tasques que se l’hi demanen més
eficientment, i hardware capaç de cuinar una hamburguesa o pintar un quadre.
Automatització i la pèrdua de llocs de treball
Tot i que aquest projecte tracta sobre automatització industrial, l’automatització, que abans
era una eina del món industrial, està començant a permear cap a tot tipus d’industries.
El grup de treballadors més gran del món, camioners, aviat es veurà substituït per autòmats.
Les anomenades “feines de cubicle”, també estan en perill. Ara mateix hi han autòmats que
pinten, escriuen o componen música, o que treballen amb els llums i les càmeres dels platós
de televisió. Fins hi tot hi han màquines que poden detectar cancer!
Molts dels llocs de treball en industries ja els ocupen robots i cada vegada més.
La innovació i les noves feines que es creaven sempre ajudaven a fer que la creixent població
estigués empleada però això ja no és així. Posem exemples:
- En el 1979 General Motors tenia 800.000 empleats i generava un benefici de onze mil
milions de dòlars. En el 2012 Google empleava 58.000.000.000 d’empleats i guanyava
un benefici de 14.000.000.000 de dòlars.
- En el pic de la empresa de lloguer de pel·lícules Blockbuster en el 2004 empleava
84.000 treballadors i guanyava 6.000.000.000 de dòlars. El servei de streaming de
pel·lícules a través d’internet Netflix tenia 4.500 treballadors i guanyava
9.000.000.000 de dòlars en el 2016.
- Una altra dada molt important és la que s’extreu analitzant les hores de feina que
treballem. En teoria, si hi ha més població es treballaran més hores al final de l’any
no? L’any 1998 els americans van treballar un total de 194.000.000.000 d’hores. Al
cap de 15 anys, al 2013, els americans van produir un 42% més, es van crear milers de
noves empreses, i la població va créixer en uns 40.000.000 de persones, les hores
treballades van ser les mateixes.
Tenim la situació en la que les noves empreses que s’estan creant no ocupen tants
treballadors per a cobrir l’augment de població i les empreses que tancaven. Al mateix
temps els salaris de graduats universitaris estan caient en picat i el 40% d’aquests no troben
feina del sector que han estudiat. La productivitat s’està separant del treball humà. Estem
apunt de entrar en una revolució industrial com les que no es poden imaginar. Segons l’estudi
“The Future of Employment: How Susceptible Are Jobs to Computerisation?” la meitat dels
llocs de treball dels Estats Units podien ser automatitzats durant els pròxims 20 anys.
Capítol 1:Introducció
11
1.2.1.3 Futur
Es preveu que la combinació entre Màquina Digital i Autòmat sigui revolucionària i que
permetria constuir autòmats molt potents i intel·ligents. Capaços d’aprendre i desenvolupar
una gran nombre d’operacions i de fer-les cada vegada més bé amb el temps. Aquesta nova
màquina podria desenvolupar la gran majoria de les feines.
Figura 6: Baxter el Robot, cambrer, recepcionista i empleat d’indústria, tot per al cost de cèntims d’electricitat
Per tot aquests motius, l’automatització és un element molt important de l’enginyer elèctric i
electrònic i es fonamental que s’aprengui bé a la universitat. En el futur l’automatització serà
més important que mai.
Fins i tot el futur pinta malament per a l’Autòmat. Es creu que el PLC serà substituït en la
major part per ordinadors fora de la indústria, en els nous Autòmats que es creïn.. Fora
d’ambient perillós, amb atmosferes perilloses, vibracions o esforços mecànics, l’Ordinador és
millor que el PLC en tots els sentits. El PLC seguirà fent les tasques repetitives en ambients
on es demani resistència física.
La màquina del futur serà un Autòmat amb un “cervell de Màquina Digital”. Un cos físic que
es pugui moure i actuar en el món, i un software que li permeti aprendre i desenvolupar taques
complexes.
1.2.2 Context Específic
Els laboratoris de l’assignatura es seguiran
realitzant al mateix laboratori, el Laboratori
d’Automatització FESTO 107, situat al primer pis
de l’edifici de laboratoris just després de les escales
d’accés. Figura 7: Laboratori d’automatització
La distribució d’aquest laboratori no ha canviat
gaire, i s’han mantingut totes les plantes FESTO
que hi han. Aquestes formen la major part del
laboratori. Al fons del laboratori hi ha una planta
nova per a fer la segona part dels laboratoris. Hi han
planejats la construcció de dos mòduls amb dos motors DC petits per a realitzar la tercera
Capítol 1:Introducció
12
pràctica, per aprendre com funcionen els variador de freqüència. Aquesta tindrà un PLC i un
variador, botons i elements de control, seguretats i un motor. Totes les connexions estaran
assegurades amb bananes. Aquestes se l’hi podran connectar el seu respectiu motor. El seu
lloc designat serà al fons, darrere les plantes actuals.
També hi ha planejada la construcció de cinc instruments per a la pràctica 4, destinada a
ensenyar als alumnes comunicacions entre PLC. Aquests instruments consistiran en un PLC
encaixat dintre d’una capsa transparent per seguretat dels estudiants. Els estudiants es
comunicaran amb el PLC mitjançant l’ordinador de la pràctica 1. Aquests instruments són
petits i per tant es podran tancar en un armari amb clau, estalviant lloc al laboratori.
1.3 Objectius del Treball de Fi de Grau
L’objectiu del TFG és la migració de les pràctiques de l’assignatura d’automatització de
S7-300 a S7-1200
L’assignatura d’automatització abans funcionava amb una planta per a cada grup. Els
estudiants treballaven fent simulacions d’exercicis simples en el programa i al final, al mes de
desembre, realitzaven la programació de la planta amb S7-GRAFCET. Aquesta planificació
s’ha canviat per un sistema on els estudiants comencen a treballar en projectes de veritat des
del primer dia, mentre tenen en les memòries exemples i pràctiques per poder practicar.
Hi han dos passos fonamentals per assolir aquesta migració:
- Actualitzar l’equipament del laboratori a un nivell més modern: La indústria de
l’automatització innova molt ràpidament i per poder impartir l’assignatura amb
garanties als futurs estudiants. Per tant, a la Universitat Rovira i Virgili hauríem de ser
punters i tenir uns laboratoris al dia i no equip del segle passat.
- Proposar i construir pràctiques: Anteriorment l’assignatura consistia d’exercicis per
a definir conceptes bàsics finalitzats amb una planta que simulava un exemple simple
d’automatització amb GRAFCET, un llenguatge molt útil per a l’estudiant però que no
s’ha implementat gaire en les empreses. Amb aquest treball de fi de grau pretenem
canviar com es fan les pràctiques, substituint activitats i exercicis per plantes que
ajuden a l’estudiant a treballar en ambients més semblants a l’industrial
Amb aquest TFG volem aconseguir que els estudiants treballin amb exemples concrets que
ajudin els nostres estudiants. Cal dir que l’automatització és molt important per un enginyer
elèctric o electrònic ja que engloba una gran part dels coneixements i aplicacions de la resta
de les assignatures de la carrera. A més, l’automatització ajuda als estudiants amb aprendre
resolució de problemes, una habilitat molt necessària per a un enginyer. L’automatització
moltes vegades no es tracta de coneixements tècnics si no de saber solucionar un problema i
una de les coses que es busca dels estudiants és que sàpiguen simplificar un problema
complicat en diversos problemes més petits i simples.
Els alumnes començaran amb la pràctica 1, que és la planta FESTO que ja es feia servir.
Després podran treballar en la pràctica 2, una planta que hi ha al laboratori, molt semblant a la
Capítol 1:Introducció
13
1, la planta 3 per aprendre a treballar amb variadors de freqüència, o la planta quatre, per
aprendre a comunicar PLC’s.
Si bé de la primera pràctica tenim moltes plantes, de la resta tindrem bastant menys numero,
per tant els alumnes no faran les pràctiques en el mateix ordre. Caldrà fer una bona gestió dels
laboratoris per part dels professors de l’assignatura o assignar més grups de pràctiques dels
que hi han perquè els alumnes puguin treballar contínuament.
1.4 Viabilitat del Projecte
El preu i el nombre de hores i recursos dedicats per aquest projecte de migració pot ser
sorprenent, comptant el preu de la maquinària, salari dels tècnics... En aquest projecte han
participat moltes persones i en ocasions ha estat difícil de coordinar.
1.4.1 Persones involucrades en el Projecte
Aquest projecte ha involucrat a les següents persones:
- Rubén Navarro i Xavier Román , realitzant el projecte conjuntament.
- José Ramón López, Tutor del projecte i coordinador del projecte
- Equip de Tècnics de la Universitat, realitzant els muntatges de les plantes al laboratori.
1.4.2 Temps de Realització
Aquest projecte s’ha realitzat durant els mesos de Gener fins al final de Juliol cada dia durant
5 hores..
Les tasques d’assistència i construcció de les plantes les han realitzat el taller d’automatització
(Laboratori 106)
1.4.3 Recursos Materials
Els recursos materials necessaris per a realitzar aquesta planta han estat els següents:
Per al redactat de les pràctiques:
- 2 ordinadors amb connexió a la xarxa
- 2 Autòmats col·locats damunt de plaques per a poder treballar
- 2 accessoris per a poder donar senyals d’entrada a l’autòmat
Capítol 1:Introducció
14
Per a la construcció de la pràctica 1
Com que ja estava parcialment construïda i només s’havia de substituïr l’autòmat el
material ha estat poc.
- Un autòmat S7-1200
- 2 plaques de plàstic transparent per a protegir l’autòmat
- Cable elèctric
Per a la construcció de la pràctica 2:
- Una caixa elèctrica transparent nova
- 4 metres de canal elèctrica
- 4 metres de tub pneumàtic de 6 mm de diàmetre
- Caixa elèctrica petita
- Un PLC S7-1200
- Botons de control
- Cables amb bananes i femelles de bananes
- Botons i polsador de seguretat
- 2 Bobines per a cablejar els motors
- Cable elèctric
Per a la construcció de la pràctica 3:
Per assumptes que discutirem al capítol 7 aquesta pràctica no s’ha pogut construïr i per
tant aquí indicarem els elements que hi han planejats per a la seva construcció
- Un tauler de fusta
- Un PLC S7-1200
- Un variador de freqüència
- Un motor elèctric petit AC
- 2 metres de canaletes
- 1 Bobina per a cablejar el motor
- Botons i polsadors
- Cable elèctric
- Borners
Per a la construcció de la pràctica 4:
Pel mateix motiu que la pràctica 3 no s’ha pogut construir la pràctica 4. S’explicarà
perquè al capítol 7.
- Un PLC S7-1200
- Un Cable per donar corrent a l’autòmat
- Una caixa elèctrica transparent
- Cable elèctric
Capítol 1:Introducció
15
1.5 Definicions i abreviatures
PLC: Programmable Logic Controller, o Controlador Lògic Programable, o Autòmat
Programable.
API: Autòmat Programable Industrial.
PC: Controlador Programable.
LC: Lògica Cablejada
LP: Lògica Programada
TIA: TIA Portal
E/S: Entrades i Sortides
HMI: Pantalles tàctils automatitzables d’interacció operari-màquina
GRAFCET: Gràfic Funcional de Control d’Etapes i Transicions
Guia GEMMA: Guide d’Étude des Modes de Marche et Arrêt (Guia d’Estudi dels Modes de Marxa
i Parada)
2 L’AUTÒMAT
Capítol 2: Autòmat
17
2.1 Introducció
L’Autòmat és una eina molt potent a disposició de la indústria. Que ha provocat una revolució
en les cadenes de producció i en altres tasques industrials i de manufactura i processos
electromecànics.
Els PLCs, a diferència d’altres ordinadors amb finalitats més generals, pot funcionar amb
moltes entrades i sortides i té una resistència important als impactes mecànics i elèctrics i a les
vibracions que el fan molt més adequat que un ordinador normal a l’entorn industrial.
Pel que fa als components interns del PLC és molt semblant a un ordinador. Ambdós tenen un
microprocessador i memòria RAM i ROM, i uns circuits electrònics que serveixen per
comunicar l’interior amb elements externs perifèrics que el comuniquen amb l’exterior. Tot
això no serviria de res sense un software que unís tot. L’autòmat funciona amb entrades, que
reben informació de l’entorn que està controlant, i sortides que actuen en funció de les
condicions d’entrada. Aquests també poden desenvolupar accions complexes i operacions
matemàtiques. En el nostre cas, el PLC al que s’ha migrat és el S7-1200. Aquest PLC és més
ràpid i potent que l’antic S7-300 antic i ens permetrà fer servir programes de software més
moderns i rellevants en la indústria. Analitzem les característiques de cada PLC:
Figura 8: A l’esquerra l’autòmat S7-300 i a la dreta l’autòmat S7-1200
El PLC S7-300 amb la CPU 312C té una memòria de 32 KB i per tant pot suportar programes
petits i software no gaire complex. El temps de resposta a simple operacions boleanes és 0,2
µs i per a operacions amb words de 0,4 µs. A més a més té 1280 bytes dedicats a marques.
El PLC al que migrem és el S7-1200 amb CPU 1214C i té una memòria de 2 MB permetent-li
realitzar operacions molt més complicades i carregar al PLC programes més complexos. El
temps de resposta a la majoria d’operacions és de 0,1 µs i pot realitzar operacions amb words
més complicades. Té una velocitat molt impressionant de 18 µs en operacions matemàtiques i
té 8192 bytes dedicats a marques. A més a més el PLC S7-1200 permet fer servir software de
programació més potent i complex, com per exemple el TIA Portal.
De tota aquesta informació podem concloure que el PLC S7-1200 al que es migra és
millor i per tant ens permetrà donar una millor educació als estudiants.
Capítol 2: Autòmat
18
2.2 Objectius
L’objectiu principal d’aquest tema és comprendre el funcionament intern de l’autòmat, saber-
ne identificar les parts i saber distingir entre ells. En aquest capítol aprendrem a:
- Determinar la evolució històrica dels Autòmats
- Especificar les avantatges i inconvenients de l’Autòmat Programable
- Presentar els camps d’aplicació de l’Autòmat
- Diferenciar un autòmat modular d’un compact.
- Conèixer l’estructura interna del PLC
- Determinar la funcionalitat de cada una de les parts de l’Autòmat
- Explicar la funció de la font d’alimentació
- Especificar les funcions de la Unitat Central de procés
- Saber la funció i tipus de memòria del PLC
- Conèixer el tipus d’entrades i sortides de l’Autòmat
2.3 Descripció del Tema
Aquest tema està dedicat exclusivament al autòmata des de l’evolució històrica, avantatges i
inconvenients respecte la lògica cablejada, la seva estructura interna i externa i el
funcionament.
2.3.1 Historia dels Autòmats Programables
Abans de que existissin Autòmats Programables la gran majoria de l’automatització industrial
es feia inicialment amb bobines, relés... L’anomenada Lògica Cablejada, de la que hem
parlat en el capítol anterior, formada per elements electromecànics. Aquest sistema té
problemes:
Poc flexible i molt difícil i costós per fer-hi cambis ja que qualsevol modificació
resulta en alteració física del connexionat. Aquest connexionat necessita molt espai.
Costs elevats degut a que els elements mecànics tenen una vida finita i causen avaries.
Aquests causen alts costos de manteniment degut a que es necessitaven coneixements
molt concrets per detectar les avaries.
La solució va ser crear una un sistema que utilitzi lògica en electrònica programable de
semiconductors per substituir els relés i utilitzar un llenguatge de programació fàcil.
El primer PLC va aparèixer a a General Motors l’any 1960. La seva memòria era de Ferrita
i estava format per circuits integrats connectats entre si. Les seves funcions eren únicament
seqüencial.
Capítol 2: Autòmat
19
Figura 9: Seu Central de General Motors durant els 60
Una altra empresa d’automoció va ser la primera a fabricar un PLC comercial, el MOICON
084. Aquests nous controladors que anaven apareixent i pretenien complir les següents
funcions:
Ser fàcilment programables pels enginyers de planta.
Durabilitat i temps de vida llarg en ambients industrials.
Canvis del programa s’han de realitzar de forma senzilla.
A mitjans dels 70 a Amèrica la tecnologia dels PLC’s es van anar millorant afegint-hi més
potència i velocitat i es van començar a fer assajos amb comunicació. El primer sistema que
va aparèixer va ser el Modicon (Modbus) al 1973. Amb aquests, l’autòmat podia dialogar
amb altres PLC i podia enviar i rebre senyals de tensió.
El gran problema que van tenir els PLC’s van ser la falta de estàndarts que feien que PLC’s
de diferents fabricants fóssin incompatibles entre si. Cada fabricant feia servir protocols
diferents, codi diferent, sistema físics diferents... Aquest problema es va intentar corregir amb
un intent d’estandardització de les comunicacions durant els 80. El protocol MAP
(Manufacturing Automation Protocol) de General Motor’s. Durant els 80 es van reduir les
dimensions dels autòmats i es va passar de programar des de terminals de programació a
ordinadors personals, programant amb simbologia.
Els 90 els softwares de programació es van consolidar i el nombre de ous softwares van
decréixer. Els softwares supervivents es van anar modernitzant i popularitzant. Durant els 90
va aparèixer la programació en blocs, llista d’instruccions i C. Es desarrollen autòmats més
potents, més ràpids i amb més memòria. A més a més, es va crear l’Estàndard (IEC 1131-3).
Un intent d’unificar el sistema de programació dels autòmats a un estàndard internacional.
En l’actualitat, l’automatització realitza les parts més complexes dels processos
industrials i ha contribuït a la substitució d’altres formes de control per automatització
programada. Els ordinadors estan començant a substituir alguns autòmats en certes
aplicacions i no seria d’estranyar un futur on els ordinadors substituïssin els PLC’s.
Capítol 2: Autòmat
20
2.3.2 El PLC
El PLC és una màquina electrònica (o conjunt de màquines) programable dissenyada
per controlar processos en temps real i en ambient industrial.
A més a més, amb la recent aparició de micro-autòmats, aquests s’han començat a fer servir
per a usos domèstics, com per exemple (domòtica). Els nous autòmats poden fer funcions de
càlcul numèric i regulació de servos.
Com ja s’ha comentat, el PLC va néixer com a solució als problemes que aportaven els
circuits complexos d’automatització en LC. El PLC no és res més que un aparell electrònic
que substitueix els circuits auxiliars de una automatització. En aquest es connecten entrades
(polsadors, sensors, finals de carrera...) i sortides (bobines de contactors, làmpades,
receptors...)
Un tipus de circuit d’automatisme molt estès és el de Arrancador Estrella-Triangle amb
Temporitzador. Mostrem el circuit de força i el de maniobra en LC:
Figura 10: Circuit d’arrancada Estrella Triangle en LC
I ara mostrem el mateix muntatge en LP:
Capítol 2: Autòmat
21
Figura 11: Circuit d’arrancada en LP
Com podem veure el circuit cablejat es simplifica molt el procés de cablejat. Si s’ha de fer
algun canvi al sistema només s’ha de connectar l’ordinador al PLC i canviar el codi i cablejar
les E/S que s’hagin alterat. Degut a la naturalesa del PLC resulta fonamental l’ús del PLC en
indústria i en processos de control i precisió. Degut a la seva facilitat de muntatge, petit
tamany i resistència a l’entorn industrial és la opció que es fa servir més en processos
industrials.
Un canvi en el cablejat superior és tarda més de realitzar. També, si hi ha un problema, costa
més trobar on està l’error que en un software de programació. Queda demostrat, per tant
l’util·litat que té la lògica programada en vers la lògica cablejada.
2.3.3 Camps D’Aplicació del PLC
Control de Moviments de màquines (servomotors, motors...)
Premses, Estampadores, Màquines de Soldadura, Trefiladors, Embutidors.
Processos de Manufactura en Línia.
Processos no seqüencials on calgui control lògic: Forns, Ascensors, Calderes,
Ponts Grua...
Equips Pneumàtics, Hidràulics i Òleo-Hidràulics.
Regulació de Processos Fisicoquímics.
En Espais reduïts que no tinguin espai per a cablejar.
Processos canviants.
Automatització d’Habitatges i Edificis.
Capítol 2: Autòmat
22
2.3.3.1 Avantatges del PLC
Fa servir LP
Menor Temps d’elaboració de Projectes
Menys espai i pesa menys.
Costa menys d’engegar, i costa menys Mà d’Obra i Manteniment.
Un Autòmat pot governar vàries Màquines.
Més fiabilitat.
Resistents a Condicions Industrials
Permet Simulacions del Codi
Facilita L’aprenentatge
Permet Comunicació entre PLC’s.
Inconvenients del PLC
Necessita de Personal Entrenat.
Els PLC’s són cars.
Substitueix treballadors per màquines.
2.3.4 Estructura i parts del PlC
2.3.4.1 Estructura Externa
L’estructura física de l’autòmat depèn de si és un PLC COMPACTE O MODULAR.
Un PLC Compacte és un tipus de PLC que té la font d’alimentació integrada al bloc amb les
entrades, sortides i CPU. S’expandeix amb mòduls similars.
Figura 12: CPU SIEMENS S7-200 Compacta
Un PLC Modular és un PLC on al seva estructura està dividia en mòduls externs. Aquests
mòduls en connecten a la CPU i entre si per crear un PLC amb les característiques que es
desitgi (CPU, Font de Potència, Mòdul d’entrades...).
Capítol 2: Autòmat
23
Figura 13: El PLC S7-1200 que farem servir per al laboratori és modular
2.3.4.2 Estructura interna
La CPU
Internament, el PLC es conté diferents parts, o blocs, que juntes formen l’autòmat en si.
Seguidament podem veure una esquema de l’estructura:
Figura 14: Estructura interna de la CPU d’un autòmat programable
Els quatre blocs principals de l’autòmat són la CPU (amb la unitat de procés i el Programa
Monitor del sistema), Memòries, Entrades i Sortides i la Font d’Alimentació. Però per a
que aquest sigui operatiu també necessitem Equips de Programació, Perifèrics i dispositius
d’entrada i sortida.
La font d’Alimentació és un cas important ja que alimenta els circuits de l’autòmat. Els
diferents blocs de l’autòmat necessiten diferents tipus de tensions. Les entrades i les sortides
també necessiten tensió i signifiquen una càrrega molt important a la font de tensió, el que
Capítol 2: Autòmat
24
significa que la tensió d’alimentació del Autòmat, les entrades i les sortides ha de
provindre de fonts separades.
La CPU fa servir tensió directa (24Vcc) o alterna (110/230 Vca), ambdues tensions són
freqüents a la indústria. La CPU alimenta internament els diferents blocs a partir d’aquí.
L’alimentació de les entrades i sortides poden ser molt variades. Poden ser en Vcc i Vca.
L’autòmat normalment porta una bateria per a mantenir els registres interns i el programa
emmagatzemat a la memòria RAM quan no li arriba corrent. La següent figura ens mostra la
font d’alimentació del PLC que hem escollit per les pràctiques.
Figura 15: Font d’Alimentació del S7-1200
La CPU és l’encarregada d’executar el programa que l’usuari ha carregat. També s’encarrega
de gestionar les entrades i les sortides. També és l’encarregat d’establir connexió amb altres
PLC’s o perifèrics.
Quan la CPU executa un programa descodifica instruccions successivament des de la
memòria, una a una. Cada fabricant dissenya el procés de descodificació de forma diferent,
alguns fan servir un sistema de lògica estàndard (comunicació entre memòria i CPU) d’altres
microprogramació per hardware (cablejada en el processador), o fins i tot fan servir un híbrid
dels dos. La descodificació per lògica estàndard és la més barata i lenta, mentre que la
microprogramació és més cara però té una velocitat més elevada. L’usuari no pot modificar
aquesta forma de descodificació i cada fabricant té la seva forma de descodificar codi. Aquest
també impedeix l’intercanvi de programes entre diferents autòmats, ni que el programa estigui
escrit en el mateix codi.
A continuació estudiarem les parts de la CPU:
Capítol 2: Autòmat
25
Figura 16: Parts d’una CPU
Les parts de la CPu s’agrupen en tres blocs:
- La unitat de control: Governa el procés. Mitjançant el descodificador descodifica les
instruccions i decideix quin tipus de senyals ha d’emetre a les E/S mitjançant una
petita memòria ROM.
- Unitat de Procés: Realitza les operacions del procés i guarda l’informació als
registres. Està format per l’Acumulador, les Flags i el Comptador de Programa.
- Programa ROM monitor del Sistema: S’hi emmagatzema l’informació de la
seqüencia que està funcionant, les rutines de test i els errors. A més a més, en la
majoria de PLC’s, es pot afegir una memòria ROM externa.
- La combinació de CPU, memòria i programa es coneix com a Unitat de Procés o
Targeta Central.
La CPU treballa de la següent forma:
Primer llegeix les entrades digitals, després executa el programa, durant aquesta, processa les
peticions de comunicació, i a més a més, també executa el diagnòstic de la CPU, després,
escriu les sortides. Aquest és un cicle continu de treball (scan). El PLC té un sistema de
vigilància, anomenat El Watchdog. Aquest és un temporitzador que vigila el cicle d’operació.
En el cas en que es tardi massa, el Watchdog passa a estat error. Aquest sistema impedeix que
apareguin errors com bucles tancats o errors en les E/S.
La CPU té dos modes d’operació RUN i STOP. En el mode STOP, el programa no
s’executarà, romandrà pausat. En el mode RUN, el programa s’executarà normalment. Quan
la CPU canvia d’estat, de RUN a STOP, les sortides digitals i analògiques. mantenen el valor
que tenien assignat.
Funcions de la CPU
- Vigilar el temps de funcionament i execució del programa i vigilar que no sobrepassi
el temps d’escaneig. Com més petit sigui el temps més ràpid serà el temps de resposta
del PLC.
- Executar el programa de l’usuari.
Capítol 2: Autòmat
26
- Renovar l’estat de les sortides en funció del programa de l’usuari.
- Comprovar que funcioni el sistema.
- Fer operacions lògiques i matemàtiques, de comparació i memorització.
- En equips avançats, tractament i tasques amb texts.
- Comunicar-se amb altres equips i amb operaris humans.
- Ordenar les transferències d’informació a E/S.
- Establir la regulació i el control necessaris.
Memòries
La memòria és on s’emmagatzema la informació del programa i tot el que es necessita per
executar. La memòria ha de controlar certs paràmetres:
Dades del procés:
o Senyals de planta, d’entrada i sortida
o Variables internes
o Dades alfanumèriques i constants.
Dades de control
o Programa (instruccions de l’usuari)
o Configuració dels autòmats.
La memòria d’un PLC és una Memòria de Semiconductor, un dispositiu electrònic que
emmagatzema bits (1 és alt voltatge, 0 és no o baix voltatge). Les posicions es poden llegir
d’una en una (bit), de 8 en 8 (byte) o de 16 en 16 (word). Una CPU té diferents tipus de
memòries:
RAM (Random Access Memory): Memòria de lectura-escriptura per procediment elèctric.
Caràcter volàtil.
ROM (Read Only Memory): Memòria exclusivament de lectura.
PROM (Programable Read-Only Memory): Memòria ROM progamable però no esborrable.
EPROM (Erasable Programable Read-Only Memory): Memòria de lectura programable.
Només borrable mitjançant raigs Ultravioletes.
EEPROM (Electrically Erasable Programable Read-Only Memory): Memòries de lectura
alterables amb mitjans elèctrics. Memòries més lentes. El nombre de lectures i esborrades no
és infinit.
La CPU fa servir les memòries de dos formes diferents:
Memòria de Dades: emmagatzema dades o càlculs “intermitgs”. Aquestes són dades
que no apareixen directament sobre les sortides i reflecteixen els últims estats de les
Entrades i les Sortides. Fan servir memòries RAM.
Capítol 2: Autòmat
27
Memòria d’Usuari: Conté la seqüència d’operacions que s’han de realitzar i les
paràmetres del Autòmat. Abans es feia servir combinacions de RAM+ Pila, i encara
es fan servir molt, però actualment s’estan popularitzant la combinació
RAM+EEPROM, per ser més segures i requerir menys manteniment.
La memòria i el programa del sistema també tenen les seves divisions.
La memòria del sistema és una memòria temporal ocupada per programes del sistema. És
una memòria RAM
El programa del sistema, o firmware, és on s’hi emmagatzema un programa fixe (sistema
operatiu) grabat per el fabricant per a contenir les rutines d’inicialització, test i error de
funcionament de l’Autòmat. És memòria ROM.
Comunicació Interna: El Bus
El Bus intern és un conjunt de línies i connexions internes que permeten la connexió
elèctrica entre la unitat de control, la memòria i les interfícies E/S. Per minimitzar el
número de connexions, el connexionat de les parts serà seqüencial. Aquests busos estan fets
perquè només un component a la vegada ocupi el bus ja que si no es barrejarien les senyals.
La composició exacta del bus depèn de cada fabricant.
El bus intern es compon de tres busos característics i el bus de comunicacions:
- Bus de dades: Transferències de dades per el sistema
- Bus de direccions: A través, es direccionen la memòria i els perifèrics.
- Bus de control: Format per totes les connexions que governen els intercanvis
d’informació.
- Bus de comunicacions: Comunicació amb perifèrics o sistemes computaritzats.
2.3.4.3 Entrades i Sortides
Les entrades i les sortides són components que permeten comunicar l’autòmat amb els
elements que controlen. Mitjançant les entrades, l’Autòmat rep informació sobre l’estat del
sistema que controla. Mitjançant les sortides l’Autòmat interactua en el sistema.
Entrades
Les entrades són botons, sensors, lectors o termòmetres, per exemple. En si les entrades són
de dos tipus: Digitals (un o un altre valor, informació binària) o Analògics (rang continu de
valors possibles). Tant les entrades com les sortides han d’estar ben connectades per tal de
poder emetre (o rebre en el cas de les sortides) senyals elèctriques.
Capítol 2: Autòmat
28
Sortides
Els dispositius de sortida, o actuadors, són les parts de l’autòmat que actuen directa o
indirectament amb les ordres de l’autòmat. Aquests són pistons, relés...
Les sortides han de estar connectades amb la mateixa tensió.
2.3.4.4 Sistemes d’Entrades i Sortides
Els Autòmats compactes tenen les E/S en un sol bloc. Els Autòmats Modulars poden tenir
blocs d’E/S acoplats. Aquests són mòduls que es connecten al bus de dades del PLC.
Figura 17: Mòdul d’E/S per al PLC S7-1200
Aquests mòduls poden tenir combinacions analògiques i digitals d’E/S. Hi ha mòduls amb
entrades i sortides digitals i un parell d’analògiques o totalment analògic o totalment digital.
Aquestes E/S poden ser de corrent continua o alterna, però totes les entrades i sortides iguals
en la majoria de casos. També n’hi han que tenen el voltatge lliure. Hi ha una quantitat molt
gran de tipus d’E/S diferents amb molt tipus de variables.
2.3.4.5 Unitats d’E/S Especials
Hi ha una enorme quantitat de variables que poden presentar-se com a senyals de
procés. Per tant, també existeixen un gran nombre de mòduls per a representar les senyals.
1. Targetes de control de temperatura: Faciliten el control de sistemes de temperatura.
2. Targetes de control de motor pas a pas: Generen trens d’impulsos necessàries per
alimentar directament l’accionador. Els Autòmats reben informació sobre la posició
del motor mitjançant encoders.
3. Targetes de control de posició de servomotor: Utilitzen el processador central per a
realitzar algoritmes de control PID.
4. Targetes de control PID: Permeten la lectura de senyals analògiques i la seva
generació per al control d’un procés.
5. Mòduls ASCII: Permeten l’intercanvi d’informació amb senyals no intel·ligents.
Capítol 2: Autòmat
29
6. Targetes controladores de comunicació: Aquestes unitats permeten a l’Autòmat enviar
i rebre informació entre ell i ordinadors, altres PLC’s o controladors.
2.4 Ítem Corresponent
Aquest tema te relació amb els Ítems següents
Ítem 0 Introducció al Laboratori d’Automatització: Aquest Ítem consisteix la primera
introducció dels estudiants al laboratori. En aquest Ítem, en l’apartat 2.2 s’introdueix el PLC
com a entitat del lloc de treball, especialment describint l’autòmat S7-1200.
Ítem 1 Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica: En l’apartat 5.2 d’aquest ítem
es parla d’entrades i sortides a nivell de software i hardware. A més a més, la planta d’aquest
Ítem proporciona una placa per a realitzar les connexions d’entrades i sortides més facilment i
en baixa tensió.
2.5 Conclusions
Els PLC’s són elements electrònics que des que es van crear, han augmentat en complexitat i
potència. Ara mateix hi ha molts fabricants diferents de PLC’s i una gran varietat de mòduls,
models i extensions. Les tasques que desenvolupen també són diferents. El PLC ha contribuït
a l’augment de productivitat de l’indústria, fent que hi hagin més béns disponibles per menys
preu.
Comprendre els PLC’s és un dels objectius de l’assignatura i dels laboratoris. És important
que comprenguin com funciona un PLC interiorment, i sobretot com funciona la CPU. Per un
enginyer elèctric o electrònic que vagi a treballar en la indústria conèixer les aplicacions i els
avantatges dels Autòmats programables.
Les pràctiques 0 i 1 expliquen els autòmats programables en el context de les pràctiques.
Determinem que hem aconseguit els objectius marcats en aquest capítol.
3 LA PROGRAMACIÓ
Capítol 3: La Programació
31
3.1 Introducció
Els Autòmats estan formats per parts físiques, el Hardware i per parts “no tangibles”
que formen part internament de l’Autòmat, l’anomenat software.
Un programa és el software que s’inserta en forma d’instruccions a la memòria de la CPU per
a que realitzi tasques. Cal aclarir que el programa que l’usuari crea i carrega a la memòria de
la màquina és software, però no tot el software que conté el PLC, ja que també s’ha de
comptar el firmware.
La programació d’un autòmat consisteix en introduir línies de codi (o instruccions) mitjançant
un hardware extern, sigui un terminal de programació, o la forma més moderna, des d’un
ordinador. Al igual que cada fabricant fa servir dissenys diferents dels components interiors
del PLC, el llenguatge que fan servir també es únic pel fabricant. Cada model d’Autòmat ha
de fer servir el software de programació del seu fabricant, i moltes vegades el llenguatge és
diferent i tot.
Aquests llenguatges poden ser de dos formes: literal o gràfic. En molts casos, els llenguatges
entre diferents fabricants només varien en les formes d’escriure les adreces, i en d’altres són
nous llenguatges en si.
Aquest projecte no pretén ser una eina d’estudi i ensenyança dels alumnes, això és tasca del
professor. Les explicacions de diferents tipus de llenguatges són purament informatives i no
s’expliquen a gran detall. La finalitat d’aquest capítol és definir aquests llenguatges i proposar
exercicis que puguin ajudar a entendre millor l’entorn on es desenvolupen aquests
llenguatges.
3.2 Objectius
En aquest capítol es vol explicar i donar exemples de les diferents formes de programar un
Autòmat de Siemens, que són els que s’han fet servir per aquest projecte. Per tant els temes
que tractarem són els següents:
- El programa i el que engloba
- Conèixer diferents llenguatges
- Tipus d’instruccions
- Aprendre a programar els llenguatges KOP i AWL de Siemens, dos dels més comuns.
3.3 Descripció del Tema
3.3.1 El Programa
El programa és el conjunt d’instruccions, ordres i simbologia que l’autòmat pot descodificar
per a realitzar la tasca desitjada. La llista que engloba les instruccions, ordres i simbologia
completes s’anomena llenguatge de programació.
Capítol 3: La Programació
32
El llenguatge es va dissenyar en el moment que es van crear els primers autòmats per a que
fos fàcil d’aprendre i de programar pels electricistes i enginyers d’aquells temps, però el
llenguatge ha anat evolucionant en el llarg del temps. No hi ha un codi estàndard entre els
fabricants. Molts dels fabricants fan servir bases i simbologies semblants, però d’altres tenen
llenguatges completament diferents. Els llenguatges es poden classificar de la següent forma:
- Algebraics: Booleans o Text Estructurat.
- Gràfics: S7-Grafcet, Diagrames de Contactes, Diagrames de Funcions, Organigrames.
Figura 18: Diagrama de Funcions de l’Empresa Siemens
El programa està format principalment per instruccions. La instrucció és la unitat
independent més petita d’un programa creat per l’usuari. En cada instrucció l’usuari indica
què vol que l’Autòmat faci: llegir una entrada, comprovar dues condicions, desactivar
sortida... Les instruccions determinen el que el PLC ha de fer. L’instrucció consta de dues
parts: Operació i Operant. L’Operant també es divideix entre Identificador d’Operant i
Paràmetre, però no totes les instruccions segueixen aquest paràmetre.
L’Operació d’una instrucció indica a la CPU QUÈ s’ha de fer. La classe d’instrucció que s’ha
d’utilitzar. Pot ser un codi numèric, simbòlic o booleà.
L’Operant de la instrucció indica o bé una constant o bé una direcció d’un bit de memòria
(objecte de dades) amb el que executar una combinació o tasca. Mitjançant el software de
programació, a aquest operant se li pot donar un nom simbòlic, una designació absoluta, o una
mescla entre els dos.
Exemple d’un programa en diagrama de contactes (Llenguatge de Siemens TIA Portal- KOP):
Figura 19: Programa en KOP
Exemple del mateix programa en llista d’instruccions (Llenguatge de Siemens S7-AWL):
Capítol 3: La Programació
33
U %I0.0
U %I0.1
O %I0.2
= %Q0.0
Figura 20: Programa en AWL
Exemple del mateix programa en Diagrama de Funcions (Llenguatge de Siemens (FUP)
Figura 21: Exemple en FUP
Parts de la instrucció
Figura 22: Figura que ensenya les parts d’una instrucció
3.3.2 Pasos de la programació de l’Autòmat
Per a programar una tasca per a que la realitzi un autòmat es pot fer de moltes formes
diferents depenent del software i el fabricant que es fa servir i fins i tot de l’estil de
programació de l’operari. Però, en principi, els passos bàsics són els següents:
Capítol 3: La Programació
34
1. Determinar els objectius a realitzar:
Per a codificar satisfactòriament una tasca és molt important saber quins són els objectius que
s’han de complir i en quin ordre s’han de realitzar les tasques programades per assolir aquest.
En aquest pas de preparació, també s’escolleix el tipus de llenguatge que es vol fer servir.
2. Assignar entrades i sortides
Quan s’hagin definit les tasques i determinat els dispositius d’E/S que s’utilitzaran i com
s’utilitzaran, aquests s’han d’assignar als punts d’Entrades o Sortides del PLC. Físicament, es
connectarà l’element a la ranura d’entarda i sortida corresponent. En el software s’assignarà la
direcció corresponent a la ranura on cada dispositiu s’ha muntat.
3. Crear el programa
Representar el programa desitjat en el software de programació. En aquest pas es presta
especial atenció a la relació de les funcions entre elles i les seqüències que han de seguir.
4. Introducció del programa a la CPU
Una vegada creat el programa, aquest s’introdueix a la CPU. Durant aquest procés, el
software converteix el programa codificat amb un llenguatge de programació comprensible
per a l’usuari, en el llenguatge que fa servir el PLC. No en tots els softwares es fa aquesta
conversió, per tant, en aquests s’haurà de realitzar la conversió manualment abans de carregar.
De totes formes, el programa sempre acaba emmagatzemat en la memòria.
5. Executar el programa
Executar el programa creat per primera vegada és el primer pas per corregir els errors.
6. Debugging
“Debugging” és l’acte de comprovar el programa i provar-lo en l’ambient de treball i corregir
els errors fins a aconseguir que el programa funcioni com es vol. Depurar-lo de errors.
3.3.3 Llenguatges de programació
En aquest apartat s’explicaran alguns dels llenguatges descrits anteriorment. Tot i que tots els
llenguatges d’un mateix tipus segueixen mes o menys les mateixes normes, cada fabricant fa
servir els seus propis llenguatges i per tant tenen algunes diferències entre si.
Ja que aquest treball està basat en PLC’s Siemens, seguidament estudiarem tipus de
llenguatges anteriors que ofereix la casa d’automatització Siemens.
3.3.3.1 Diagrama de contactes (KOP)
El llenguatge KOP és un llenguatge de programació gràfic per diagrama de contactes de
Siemens. Si mirem el gràfic 24 podem identificar que un diagrama en KOP consisteix en
contactes dissenyats a partir de dues línies verticals (busos). En KOP, els contactes (o
condicions) es situen horitzontalment al bus esquerre ( bus de potència) de la forma com
Capítol 3: La Programació
35
convingui segons la situació d’aquesta forma s’estableixen les condicions que ha de tenir el
programa. Les línies de instruccions sempre finalitzen amb una acció (instrucció) i aquesta va
connectada al bus dret (bus neutre).
Figura 24: Esquema d’un codi en TIA Portal KOP
Aquest llenguatge sempre ha estat intuïtiu i fàcil d’ensenyar a tècnics i electricistes.
Instruccions més usades
- Contactes normalment oberts i tancats
Figura 25: Contactes
Els contactes normalment oberts i tancats són instruccions de comprovació. Comproven
l’estat del bit que marquen. El contacte normalment obert és una instrucció que és certa quan
el bit que se li ha associat està activat. El contacte normalment tancat és una instrucció que és
certa quan el bit que l’hi és associat està tancat.
Normalment, en cas d’entrades es fan servir polsadors normalment oberts per funcions que
siguin per posar en marxa equips. Les funcions que paren els equip solen ser tancats.
La Bobina del relé es una instrucció d’acció que mentre està validada activa el seu bit
associat. També hi ha bobines negades, que funcionen igual que els contactes normalment
tancats però no són tan utilitzats.
Figura 26: Bobines, una oberta i l’altre tancada
Les Bobines SET i RESET són bobines de memòria. Quan es valida una bobina SET,
aquesta activa el seu bit associat i el manté activat fins i tot quan la bobina deixi de estar
validada. El bit només es desactivarà quan es validi una bobina RESET associada a aquest bit.
Capítol 3: La Programació
36
Mentre el RESET d’una bobina estigui activat, el bit associat no podrà canviar d’estat. En el
moment en que es desactiva el RESET el bit romandrà en l’estat actual però desbloquejat. El
mateix passa amb el set. Si el SET i el RESET d’una mateixa bobina estan activats alhora el
que passi depèn del fabricant, però normalment el RESET té prioritat sobre el SET i apaga
el bit.
Un altre element de la programació en KOP són els Blocs de Programació. Aquests blocs
poden ser temporitzadors, comptadors, comparacions.... Els blocs que més es fan servir
solen ser els de temporització.
Exemples d’utilització
Circuit en sèrie:
Quan programes en sèrie les estàs “sumant”(AND) condicions. En el cas d’aquest exemple les
dues condicions hauran de ser certes per a que actuï la bobina.
Circuit en paral·lel:
Els circuits en paral·lel són instruccions que són alternatives una de l’altra (OR). En el cas de
l’exemple següent, la bobina s’activarà si qualsevol de les dos condicions està activa.
Figura 27: Exemple de programa en KOP utilitzant múltiples OR i AND
3.3.3.2 Llenguatges booleans o llista d’instruccions (AWL)
El llenguatge AWL és un llenguatge de forma de llista d’instruccions escrita, molt pròxima al
llenguatge màquina. Les operacions, representades per una o dos lletres van seguides dels
operants. Aquest llenguatge permet obtenir programes més ràpids i que utilitzen menys
memòria. La seva contrapartida és que per la seva naturalesa és més difícil d’aprendre i
menys intuïtiu. El llenguatge està basat en instruccions que segueixen l’àlgebra de Boole.
Figura 28: Una instrucció en KOP traduïda a AWL. Es destaca que el nom donat a la variable no es fa servir en AWL
Capítol 3: La Programació
37
Aquestes instruccions booleanes es complementen amb altres instruccions especials que
permeten utilitzar elements de l’automatització, com per exemple aritmètica, comparació,
temporització i manipulació de dades entre d’altres. Seguidament es mostra una taula amb
instruccions bàsiques de llenguatge AWL:
Instrucció
SIEMENS
Descripció
U Funció lògica AND (contacte en sèrie obert)
O Funció lògica OR (contacte paral·lel obert)
= Asignació
UN Contacte en sèrie normalment tancat
ON Contacte paral·lel normalment tancat
NOT Negació
S Fixa una variable a estat “1” (SET)
R Fixa una variable a estat “0” (RESET)
FP Detecta flanc de pujada d’una senyal
FN Detecta flanc de baixada d’ una senyal
SPA Salt incondicional
Figura 29: Taula de equivalència d’instruccions entre KOP i AWL
3.3.3.3 Diagrama de Funcions (FUP)
El diagrama de funcions és un mètode gràfic en el que les funcions lògiques es representen
mitjançant símbols rectangulars. Aquests símbols estan escrits a les normes DIN 40700 i DIN
40719. Aquests blocs tenen una funcionalitat definida de fàbrica de tal forma que l’usuari
només l’hi ha de donar les entrades i les sortides que li corresponen. Aquests blocs també
inclouen seqüencies típiques de l’automatització com temporitzadors i comptadors.
La programació en diagrames de funcions només es pot aplicar en aplicacions amb variables
booleanes (tot o res) i alguns dels blocs especials dels que hem parlat. Això és degut a que
aquest mètode no arriba a la complexitat d’algunes operacions disponibles en llistes
d’instruccions i diagrames de contactes.
El Diagrama de Funcions de Siemens es diu FUP.
Capítol 3: La Programació
38
Figura 30: Algunes de les operacions en FUP
3.3.3.4 S7- GRAFCET
GRAFCET (o Gràfic Funcional de Control d’Etapes i Transicions) és un mètode gràfic
d’automatització basat en etapes i la transició entre elles. És una forma molt simple i potent
de programar. GRAFCET és una eina utilitzada per que permet trascindir la descripció i
interpretació gràfica d’un procés. El mètode GRAFCET consisteix en un mètode en el que un
procés passa d’una etapa (o acció) a una altra quan es compleix una condició. D’aquesta
forma pots controlar un procés de forma simple.
Per a complementar el GRAFCET s’han creat una sèrie d’útils metodològics. El més
destacable és la Guia GEMMA (Guide d’Étude des Modes de Marche et Arrêt). Aquests
útils complementen el GRAFCET per fer-lo servir com a eina de disseny a més a més de
mètode descriptiu.
S7-GRAFCET és un software de programació de Siemens.
Figura 31: Exemple d’un GRAFCET
Figura 32: Parts d’un GRACET
Capítol 3: La Programació
39
S’ha de destacar que hi han pocs autòmats que suporten la implementació directa de
GRAFCET. Molts han de traduir el programa de GRAFCET a un format que el software
reconegi. S’ampliarà informació sobre el GRAFCET en el capítol corresponent.
3.3.3.5 Text estructurat i altres llenguatges de programació poc comuns
El Text estructurat (altrament conegut com a Llenguatge d’alt nivell) és un altre tipus de
llenguatge industrial, però, com que no es tracta durant les pràctiques ni és altament utilitzat
industrialment, només l’enunciem i no l’expliquem al detall com als demés.
Aquest és un llenguatge proper a un llenguatge informàtic ja que cada vegada més els
ordinadors es fan servir en aplicacions industrials. D’aquesta manera, informàtics que passen
al món de l’automatització poden aprendre un llenguatge de programació d’autòmats fàcil i
rapidament.
Un altre llenguatge de programació no gaire utilitzat és el Diagrama de flux/Organigrama. És
un llenguatge semblant al GRAFCET amb la funció de mostrar amb claredat l’evolució del
programa.
3.3.3.6 Estàndard IE 1131-3
Actualment existeixen molts tipus d’incompatibilitat entre els llenguatges de programació
de diferents fabricants. Fins i tot quan dos fabricants fan servir el mateix tipus de llenguatge
no descriuen les adreces de la mateixa forma i la càrrega de programes al PLC és diferent en
cada fabricant. Per a l’usuari això significa alts costos, molt poca flexibilitat i falta de
normalització en perifèrics i sistemes de control. L’estàndard IE 1131-3 és l’esforç actual
per a l’estandarització d’Autòmats programables i els seus perifèrics, incluint els llenguatges
de programació de cada fabricant. Aquesta norma està dividida en cinc parts:
Vista General
Hardware
Llenguatge de programació
Guies d’usuari
Comunicació
IE 1131-3 és una guia realitzada amb molt d’esforç i negociació entre 7 grans
multinacionals veteranes de l’indústria de l’automatització. El manual és de 200 pàgines i
conté més de 60 taules. L’estandarització d’aquesta norma abarca sintaxis, semàntica i
estructura del llenguatge de programació i el software
Aquesta norma generalment conté elements comuns (tipus de dades, sintaxis i configuració de
variables i configuració) i els llenguatges de programació.
Capítol 3: La Programació
40
3.3.4 Estructures de programació
L’autòmat executa els programes de forma cíclica. El software executa el programa en forma
d’escombrat (o barrido ) des de la primera línia o instrucció, fins a la última. En funció de
com executi l’escombrat del programa es distingeixen els següents sistemes de programació:
Programació Lineal (salts condicionals i incondicionals)
Programació Estructurada (programació modular i subrutines)
Programes Paral·lels
3.3.4.1 Programació Lineal
Es dona programació lineal quan les instruccions estan gravades a la memòria una seguida de
l’altre en seqüència lineal. La CPU consultarà aquestes instruccions en aquest ordre. És la
metodologia de programació més usada en mini i microautòmats.
Podem alterar l’ordre de lectura d’instruccions mitjançant Instruccions de Modificació de
Cicle. Hi han dos tipus de formes de modificació de cicle:
- Salts condicionals i incondicionals
- Relé Mestre de Control
3.3.4.2 Programació Estructurada
La programació estructurada divideix la tasca a programar en subprogrames que s’executen
(escrutinitzen) des d’un programa arrel o principal. Hi han vàries formes de realitzar
programació estructurada:
- Programació Modular
Un tipus de programació on pràcticament tota la tasca es realitza en mòduls independents amb
una execució organitzada des del mòdul principal. Cada fabricant programa els seus mòduls
diferents però nosaltres ens basarem en Siemens. L’estructura Modular de Siemens és la
següent:
- Mòdul d’Organització (OB): Mòdul d’organització que funciona com a link entre el
sistema operatiu i la interfase de comandament.
- Mòdul de Programa (PB): Mòduls que contenen el programa de control del projecte
a automatitzar.
- Mòdul de Pas (SB): Aquests mòduls processen comandaments seqüencials entre
Mòduls. Forma part del sistema operatiu.
- Mòduls Funcionals (FB): Mòduls on es programen funcions de comandament.
- Mòduls de Dades (DB): En aquests mòduls es dipositen les dades que han de ser
processades.
Capítol 3: La Programació
41
Figura 33: Organització dels mòduls de programació
- Subrutines
S’anomena Subrutina a la seqüència d’instruccions que es repeteixen moltes vegades. En
comptes d’escriure aquest codi nombroses vegades, es pot donar-li un nom a la subrutina i
utilitzar-la cada vegada que calgui utilitzant una “crida” (o call).
La Subrutina és una unitat autosuficient, que es compila separadament i que pot ser utilitzada
per altres subrutines.
Figura 34: El programa principal pot cridar subrutines, i una subrutina pot cridar-ne una altra
3.4 Exemples d’Aplicació
1. Es desitja realitzar el control d’arrancada temporitzat d’un motor asíncron. La forma
d’actuar serà la següent: Al polsar el polsador de Marxa “M” (%I0.0) i passats 5
segons el motor M1 es posa en marxa mitjançant la bobina “S” (%Q0.0). La
maniobra s’ha d’iniciar mitjançant “M” i s’ha de parar mitjançant el polsador de
parada “P” (%I0.1). Realitza el programa en AWL.
Taula de Variables
Nom Descripció Assignació
Entrades
M Polsador de Marxa %I0.0
P Polsador de Parada %I0.1
Sortides
S Bobina del Motor M1 %Q0.0
Capítol 3: La Programació
42
AWL
U M
L ST5#5s
SI T1
U T1
U P
R T1
No Po
No Po
U T1
= S
2. Una aplicació clàssica de l’automatització industrial és la de realitzar el control
d’arrancada i parada d’un motor trifàsic. En la programació bàsica d’un motor
arrancada-parada, la forma d’actuar és la següent: Al polsar el polsador de RUN
s’activa la bobina KM1 i el seu contacte obert. Això provoca la retenció de la bobina
KM1 fent que el motor quedi encès permanentment a pesar de que deixem d’actuar
el polsador RUN. Per parar el motor s’ha d’activar el polsador STOP
momentàniament. El motor també disposa d’un relé tèrmic X1 i una làmpada de
senyalització LAMP. El motor s’ha de parar si es dispara el relé tèrmic. En tot
moment en el que el relé tèrmic estigui actiu la senyalització LAMP ha d’estar
activada. Realitza l’esquema d’arrancada-parada amb KOP i AWL.
Taula de Variables
Nom Descripció Assignació
Entrades
X1 Contacte Relé Tèrmic %I0.0
RUN Polsador de Marxa %I0.1
STOP Polsador de Parada %I0.2
Sortides
KM1 Bobina del Contactor del Motor %Q0.0
LAMP Làmpada de senyalització %Q0.1
Capítol 3: La Programació
43
KOP
AWL
UN X1 U X1
UN STOP = LAMP
U(
O RUN
O KM1
)
= KM1
3.5 Exercicis Proposats
Els exercicis que es proposen per a treballar aquest capítol són els següents:
1. En el mòdul d’operació (OB1) següent tenim el següet programa en KOP. S’ha de
convertir en un programa d’instruccions AWL.
2. En el segon mòdul d’operació del nostre programa (OB2) tenim el següent codi en
AWL. Construeix un programa equivalent en KOP.
UN %I0.0 U(
O %I0.4 U(
U %I0.1 ON %I0.0
UN %I0.1 O %I0.4
Capítol 3: La Programació
44
O( )
U %I0.5 U %I0.1
O %I1.0 UN %I0.2
UN %I0.6 O
U %I0.7 U(
) O %I0.5
U %I0.3 O %I1.0
ON %I1.1 )
= %Q0.0 UN %I0.6
U %I0.7
)
U %I0.3
ON %I1.1
= %Q0.0
3. Programa en FUP el següent programa de KOP mitjançant una marca (%M1.0) que
s’encarregarà d’emmagatzemar el resultat de les dos rames inferiors.
4. Programa en KOP el codi per a fer funcionar una perforadora de sobretaula. Aquesta
perforadora ha de funcionar de la següent manera: Quan l’usuari apreta el botó de
marxa (M) la perforadora ha de descendre fins a arribar al final de carrera 2 (FC2). La
perforadora no s’encendrà si no hi ha la porta de protecció tancada (S1). Quan arriba
al FC2, la perforadora ascendeix fins a arribar al final de carrera 1 (FC1). El final de
carrera 1 marca la fi del recorregut i la perforadora es para. Aquesta perforadora
autòmatica té una bobina per al seu motor quan baixa (KM1) i quan puja (KM2) i un
relé tèrmic (KM3). Quan el relé tèrmic s’activi, ha de parar el motor i encendres la
llum de senyalització (LAMP). Aquesta funció s’ha de poder parar en qualsevol
moment mitjançant el botó de parada (STOP).
Capítol 3: La Programació
45
Taula de Variables
Nom Descripció Assignació
Entrades
M Polsador de Marxa %I0.0
FC1 Final de Carrera Superior %I0.1
STOP Polsador de Parada %I0.2
FC2 Final de Carrera inferior %I0.3
S1 Sensor de Porta de Seguretat Tancada %I0.4
Sortides
KM1 Bobina del Contactor del Motor en Baixada %Q0.0
LAMP Làmpara de senyalització %Q0.1
KM2 Bobina del Contactor del Motor en Pujada %Q0.2
KM3 Relé Tèrmic %Q0.3
5. Tenim un dipòsit d’aigua. Aquest Dipòsit està governat per un panell de control i
accionat mitjançant una bomba (KM1). Podem sel·leccionar en aquest panell mode
Manual (M) o mode Automàtic (A). El nivell del dipòsit està controlat per dos boies
(finals de carrera). En mode manual volem que la bomba s’engegui i no fagui cas de
les boies fins que parem el mode manual. En mode automàtic volem que l’aigua es
mantingui entre les dos boies. Quan el nivell arribi a la boia inferior (FC1) volem que
s’engegui la bomba, i que es pari quan arribi a la boia superior (FC2). A més a més,
tenim un relé tèrmic (KM2) que actua tant en manual com en automàtic. Quan aquest
relé salta s’ha de parar la bomba. Tenim dos indicadors lluminosos, (L1) és una llum
verda al panell de control que s’encén quan la bomba està en marxa i (L2) és una llum
vermella que està al costat de la L1 i que s’encén quan el relé tèrmic salta. Dissenya el
codi per aquest automatisme en KOP i escriu-ne la taula de variables.
3.6 Item corresponent
El tema de programació correspon als següents items:
Ítem 0 Introducció al Laboratori d’Automatització: Al llarg de tot l’Ítem hem utilitzat el
llenguatge de programació KOP per a realitzar tots els exemples de programació i l’exercici a
realitzar.
Ítem 1 Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica: En aquest Ítem s’introdueixen
molts dels contactes i elements del llenguatge KOP, el llenguatge que es farà servir per la
majoria dels Ítems.
Ítem 2 Automatització de la Segona Planta Electropneumàtica: En aquest Ítem es demana que
l’objectiu de la pràctica es realitzi en S7-KOP.
Ítem 3 Automatització d’un Motor mitjançant un Variador de Freqüència: En aquest Ítem es
demana que l’objectiu de la pràctica es realitzi en S7-KOP.
Ítem 4 Comunicació entre PLC’s: En aquest Ítem es demana que l’objectiu de la pràctica es
realitzi en S7-KOP.
Capítol 3: La Programació
46
3.7 Conclusions
Un dels grans problemes que ha tingut l’automatització sempre ha estat la diferència de
llenguatges i els problemes que aquests poden afegir a una indústria. Cada llenguatge és
diferent i tot i que es basen amb similars conceptes no tots fan el mateix igual de bé. Cada
llenguatge té un fort. A més a més de que cada llenguatge sigui diferent, un mateix llenguatge
desenvolupat per diferents fabricants també serà diferent.
Els tècnics de manteniment, programadors i la resta de personal d’automatització d’una
indústria han de tenir en compte les diferencies de llenguatges, el tipus d’autòmats disponibles
i esforços per a que el personal aprengui nous llenguatges. Exercicis de cooperació industrial
són necessàris, com l’Estàndard IE 1131-3, en una indústria on els ordinadors, màquines amb
llenguatges universals, amenacen en ocupar el lloc dels PLC.
N’és testament el fet que hem volgut presentar els llenguatges per categories, que tenen una
base comuna, en comptes de llistar llenguatges de fabricants. Ens hem centrat amb Siemens
perquè és el que es treballa al laboratori però la base explicada aquí serveix per com a
llenguatge per a les empreses que no varien gaire de l’estàndard.
A tot això s’ha d’afegir el fet que cada persona programa de forma diferent. S’han explicat les
programacions lineals i estructurades una mica per sobre. Aquests tipus són una part
fonamental del capítol ja que cal explicar que moltes vegades dos codis programats per a fer
el mateix, poden ser completament diferents. Creiem que hem complert els objectius marcats
en aquest capítol.
4 EL TIA PORTAL
Capítol 4: El TIA Portal
48
4.1 Introducció
Per a realitzar la migració de les pràctiques d’automatització s’ha escollit el PLC S7-1200 de
Siemens. Aquest PLC funciona amb el programa TIA Portal, un software pioner que Siemens
porta molt de temps treballant. TIA Portal és un programa diferent a la resta de softwares de
programació convencionals, les seves sigles volen dir: Totally Integrated Automation Portal
(de l’anglès: Portal d’Automatització Totalment Integrat). TIA Portal és únic en el fet que
integra software de programació i entorn de programació i això el converteix en una de les
eines de programació més potents i versàtils del mercat. La idea darrere la creació d’aquest
software: crear un software que permetés a l’usuari realitzar totes les tasques d’un procés de
programació en un mateix programa.
TIA Portal és un programa que va començar fa uns anys. Aquest no va resultar gaire popular,
ja que l’idea original per a crear aquest software el va fer unintuïtiu i molt difícil de fer servir.
Siemens ha modificat moltes vegades el software i l’ha anat millorant molt diligentment per a
millorar aquests problemes fins al punt que fa molt poc les empreses ja estan començant a
adoptar ja que s’ha tornat en una de les eines més potents i versàtils del mercat
d’automatització.
El software TIA Portal que utilitzarem és la versió 13, la versió més actualitzada al moment
de redactar aquest projecte. Aquest presenta una barreja única de software de programació i
entorn de programació que la fa molt atractiva per a ensenyar a estudiants automatització per
a primera vegada. L’entorn de programació és net i intuïtiu i et permet navegar per el
programa sense entrar dintre el que és directament a la pantalla de programació, que és molt
complexa i plena de icones i botons. Entrar a la pantalla de programació directament per a una
persona nova a l’automatització és un salt molt gran i el TIA Portal és molt complex, més que
la majoria de programes.
Cal que els estudiants s’habituïn a fer servir aquest programa ja que només faran servir aquest
en tota l’assignatura.
4.2 Objectius
L’objectiu d’aquest capítol és explicar al lector el software de programació i les seves
finalitats. En aquest capítol explicarem:
- El TIA Portal i la seva composició
- Navegació en el Portal
- Exemple simple de com programar amb TIA
- Com pot ajudar el TIA Portal als estudiants
4.3 Descripció del Tema
Cal destacar que parts d’aquest capítol seran molt semblants a la introducció de l’Ítem 0, on
s’explica a l’estudiant l’estructura i com funciona el TIA Portal molt detalladament.
Capítol 4: El TIA Portal
49
4.3.1 Entorn de Programació TIA Portal
L’entorn de programació de TIA Portal consisteix en software i hardware, o sigui, el software
de programació TIA Portal i el PLC al que programa. Junts controlen el procés industrial.
Figura 35: El TIA només necessita un PLC per a automatitzar un procés ja que no necessita altres programes
TIA Portal porta molts anys en desenvolupament i ha anat integrant moltes eines diferents per
a controlar millor 30el projecte. De fet, l’única eina que no té és un simulador, que es
subministra en un programa separat molt bàsic. Aquest programa, anomenat S7-
PLCSIM, és simple i realitza la tasca de simular el programa molt precàriament. Simulació és
una de les tasques més importants, i que per tant, molts softwares inclouen en els seus
paquets. El TIA està equipat per a controlar i comunicar-se amb controladors i PLC’s, però
també HMI’s (Pantalles de Comunicació Operari- Màquina) entre d’altres. El programa està
dividit en dos vistes: La vista del projecte i la vista del portal. Aquesta és una de les grans
diferencies que té el TIA quan el comparem am programes d’automatització normals.
Capítol 4: El TIA Portal
50
Figura 36: Vista del PLCSIM, software de simulació, treballant juntament amb el TIA. Es nota en la figura que són dos
programes diferents
La vista del projecte representa la vista normal d’un software d’automatització. En aquesta
vista es pot programar i navegar per el programa. En TIA, aquesta vista et permet navegar
entre blocs de programació, autòmats i connexions de comunicació. Quan selecciones un bloc
de programació apareix al centre un espai per a programar. Aquest espai és personalitzable, és
a dir, si poden personalitzar les icones, i pot programar en KOP o AWL. Aquesta vista és
molt comuna de la majoria de softwares d’automatització. Degut a la gran quantitat d’eines
que conté aquest software, aquesta vista és molt complicada i molt difícil de navegar per a
persones noves al software. Aquest problema va comportar a la creació de la vista del portal
per part de Siemens. La vista del projecte és una vista complexa i potent per a programar
i gestionar completament un PLC.
La vista del portal és la primera vista que s’obra al obrir el projecte. En aquesta vista
s’obre el projecte en el que es vol treballar o es crea un de nou. Una vegada es té un projecte
seleccionat, es pot navegar per la vista del portal o canviar a la vista del projecte
mitjançant un botó a la part inferior de la pantalla. Mitjançant la vista del portal es pot
navegar per les funcions del software de forma fàcil i simplificada. En la vista del projecte,
anar a la pantalla de xarxes és un petit botó entre desenes. En la vista del portal hi han 5
botons: Dispositius i Xarxes, Programació del PLC, Moviment i Tecnologia,
Visualització i Online i Diagnòstic. Cada un d’aquests botons et porta a la vista del projecte
que s’ha sel·leccionat. La vista del portal és una vista exclusiva per a la navegació
simplificada del software.
Capítol 4: El TIA Portal
51
Figura 37: Vista del Portal quan obres el programa. Una vegada sel·leccionat el PLC pots navegar mitjançant la resta de
botons
Figura 38: Mitjançant aquest botó a la part inferior de la pantalla es pot navegar entre la vista del portal i la del projecte
4.3.2 Navegació en la vista del programa
Una vegada crees un programa i l’hi agreges un PLC, passa a la finestra del projecte. La vista
del projecte s’obre en la finestra de xarxes.
Capítol 4: El TIA Portal
52
Figura 39: Vista de la finestra de xarxes una vegada has creat el PLC
La vista del portal normalment sempre té les mateixes parts. Hi ha la finestra principal,
bàsicament la zona de treball. Aquí es programa, es modifiquen les xarxes, es programa...
Mitjançant l’arbre del projecte pots navegar a diferents activitats i la finestra principal
s’adapta a l’activitat que has escollit.
A l’esquerra hi ha l’arbre del projecte, on es navega per totes les parts del software.
Permet anar a les pantalles de programació i les taules de variables de tots els PLC’s que
s’han afegit,o també es pot accedir al diagnòstic de les màquines. Per a accedir a la
programació has d’anar a “Bloques de Programa” dintre del PLC que vulguis programar i
escollir un bloc de programació.
A la dreta tenim la llista d’instruccions. Aquesta apareix una vegada estàs programant un
bloc. Aquí hi han totes les instruccions disponibles en TIA, separades per categories.
Només les has de arrestrar de la llista al codi.
Capítol 4: El TIA Portal
53
Figura 40: Arbre del Projecte Figura 41: Llista d’instruccions
Una vegada entrem dintre un bloc de programació podem programar. En la figura 42 podem
veure la interfase on es realitzarà la programació. En aquesta podem donar nom i
comentar el programa i tots els segments. A la part superior tenim un espai per accés
ràpid a les instruccions. Es poden arrastrar de la llista a aquí per tenir-les més aprop.
Figura 42: Interfase de programació
Capítol 4: El TIA Portal
54
Dintre de l’arbre del projecte també podem modificar la taula de variables. Només cal
anar dintre el PLC que vulguem programar i buscar la taula de variables que necessitem dintre
l’apartat de “variables PLC”. Dintre aquest apartat podem escollir entre mostrar totes les
variables programades al programa, mostrar la taula de variables estàndard o agregar una
taula de variables nova. En TIA Portal pots tenir més d’una taula de variables.
Figura 43: Taula de variables estàndard buida
4.3.3 Exemple en TIA
Anem a realitzar un exemple de programació en TIA. Farem el circuit més bàsic de tots.
Realitzarem un circuit d’engegada amb enclavament. Per començar arrastrarem les
instruccions al segment de forma que fem el circuit desitjat. Les instruccions les podrem
treure de la llista o de la part de dalt on es poden guardar instruccions per a accés ràpid.
Donarem a les instruccions adreces i farem un petit comentari del segment per indicar com
funciona.
Figura 44: Segment d’exemple amb totes les instruccions necessàries
Seguidament volem canviar el nom de les variables. Volem posar-li’s un nom que representi
la seva tasca en comptes del genèric “Tag_X”. Per fer-ho fem clic dret sobre l’etiqueta de
nom i cliquem l’opció de canviar el nom de la variable. Procedim a canviar nom.
Capítol 4: El TIA Portal
55
Figura 45: Canvi de nom de la variable des de la finestra de programació
Una altra forma de canviar el nom de les variables (o la direcció o el tipus de dades) és anant
a la taula de variables de la forma que hem explicat abans i canviar-ho des d’allí
Figura 46: Canvi de nom de la variable des de la taula de variables
4.3.4 Com pot el TIA Portal ajudar als estudiants
Analitzem el que guanyen els estudiants al canviar de un software i PLC que té 20 anys amb
el nou software amb l’autòmat S7-1200.
Anterioment, els estudiants treballaven amb un ordinador lent i antiquat. Aquest tardava
molt en engegar-se i executar qualsevol programa. Les pantalles tenien tants anys que es
quedaven les imatges “cremades” a la pantalla i interferien amb la imatge actual. El
software era antic i inconvenient per a l’estudiant, ja que no representa la realitat industrial
actual. Com ja s’ha esposat en altres parts del projecte, si algun dels estudiants volgés
dedicar-se a l’automatització, tindria grans obstacles ja que l’estava estudiant amb condicions
dolentes. El PLC S7-300 era vell i per funcionar li havies de insertar una targeta de memòria
de 7 kb. Per tant, el tamany del programa que podies crear era limitat.
Capítol 4: El TIA Portal
56
Figura 47: Interfaç del software del autòmat S7-300
Per altra banda el PLC S7-1200 és molt popular en les empreses degut a la seva versatilitat i
gran memòria de càrrega, i el software TIA Portal innova i puleix errors en cada versió i
això fa que cada vegada s’utilitizi més en indústria. El software és complicat d’aprendre
degut a les moltes opcions que té, però a la vegada intuitiu i amb moltes funcions per a
realitzar el programa que es vol. Pot fer servir diferents llenguatges i pots realitzar
communicacions entre PLC’s. Aquest software també permet realitzar diagnòsis del PLC en
el cas de que hi hagi algun problema amb ell (per exemple amb el firmware). El PLC és més
ràpid, conté més memoria, pot executar més operacions i la seva CPU pot treballar amb més
E/S.
4.4 Ítem corresponent
Ítem 0 Introducció al Laboratori d’Automatització: En aquest Ítem s’introdueix ampliament
el software de TIA Portal i com es fa servir. A més a més, hi han exemples de com programar
un segment simple i com detectar errors en la càrrega de programa. L’Ítem 0 serveix com a
introducció definitiva al software.
Ítem 1 Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica: Aquest Ítem s’ha de realitzar
en TIA Portal.
Ítem 2 Automatització de la Segona Planta Electropneumàtica: Aquest Ítem s’ha de realitzar
en TIA Portal.
Ítem 3 Automatització d’un Motor mitjançant un Variador de Freqüència: Aquest Ítem s’ha
de realitzar en TIA Portal.
Ítem 4 Comunicació entre PLC’s: Aquest Ítem s’ha de realitzar en TIA Portal.
4.5 Conclusions
El TIA Portal és un software molt innovador de la casa Siemens. La idea de intentar fer tot en
un sol programa va fer que les primeres versions fossin un fracàs. Aquestes no es van adaptar
a la empresa ja que eren molt difícils i lentes de fer servir, a més de cares. TIA es va passar
Capítol 4: El TIA Portal
57
moltes versions en desenvolupament, millorant i millorant per a que aquesta idea estés ben
desenvolupada fins al punt de que fós viable adaptar la automatització d’una indústria a TIA.
Aquest nou software és dels millors de tota la indústria i ajudarà a tots els estudiants a
aprendre automatització ràpida i comprensivament. S’estima que amb els canvis proposats
l’assignatura d’automatització tindrà uns laboratoris moderns i preparats per a les necessitats
que es demanen dels enginyers elèctrics i electrònics al món laboral. L’automatització té
moltes competències transversals que poden ajudar a l’estudiant a consolidar molts dels
coneixements que ha après durant la carrera. Això vol dir que l’assignatura d’automatització
és una assignatura important del final del grau.
5 EL GRAFCET I LA GUIA GEMMA
Capítol 5: El GRAFCET i la Guia GEMMA
59
5.1 Introducció
El GRAFCET és un llenguatge que permet la descripció gràfica del comportament d’un
sistema de control, en forma d’etapes i transicions. Aquest llenguatge normalment s’ha de
traduir al llenguatge original del sistema de forma que hi ha una ultima etapa
d’implementació, la traducció. El mètode GRAFCET permet descriure el comportament físic
com funcional del procés.
Per altre banda, en un procés industrial les màquines no sempre funcionen en mode automàtic.
Moltes màquines han de tenir un mode manual programat per a poder treballar en cas de que
es requereixi. Per exemple: Una premsa industrial ha de treballar contínuament. El material
entra a la premsa automàticament mitjançant una cinta automàtica. Si la cinta s’averia, la
premsa ha de passar en mode manual i un operari ha de fer entrar el material a la premsa. S’ha
de tenir en compte que problemes passen i detenen el procés. En automatització, aquesta
situació s’ha de preveure i programar per a que el procés estigui preparat per a tal
contingència.
La Guia GEMMA es va crear per a per a ser una guia senzilla i fàcil d’entendre els diferents
estats d’una màquina (automàtic, manual...) així com les condicions per a passar d’un estat a
un altre. Aquesta guia es va crear per a complementar el GRAFCET.
5.2 Objectius
Els objectius per aquest tema seran el següents:
- Explicar què és el mètode GRAFCET
- Explicar què és la Guia GEMMA i com ajuda al GRAFCET
- Posar un exemple d’un sistema en GRAFCET
5.3 Descripció del Tema
5.3.1 El GRAFCET
El GRAFCET (Gràfic Funcional de Control d’Etapes i Transicions) va ser un mètode creat
durant la dècada dels setanta com a resultat dels avanços de l’AFCET (Associaton Française
pour la Cybernétique Économique et Technique). Aquesta associació volia aconseguir un
mètode per descriure processos mitjançant un gràfic funcional que es pogués interpretar per
personal sense entrenament en automatització. El que van aconseguir va ser un llenguatge
gràfic que feia servir, a més, elements de l’àlgebra lògica. Juntament amb la GEMMA (1977)
es va aconseguir passar el GRAFCET d’eina descriptiva a eina de disseny.
Els principis del GRAFCET són els següents:
Capítol 5: El GRAFCET i la Guia GEMMA
60
S’ha de caracteritzar el disseny de l’automatisme independentment de la
tecnologia a la que es vagi a programar. Això permet al operari centrar-se
principalment amb la tasca a realitzar independentment de la tecnologia.
Un sistema automàtic es divideix entre part de control i part operativa. La part
del control comprèn tot el que són consignes, ordres i comunicacions. La part
operativa representa les accions i captacions d’informació i el processament de la tasca
encomanada.
L’element fonamental del procés és l’etapa. En l’etapa es realitza l’acció de
l’autòmat.
El procés es pot dividir en macro-etapes i en etapes més elementals.
El GRAFCET busca establir un gràfic d’evolució del procés.
Cada etapa és una operació elemental.
Implementar fent servir biestables.
5.3.1.1 Tipus de GRAFCET
El GRAFCET es pot fer servir per a descriure tres nivells d’especificacions d’un autòmat. Els
nivells són els següents:
GRAFCET DE NIVELL 1: DESCRIPCIÓ FUNCIONAL
El primer nivell treballa amb les especificacions funcionals de l’automatisme, de forma
independent de la tecnologia que l’aplicarà. En aquest es presenten les accions i condicions
de forma bàsica sense especificar direccions.
Figura 48: GRAFCET de primer nivell
Capítol 5: El GRAFCET i la Guia GEMMA
61
GRAFCET DE NIVELL 2: DESCRIPCIÓ TECNOLÒGICA
Al segon nivell es descriu el GRAFCET en l’àmbit tecnològic i operatiu del
automatisme. S’han de detallar els òrgans operatius i els elements tecnològics que hi
intervindran. Aquest nivell farà servir els noms que s’haguin posat a les variables del procés.
Figura 49: GRAFCET de segon nivell
GRAFCET DE NIVELL 3: DESCRIPCIÓ OPERATIVA
Aquest és l’últim nivel. En aquest es deifinirà la seqüència d’actuacions que executarà
l’automatisme especificant les adreces de tots els elements distintius del programa.
Inclou E/S, marques i relés interns.
Figura 50: GRAFCET de tercer nivell
Aquests tres nivells s’han de fer cada vegada que es vulgui fer una automatització amb
GRAFCET. El primer nivell és el més important de tots, ja que en aquesta etapa es defineix el
projecte amb les etapes i condicions que ha de seguir. Els següents nivells són necessaris però
no tant importants ja que consisteixen en traduir el projecte a diferents nivells de la tecnologia
emprada per automatitzar-lo.
Capítol 5: El GRAFCET i la Guia GEMMA
62
5.3.1.2 Elements del GRAFCET
Un GRAFCET està format per els elements bàsics descrits a continuació:
ETAPES
Les etapes representen cada un dels estats del sistema. Cada etapa ha de correspondre en una
situació en la que les sortides depenguin únicament de les entrades.
Figura 51: Etapa
Els números de les etapes no indiquen l’ordre d’execució d’aquestes. El número és
bàsicament identificatiu. L’ordre de les etapes es determina mitjançant condicions. Una
etapa pot tenir més d’una entrada o sortida.
El GRAFCET té una etapa especial denominada etapa inicial. Aquestes representen l’inici
del procés per primera vegada. Les etapes es representen amb un quadrat doble. Hi han
diferents tipus d’etapes inicials: Amb retorn, sense retorn i amb retorn i activació forçada.
Un altre tipus d’etapa especial és l’etapa font. Aquesta és una etapa que no té cap camí
d’entrada. Aquesta només s’activa a l’inici (si és etapa inicial) o per forçat.
Figura 52: Etapa inicial d’un GRAFCET
Una etapa pou és una etapa que no té cap camí de sortida. Una etapa que no porta a més
etapes i que només es pot desactivar per forçat.
Figura 53: Etapa pou
TRANSICIONS
Les transicions representen les condicions lògiques necessàries per a que finalitzi una etapa i
la seva activitat i s’iniciï la següent. Aquestes condicions s’obtenen mitjançant combinacions
de variables. Les transicions es representen mitjançant un petit segment horitzontal que talla
la línia d’enllaç entre dos etapes.
Capítol 5: El GRAFCET i la Guia GEMMA
63
Figura 54: Com es representen les transicions. En aquesta figura, la transició serà certa quan el bit “a” estigui actiu
Quan una transició sigui vàlida. L’etapa activa en aquell moment pot passar a la següent.
La Receptivitat són les condicions necessàries per a superar una transició. Aquestes poden
ser temporitzadors comptadors o combinacions de variables d’estat. Seguidament veurem
alguns exemples:
a Condición booleana
a > b Comparación
= 1 Receptividad siempre cierta
X2 Variable de estado
T / X3/ 4s Temporización
5.3.1.3 Les Accions del GRAFCET
Les etapes normalment tenen accions associades que es realitzen mentres la seva etapa
corresponent està activa. De vegades, però, és interessant tenir etapes sense cap acció. Per
exemple, tenir una etapa intremitja mentre s’espera un canvi de variable. Les accions poden
ser de tipus extern o intern. Les accions es representen com rectangles units per una línia amb
una etapa associada.
Figura 55: Acció d’una etapa. Mentres el GRAFCET estigui en l’etapa 2 la vàlvula estarà tancada
En un GRAFCET es poden donar diferent tipus d’accions
- Accions contínues
- Accions condicionades
- Acció condicionada simple (condition)
- Acció retarda (delayed)
Capítol 5: El GRAFCET i la Guia GEMMA
64
- Acció limitada (limited)
- Acció d’impuls (pulse)
- Acció memoritzada (set)
5.3.1.4 Regles d’evolució del GRAFCET
Seguidament es mostren totes les regles del GRAFCET i la evolució del programa a través les
etapes:
1) Cada etapa té associada una variable d’estat Xi en forma de BIT
Per exemple, el bit de l’etapa 11 s’anomena X11 i es pot fer servir com a condició en una
transició.
Figura 56: Les etapes poden servir de condicions
2) Els estats d’una etapa només poden ser activa o inactiva.
La etapa activada es pot simbolitzar amb un punt vermell.
3) Una arrancada en fred és la posta en marxa de l’automatisme inicialitzant de nou totes
les variables. Una arrancada en calent és la posta en marxa de l’automatisme
conservant les variables.
4) Durant l’evolució normal del procés, una etapa no inicial s’activarà només quan hi
hagi l’etapa anterior activa i es compleixin les condicions de transició.
Capítol 5: El GRAFCET i la Guia GEMMA
65
Figura 57: Exemple d’aquesta situació.
En l’exemple anterior, el programa es troba en l’etapa 1. Quan la condició “F” de la transició
es compleixi, s’activarà l’etapa 2 i es desactivarà l’etapa 1.
5) Qualsevol etapa es desactiva una vegada es compleixin les condicions de transició de
la següent.
6) Una transició pot trobar-se en un de 4 estats: Validada, no Validada, Franquejable
(L’etapa anterior està activada i es compleixen les condicions de transició), i
Franquejada (hi ha hagut transició de etapes). Només es pot traspassar una transició si
aquesta està validada. I tota transició franquejable serà immediatament franquejada.
7) Si hi han vàries transicions franquejables simultàniament seran franquejades a la
vegada.
Aquesta regla és important en paral·lelismes interpretats. Quan ” e” sigui vàlid, s’han de
creuar els dos alhora
Figura 58: Exemple de paral·lelisme interpretat
8) El gràfic d’evolució sempre ha d’estar tancat sense deixar cap camí obert. Després
d’una etapa sempre ha d’haver una transició a una altra etapa,
Capítol 5: El GRAFCET i la Guia GEMMA
66
9) Si durant el funcionament de l’automatisme una etapa ha de estar simultàniament
activa i inactiva, l’etapa romandrà activada.
En el GRAFCET inferior esquerra, quan l’etapa 3 està activada i les condicions C i D
estan actives, això comporta el problema anterior, i l’etapa no es desactivarà. Per tant,
hem de realitzar un GRAFCET equivalent canviant les condicions de transició per evitar
que això passi.
Figura 59: Exemple de GRAFCET equivalent
5.3.1.5 Implementació tecnològica del GRAFCET
Un dels principals problemes del GRAFCET és que no ha estat mai gaire implementat en
indústria i per tant, molts autòmats no poden programar directament en aquest
llenguatge. És per aquest motiu que és necessari convertir el GRAFCET dissenyat en un altre
llenguatge. Hi ha diferents mètodes manuals per a fer la conversió però no els cobrirem en
aquest projecte.
5.3.2 La Guia GEMMA
La Guia GEMMA permet planificar de forma gràfica el comportament d’un sistema i
els seus diferents estats. Aquesta guia pretenia ser una guia gràfica senzilla i fàcil d’entendre
dels diferents estats de marxa d’un procés i les condicions que s’han de donar per a passar
d’un estat a un altre, així permetent controlar les situacions que es poguessin donar en les
diferents etapes de funcionament d’un procés industrial (Automàtic, manual, avaria,
emergència...).
La Guia GEMMA preveu uns estats com a estats més importants dintre del control d’un
autòmat. Aquests són Parada, Funcionament i Error. Aquests 3 estats (que es defineixen a
si mateixos) contenen altres estats diferents que la guia GEMMA defineix i preveu.
Capítol 5: El GRAFCET i la Guia GEMMA
67
Figura 60: Gràfic GEMMA amb tots els estats normalitzats
5.3.2.1 Estats de Funcionament
Aquest grup són estats que han de passar per la part operativa del procés per a obtindre el
resultat desitjat en el procés. Formen part d’aquest conjunt de processos tots els que realitzen
tasques preparatòries de producció, tests i verificacions de funcionament normal i, es clar, el
funcionament en si. Aquest grup es representa mitjançant la lletra F.
F1 Producció normal: És l’estat en el que la màquina realitza la tasca de producció.
Aquest estat representa majoritàriament el funcionament automàtic. Aquest estat té associat
un GRAFCET, anomenat “GRAFCET de base”.
F2 Preparació de la posta en marxa de la producció: Aquesta etapa engloba totes les
etapes prèvies a la producció en mode automàtic o semiautomàtic.
F3 Preparació de la finalització de processos de producció:Aqui hi han tots els estats
que permeten deixar un procés en repòs una vegada ha acabat el procés.
F4 Funcionament manual: Estat que engloba estats amb operacions de seqüència
arbitrària dirigida per l’usuari.
F5 Funcionament pas a pas: Etapa amb la finalitat d’albergar el control del
funcionament pas a pas de la màquina. Aquest pas és el pas normal de l’autòmat però les
transcisions estan controlades per l’operari.
Capítol 5: El GRAFCET i la Guia GEMMA
68
F6 Funcionament en mode Proba: Aquest es un mode de funcionament on l’objectiu és
realitzar les operacions necessàries per comprovar que la planta té un funcionament perfecte.
Si aquest mode està ben dissenyat, aquest permetrà detectar clarament l’origen de l’averia.
5.3.2.2 Estats de Parada
Aquest grup conté tots els estats en els que el procés no està funcionant, o els que porten a una
parada del sistema. A més a més, també inclouen els processos que passen d’anomalia a
parada. Aquests estats estan definits amb la lletra A. Per entendre aquests estats és important
definir què és la Situació de repòs. Una situació de repòs és un estat en el que el procés no té
energia però si el sistema de control.
Aquest macroestat conté els següents estats possibles de l’autòmat:
A1 Parada en estat inicial: Aquest estat correspon a l’estat inicial del procés en la que
s’espera una ordre per a començar la tasca.
A2 Petició de parada per fi de cicle: Aquesta etapa es fa servir en processos industrials
on la producció es realitza per cicles. A través d’aquest estat, una vegada acaba el cicle de
producció inicialitza el procés una atra vegada i el porta a l’etapa d’espera A1.
A3 Petició de parada en un estat determinat: Aquesta parada es dedica a portar el
procés a una etapa determinada diferent a la etapa inicial.
A4 Espera en una etapa determinada: Aquesta és una etapa de repòs diferent a la
inicial. El sistema arriba a aquesta etapa mitjançant anomalies al programa o a petició de
l’operari. Per sortir d’aquesta etapa fa falta permís de l’operari.
A5 Preparació de la posta en marxa després de fallada: En aquest estat es realitza un
reacondicionament del procés després d’haver-se produït una averia o anomalia en el procés.
A6 Posta del sistema en estat inicial: Aquesta etapa porta el sistema de control a les
condicions inicials (a etapa A1). Pot ser que, en ocasions, l’etapa A1 no existeixi o sigui
immediata.
A7 Posta del sistema a un estat determinat: Aquesta etapa inicialitza el sistema en una
etapa diferent de la inicial.
5.3.2.3 Estats de defecte o anomalia
Aquest grup està format per tots els estats de fallida de la part operativa o de marxa en
condicions anòmales. Es representen amb la lletra D. Els estats són els següents
Capítol 5: El GRAFCET i la Guia GEMMA
69
D1 Parada d’emergència: Totes les màquines que integrin un procés necessiten aquest
tipus d’estat. L’etapa de parada d’emergència porta a les màquines a la situació més segura
per el personal que treballa.
D2 Diagnòstic i/o tractament de fallada o averia: Aquesta etapa realitza la seqüència
que permet a l’operador depurar diferents errors que poden ocórrer.
D3 Manteniment de la producció sense eliminació de l’anomalia: De vegades, una
empresa no es pot permetre parar la producció per fer manteniment, fins i tot acceptant una
degradació de la qualitat del producte. Aquest estat correspon al cas de que es produeixin
certs errors que no siguin crítics.
5.3.2.4 Tipus de funcionaments
En aquest apartat s’explicaran alguns dels funcionaments corrents d’un autòmat relacionant-
ho a les seves etapes.
Marxa per cicles i parada fi de cicle
En aquest cas, el sistema està parat en l’estat inicial (A1). Quan es verifiquen les condicions
de marxa (Mode en marxa, polsador d’arrancada...) es passa a funcionar en mode normal (F1).
Quan l’operador polsa el botó de parada de fi de cicle la màquina passarà a l’etapa (A2) i
quan aquesta acabi tornarà a l’estat inicial (A1).
Marxa de verificació amb ordre
Aquest tipus de funcionament treballa de la següent forma: El sistema comença en parada
inicial (A1) i seguidament es posa en l’estat de marxa pas a pas (F5). Una vegada es dona la
ordre, aquest passa a producció (F1) per una acció i després torna a marxa pas a pas per la
següent.
Marxa de verificació sense ordre
Des de l’estat inicial (A1) es pot passar a la marxa de verificació sense ordre (F4), altrament
coneguda com a marxa manual. Una vegada acaba el procés torna a la etapa F4 per a
començar de nou.
Parades d’emergència:
Durant el sistema de funcionament normal (F1), o els altres sistemes, quan es polsa el
polsador d’emergència normalment implica deixar sense corrent el sistema. Així s’assegurem
de deixar el procés i els operaris fora de perill. Una vegada es desancli el polsador, el procés
passarà de l’etapa d’emergència (D1) a preparar la posta en marxa (A5). Una vegada en
aquesta etapa el sistema es porta a la posta en marxa inicial (A6) i una vegada s’esdevinguin
les condicions per iniciar el projecte aquest passarà a la parada inicial (A1). Aquesta etapa
requerirà una senyal de l’operari per tornar a posar-se en marxa el procés (F1).
Capítol 5: El GRAFCET i la Guia GEMMA
70
Una altra forma de realitzar una parada d’emergència és portar el sistema a un estat
determinat (A7) (en comptes de portar el sistema a inici). Aquesta etapa normalment
requereix una entrada de l’operador per a passar a la següent. La següent etapa és la de parada
en una etapa determinada (A4). En aquesta etapa, quan es polsa marxa engega la producció
(F1) des d’aquesta posició.
Parada en un punt:
En aquesta situació la producció està funcionant en producció normal (F1) i l’operador polsa
el polsador de parada. Llavors es passa a la situació (A3), petició de parada. Una vegada
obtingut la parada es passa a (A4), parada en un punt determinat. A partir d’aquest punt s’ha
de polsar el polsador de marxa per a seguir funcionant (F1). A continuació es mostra el gràfic
GEMMA per aquesta acció com a exemple de com es representen aquestes funcions.
Figura 61: Gràfic GEMMA de la parada en un punt
Aquest esquema gràfic és un dels gràfics que hi han a la guia. La guia GEMMA ajuda als
programadors a programar tasques mitjançant aquests gràfics. El procediment que ha de
seguir el programador per a utilitzar la guia és el següent:
Estudiar els estats necessaris per automatitzar el procés, anotant en cada un, les
possibles variables i la descripció d’aquest estat. Els estats que, al final, no es facin servir
s’han de marcar amb una creu.
Estudiar els estats escollits i com evolucionaran entre ells. La guia mostra de forma
gràfica totes les evolucions disponibles.
La guia mostra de forma molt semblant a com s’indiquen les transicions en
GRAFCET, la guia marcarà les condicions necessàries per a poder seguir un camí determinat.
En casos en els que una etapa no tingui una condició específica, es pot fer servir la condició
que l’acció anterior a aquesta etapa s’hagui complert.
Capítol 5: El GRAFCET i la Guia GEMMA
71
5.3.2.5 Metodologia
Ara que s’ha explicat què fa la guia GEMMA podem explicar en quines etapes del procés es
fan servir. La implementació d’un automatisme amb el llenguatge gràfic GRAFCET i l’ajut
de la guia GEMMA s’ha de realitzar de la forma següent:
1. Estudi del procés d’automatització
Definició del cicle de producció normal
Realitzar el GRAFCET de primer nivell (GRAFCET funcional)
2. Definir la part operativa (sensors i actuadors)
Realitzar el GRAFCET de segon nivell (GRAFCET operatiu)
3. Determinar els estats de la guia GEMMA adecuats al cas particular.
Definir les línies d’evolució entre els estats del model GEMMA
4. Obtenció de la configuració adequada al model GEMMA
5. Definir les condicions de transició entre els estats
6. Realitzar els diversos GRAFCET a nivell operatiu que componen cada un dels estats
definits en el model GEMMA obtingut anteriorment. Obtenir, també, el GRAFCET
corresponent al control de la evolució entre els estats del moel GEMMA.
7. Determinar la tecnologia del sistema de control
8. Implementar els diversos GRAFCET al sistema
9. Instal·lació i proba de l’equip
Quan ens centrem en la guia GEMMA, aquesta demana que s’estudiïn tots els recorreguts
possibles entre tots els estats de funcionament i parada. En el programa s’hauran de considerar
dos bucles de funcionament: Bucle de funcionament parada-normal i Bucle de
funcionament error-parada. La transició entre aquests dos bucles pot ser incondicional o
condicionada. Aquest és l’últim pas per obtenir un GRAFCET complert. Aquest GRAFCET
es pot estructurar de dos formes; en estructura vertical o horitzontal.
El GRAFCET horitzontal consisteix en programar un GRAFCET per a cada família que
proposa la guia GEMMA i una vegada acabats, enllaçar-los entre si. El GRAFCET vertical (o
piramidal) consisteix en en crear un GRAFCET amb jerarquia. A la part superior es realitza
un GRAFCET amb totes les etapes del sistema i, a la zona inferior, es realitzen GRAFCETS
particulars per a cada una de les etapes del sistema.
Cal destacar que en tots els casos les etapes d’emergència no es representen en el GRAFCET
de base. Per a representar parades d’emergència s’ha de programar o bé un bloqueig immediat
Capítol 5: El GRAFCET i la Guia GEMMA
72
de totes les sortides i entrar en un GRAFCET d’emergència genèric, o bé representar en totes
les etapes dell sistema una sortida cap a una etapa d’emergència. La última opció no es sol fer
servir degut a que és més tediosa i difícil de representar.
5.4 EXEMPLE: ESTACIÓ DE MARCATGE DE PECES
Aquest exemple és una forma senzilla de il·lustrar tot el que s’ha explicat en aquest capítol.
Figura 62: Estació a representar
En les condicions inicials d’aquest procés els dos pistons estan retrocedits. Aquests dos
pistons són de doble efecte. Considerem les accions de A+ i B+ com les accions d’avançada
dels pistons i A- i B- com les accions de retrocedir. Aquests pistons es controlen mitjançant
els finals de carrera a0 a1 per el pistó A i b0 i b1 per el pistó B. La planta té un polsador
biestable per a controlar el procés. El seu funcionament és el següent: Quan es polsa el
polsador M, el pistó A empeny la peça a marcar fins al pistó B on la peça es marca.
El GRAFCET de funcionament normal és el següent:
Figura 63: GRAFCET de primer i segon nivell
Aquest és el GRAFCET d’un programa que en si és molt bàsic. Per tant, el volem millorar
amb un cicle automàtic i un altre cicle a cicle. Per això afegirem a la planta un selector per a
cicle automàtic (AU) i per al cicle a cicle (CL). Per a solucionar aquest problema farem servir
Capítol 5: El GRAFCET i la Guia GEMMA
73
la guia GEMMA. Estudiarem la guia de la forma que s’ha explicat en aquest capítol per a
resoldre aquest cas.
Figura 64: Estudi de les etapes necessàries mitjançant Guia GEMMA
Figura 65: GRAFCET obtingut
5.5 Ítem Corresponent
Ítem 1 Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica: Per a realitzar aquest Ítem
hem deixat una de les plantes sense migrar per a que els estudiants que vulguin puguin
programar la planta en GRAFCET. Per a realitzar aquesta pràctica rebran el manual de la
planta en GRAFCET en PLC S7-300.
5.6 Conclusions
El GRAFCET és un sistema de programació de PLC’s molt poc utilitzat. Les empreses del
sector no el tenen en compte a l’hora de fer els seus productes compatibles amb GRAFCET.
Capítol 5: El GRAFCET i la Guia GEMMA
74
Aquest llenguatge va ser creat per una tercera entitat, quan, normalment, les companyies
d’automatització afavoreixen els seus propis llenguatges.
Això no vol dir que el GRAFCET s’hagi de menysprear, ja que aquest és una magnífica eina
per aprendre automatització. GRAFCET no ensenya a programar en llenguatges utilitzats
comunament, més aviat ajuda a estructurar la ment de l’estudiant. Ajuda a aprendre a separar
un procés en etapes i a dictar les condicions entre elles. Juntament amb la guia GEMMA, els
estudiants poden aprendre estructures avançades de programes industrials. Es considera que
amb aquest capítol hem explicat perfectament com són el GRAFCET i la Guia GEMMA i
com poden ajudar a una persona nova a l’automatització.
6 PROJECTES PROPOSATS
Capítol 6: Projectes Proposats
76
6.1 Introducció
Una vegada acabada l’explicació teòrica dels conceptes d’automatització explicarem el que
s’ha fet amb les pràctiques de l’assignatura.
La migració de les pràctiques a un PLC actual ens aportava una oportunitat única per a
preparar nou contingut per als estudiants d’automatització. Durant un semestre i l’estiu de
2017 s’han dissenyat i muntat noves pràctiques per a pujar el nivell d’automatització dels
futurs estudiants.
La diferència entre abans i després de la migració és astronòmica. Abans de la migració,
els estudiants treballaven amb el Windows 98, i amb PLC’s que es van comprar quan el
campus Sescelades no existia encara i era part de la “Universitat Laboral” de Tarragona. En el
seu moment, els S7-300 éren tecnologia puntera, però l’automatització és una rama
extremadament competitiva i innovadora amb industries que milloren el seu software i
hardware contínuament. La tecnologia del laboratori d’Automatització fa temps que s’havia
quedat obsoleta i els estudiants necessitaven material actualitzat i que representés la realitat
industrial.
Les pràctiques antigues eren activitats senzilles fetes amb la placa de connexions,
estructurades de forma que es practiquin diferents conceptes senzills de l’automatització en
KOP, FUP i AWL. Tot això condueix a una gran pràctica final amb GRAFCET. Aquesta
consisteix en automatitzar la planta pneumàtica de FESTO.
Amb la migració hem creat noves pràctiques per a que l’experiència dels estudiants sigui més
semblant a l’experiència que es pot trobar a l’entorn industrial. S’ha fet un canvi de filosofia
important. Es donarà material i teoria per a que els estudiants aprenguin aquests conceptes que
abans es donaven en pràctiques senceres i les pràctiques consistiran en plantes a automatitzar.
6.2 Objectius
Els objectius d’aquest capítol són els següents:
- Explicar el motiu perquè s’ha decidit canviar les pràctiques
- Explicar amb detall les noves pràctiques proposades
6.3 Descripció del Tema
6.3.1 Els Motius del Canvi
La decisió de canviar les pràctiques es va fer durant les primeres reunions amb el
professor de l’assignatura d’automatització i tutor d’aquest projecte. En aquestes reunions, on
ja s’estava començant a definir un full de ruta, començava a resultar evident que les
pràctiques s’haurien de canviar. L’autor i el tutor d’aquest projecte estaven d’acord des del
Capítol 6: Projectes Proposats
77
primer moment que el laboratori d’automatització pre-migració no era suficient per a que els
estudiants tinguessin el nivell d’automatització que s’espera d’un enginyer.
Aquestes pràctiques introdueixen a l’estudiant al món de l’automatització de forma molt lenta.
Aquestes no són dolentes de per si, de fet, els conceptes que ensenyen estan molt ben
explicats. Però, una vegada que els estudiants han après tot el que necessiten per començar a
programar només tenen un mes per treballar en una planta. Automatitzar una planta és la
forma més real de aprendre a programar un procés. Les pràctiques que es volen substituir
intenten ensenyar automatització mitjançant exercicis, però la millor forma d’ensenyar
automatització és treballant amb exemples, com més reals millor.
Per tant, la decisió va ser canviar el model de les pràctiques, aprofitant la migració de
PLC’s. Es va decidir que tota la informació necessària per a començar a automatitzar es
donés al primer dia. Les pràctiques es van reestructurar, posant la planta FESTO del laboratori
com a primera pràctica. Una vegada els estudiants hagin completat la primera pràctica
passaran a treballar a les noves plantes.
6.3.2 Les Pràctiques Actuals
Aquestes són les pràctiques que hi han actualment i que es volen substitui r:
- Pràctica 0 Introducció: Pràctica d’introducció al món de l’automatització amb
instruccions de com fer anar el software del S7-300, conté algun exercici per als estudiants.
- Pràctica 1 Operacions amb Memòries, Autoretenció i Biestables: Aquesta
pràctica explica i treballa els conceptes d’autoretenció, Set i Reset i temporització, en KOP i
AWL mitjançant la placa de senyals.
- Pràctica 2 Comptadors, Operacions de Comparació i Operacions Aritmètiques:
La pràctica 2 està dedicada a practicar comptadors, comparadors i a realitzar operacions
aritmètiques.
- Pràctica 3 Crida de Mòduls, Evaluació de Flancs, Generadors d’Ones i
Implementació d’un Semàfor: Aquesta pràctica intenta ensenyar als estudiants molts
conceptes més avançats. Els conceptes convinen molt bé en el primer gran exercici proposat,
el semàfor.
Pràctica 4 Gestió Automàtica d’un Garatge i d’un Tren de Rentat: Aquesta
pràctica continua on ho va deixar la pràctica 3, posant més problemes que simulen problemes
reals.
Pràctica 5 Automatització de la Planta Electropneumàtica del Laboratori:
Aquesta és la pràctica final, i la més important. Els alumnes tenen un més per a automatitzar
la planta FESTO que hi ha al laboratori El llenguatge fet servir és GRAFCET. El manual
d’aquesta pràctica conté una descripció exacta dels components de la planta.
Capítol 6: Projectes Proposats
78
Aquestes pràctiques són interessants per algú que no ha treballat mai amb automatització.
Com es pot apreciar, és una introducció gradual als elements d’automatització, realitzant
exercicis amb cada element d’automatització. Al final hi ha un exemple del que pot ser un
procés industrial. El problema és que aquest és un model molt bo per a una assignatura
anual d’automatització. Però tractant-se d’una assignatura quadrimestral les pràctiques
s’han de centrar en exercicis més rellevants al món industrial i en la diversificació
d’entorns.
6.3.2. Pràctiques Proposades
En aquest apartat explicarem la composició i el contingut de les pràctiques proposades.
Pràctica 0 Introducció al Laboratori d’Automatització: Aquesta pràctica és el
primer contacte que tindran els alumnes, i per tant, és una de les més importants.
Comença amb una petita introducció al lloc de treball, parlant una mica sobre el PLC,
la planta i la placa de PCB. També conté un apartat per a una introducció al software.
Aquí s’explica en gran part com es navega per el TIA Portal i com es realitza un
programa senzill i com es carrega al PLC. Aquesta pràctica conté un exercici senzill
per a habituar-se a la programació. Considerem aquesta pràctica molt important per al
desenvolupament dels estudiants i per tant, mitjançant annexes, hem intentat que
tinguin molta informació per a que els estudiants puguin solucionar els
problemes que puguin tenir amb el software. L’annex 1 tracta sobre problemes de
connexió, l’annex 2 dona més informació sobre el PLC S7-1200 i l’annex 3 parla
sobre més conceptes sobre TIA Portal i programació. L’annex 4 tracta sobre el
simulador que bé junt amb el TIA. Aquesta pràctica l’ha realitzat Xavier Román i
Rubén Navarro conjuntament.
Pràctica 1 Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica: Aquest ítem
conté una introducció molt detallada de cada part de la planta pneumàtica. Per a
suplementar la pràctica s’ha redactat un capítol amb els bàsics de la programació
(E/S, Marques, comptadors...). Per acabar la part teòrica d’aquesta pràctica hem
compilat una gran varietat d’exercicis resolts i per resoldre per a que els estudiants
puguin practicar si necessiten més exercicis. La pràctica 1 demana que l’alumne
automatitzi la pràctica. Aquesta pràctica l’ha realitzat Xavier Román i Rubén Navarro
conjuntament. L’alumne Rubén Navarro va realitzar la primera migració d’una
d’aquestes plantes i el taller va realitzar les següents. Es pot considerar que amb
aquesta pràctica complim els objectius proposats.
Pràctica 2 Automatització de la Segona Planta Electropneumàtica: Aquesta
pràctica és per la nova planta que s’ha muntat a la paret del laboratori. Com que només
hi ha una planta, els estudiants no podran realitzar-la tots alhora. El document
introdueix els estudiants a la planta i a la electropneumàtica industrial i a la
vegada, treballa el cablejat d’entrades i sortides amb bananes en comptes de amb
Capítol 6: Projectes Proposats
79
una placa PCB. Els estudians hauran de programar la planta correctament de forma
que classifiquin els tres tipus de peces. Cal indicar unes notes sobre la planta d’aquesta
pràctica. La planta no és totalment estable per a les peces i en alguns llocs es poden
quedar encallades o caure de la planta, per tant, els alumnes hauran de tenir compte
quan treballin en aquesta planta. S’espera que els estudiants cablegin les entrades i les
sortides d’acord amb la seva taula de variables. Aquesta pràctica l’ha realitzat Xavier
Román.
Per a automatitzar aquesta planta es va haver de desmuntar el sistema de control de la
planta. En aquell moment el control de la planta es feia amb lògica cablejada. El
sistema de control estava montat en un tauler damunt d’una taula amb els cables tots
dessordenats. L’estudiant i el taller van dissenyar el sistema de lògica programada
que hi ha actualment conjuntament, tenint en compte les necessitats de l’alumne. Es
va muntar un sistema per a automatització que fós completament segur per a
l’estudiant però que alhora li permetés observar els components de dintre el quadre i
que també li permetés cablejar les entrades i les sortides mitjançant bananes. Aquesta
nova planta permet un millor ordre del laboratori i al penjar el sistema de control a la
paret ocupa molt menys espai. El nostre objectiu era dissenyar la pràctica com
millor possible per a l’estudiant i ho hem aconseguit.
Figura 66: Planta de la pràctica 2 acabada i cablejada amb bananes
Pràctica 3 Automatització d’un Motor mitjançant un Variador de Freqüència:
La pràctica 3 és una nova pràctica que intenta ensenyar una part molt important
de l’automatització: automatitzar motors mitjançant variadors de freqüència.
Aquesta pràctica té com a objectiu un programa molt senzill que simula el
funcionament d’una rentadora. El principal obstacle que tindran els estudiants serà fer
funcionar el variador i trobar les variables que s’han de configurar per a realitzar les
acceleracions i els canvis de gir. El manual de la pràctica inclou descripcions molt
detallades de la planta i els variadors de freqüència i el seu funcionament. A més a
més, conté un exemple molt detallat de com fer un exercici senzill amb variador. Els
Capítol 6: Projectes Proposats
80
estudiants hauran de cablejar les entrades i les sortides d’aquesta planta. Aquesta
pràctica l’ha realitzat Xavier Román.
Pràctica 4 Comunicació entre PLC’s: Aquesta pràctica també és nova. Un
element molt important en la indústria és la comunicació entre PLC’s o pantalles
HMI. Saber comunicar elements a través la xarxa és una tasca molt important que un
enginyer ha de saber. Per tant hem realitzat una pràctica per a que els estudiants
aprenguin a comunicar PLC’s. Aquesta pràctica l’ha realitzat íntegrament Rubén
Navarro i, per tant, estarà disponible al seu projecte.
Totes aquestes pràctiques són molta més feina de la que tenien abans els estudiants i també
són d’un nivell més avançat. Els primers semestres aquestes pràctiques haurien d’estar en
mode de proba per veure com s’hi adequen els alumnes i si els hi costa molt o no tenen temps
d’acabar-les. Resta a discreció del professor com es volen organitzar aquestes pràctiques, ja
que no hi ha el mateix nombre de material. De la planta per a la pràctica 1 en tenim moltes
però només tenim una planta per a la pràctica 2
Per a la planta 3 i 4 no hi han plans de construcció encara i per tant no hem complert el
nostre objectiu tot i que aquesta vegada no estava en les nostres mans. Aquest és un
problema que s’adreçarà al pròxim capítol.
6.4 Conclusions
Al final, el motiu ulterior per a que els estudiants que han realitzat el treball de fi de grau,
l’equip tècnic del laboratori i el professor han treballat és per la millora de les condicions de
treball i l’aprenentatge dels estudiants i per la millora de la qualitat educativa de la Universitat
Rovira i Virgili. S’ha intentat variar les tasques que es realitzaran i desenvolupar la
polivalència dels estudiants que estiguin interessats en l’automatització.
Aquestes tasques poden ser difícils per als estudiants al principi ja que són un gran salt en
dificultat comparat amb les anteriors. Un bon desenvolupament de les pràctiques proposades
dependrà de unes classes de teoria coordinada i un bon estat de les plantes. Si el manteniment
de les plantes no s’efectua, passarà com a la resta d’anys: A l’hora de fer la última pràctica
totes les plantes FESTO tenien algun problema, ja sigui un pistó que perdia aire o un sensor
que no funcionava.
7 PROBLEMES SURGITS, PROPOSTES I MILLORES
Capítol 7: Problemes Surgits, Propostes i Millores
82
7.1 Introducció
Aquest capítol està dedicat a donar context al projecte i a les circumstàncies en les que
s’ha desenvolupat. Posar en perspectiva la feina desenvolupada i obrir una finestra a noves
possibilitats per al desenvolupament del laboratori d’automatització, en benefici de les
carreres d’Enginyeria Elèctrica i Enginyeria Electrònica Industrial i Automàtica i de la
universitat.
Durant el desenvolupament d’aquest projecte han hagut problemes i inconvenients que han
atrassat les tasques al laboratori, el desenvolupament de les pràctiques, el canvi d’autòmats, i
que fins hi tot han impedit que es construíssin algunes de les plantes que s’havien de realitzar
amb data límit al final d’Agost.
A més a més, s’intentarà donar de la millor forma possible un full de ruta amb propostes i
millores que es poden fer al laboratori. Tot hi que cal aclarar una cosa: aquestes propostes són
més aviat sugerències ja que el criteri principal a l’hora de realitzar cambis al laboratori són
les observacions del professor. El professor és l’encarregat de dictar si les millores són massa
difícils per als estudiants o no.
7.2 Objectius
Els objectius d’aquest tema són els següents:
- Explicar els problemes sorgits durant el desenvolupament del projecte
- Proposar de millores del laboratori
7.3 Descripció del Tema
7.3.1 Problemes Sorgits durant el Desenvolupament del Projecte
Durant el desenvolupament del projecte hi van haver diferents problemes i inconvenients que
van ocasionar atrassos en el desenvolupament del treball. La col·laboració entre moltes parts
sempre està donada a tenir problemes. Tots aquests problemes són problemes fora del nostre
abast i que no podíem resoldre per nosaltres mateixos.
7.3.1.1 Taller d’Automatismes
Un dels problemes més importants que s’han tingut ha estat amb el taller d’automatismes
(edifici E3, laboratori 106). Per a entendre aquesta situació s’ha d’entendre que els estudiants
que realitzaven el projecte de final de carrera no podien realitzar la part física de la
migració dels autòmats ja que no poden manipular substituir amb material de la universitat,
sobre tot amb PLC’s que valen milers d’euros.
Capítol 7: Problemes Surgits, Propostes i Millores
83
El taller d’automatismes sempre ha estat molt enfeinat i han hagut atrassos per a la totalitat
dels projectes dissenyats. Començant per el principi, tot i que es sabia que estudiants
vindrien a finals de gener a realitzar la migració dels autòmats, no es tenia un PLC preparat
per a començar a treballar. De fet, van tardar dos setmanes a preparar-ne un. Els atrassos es
van fer la norma.
A mitjans de març es va demanar al taller que muntéssin la planta per a la segona
pràctica. Aquesta era necessària per poder provar el programa que s’havia dissenyat i depurar
els errors. Aquesta planta no va estar llesta fins a finals de Juliol. Va deixar una setmana a
l’estudiant per a depurar el programa i provar tots els sensors.
Per a la substitució dels PLC’s de les plantes de la primera pràctica va passar igual. Fa dos
anys que la migració no es feia i la universitat tenia desenes de milers d’euros en autòmats
emmagatzemats i sense fer servir. Durant el segon quadrimestre en el que el laboratori
d’automatització no es fan servir, els PLC’s S7-1200 no es van migrar. La migració de les
plantes de la pràctica 1 es va fer a correcuita durant l’estiu, igual que la pràctica 2. No hi va
haver temps de provar i assegurar-se que funcionin totes. El programa de la pràctica 1, que en
teoria s’havia de provar en totes les plantes nomes es va tenir temps de provar en una. Aquest
retràs en les tasques del laboratori perjudicaran a l’estudiantat.
Les conseqüències d’aquesta falta d’organització són molt greus. Primerament ha resultat en
que les plantes per a les pràctiques 3 i 4 no s’hagin arribat a construir. Ara mateix aquestes
pràctiques són no serveixen de res ja que no tenen ni plans de construcció. Això són 2
pràctiques menys per als estudiants. Això significa que els estudiats nomes podran treballar
amb pràctiques basades en electropneumàtica el pròxim any acadèmic. De fet, la pràctica 4
no és molt difícil de construir. Només s’hauria de preparar un PLC amb seguretat per a que
es puguin fer les comunicacions i ja està.
Una altra conseqüència que ha tingut aquesta falta d’organització ha estat els problemes per
a realitzar la programació de la pràctica 1. L’alumne Rubén Navarro va haver de realitzar
la migració de una planta ell mateix. Al principi el requeriment era provar el programa en
totes les plantes però, com que les plantes es van acabar tant tard les plantes no es van poder
provar. Si hi ha un problema amb les plantes quan comenci el curs molt probablement
s’hagués pogut detectar si les plantes haguessin estat a temps.
7.3.1.2 Problemes amb la Col·laboració entre Assignatures
Per a la construcció de la planta per a la pràctica 3 (regulador de freqüència), es necessitaven
un variador i un motor petit. El departament d’Enginyeria Electrònica Elèctrica i Automàtica
té molts variadors de freqüència i motors que ens podien deixar per a realitzar aquesta
pràctica. El professor de l’assignatura d’Automatització i tutor d’aquest treball va parlar
amb els responsables per veure si podíem agafar un parell de variadors i motors i la resposta
no va ser positiva.
Aquesta pràctica és molt important per al desenvolupament de l’alumne, sobretot
l’alumne d’Enginyeria Elèctrica que ha treballat els variadors de freqüència extensament
durant el desenvolupament de la seva carrera. Aquest ha estudiat cadascuna de les seves parts,
els seu seu funcionament a la perfecció, i ha fet funcionar un motor amb un variador en un
Capítol 7: Problemes Surgits, Propostes i Millores
84
ambient controlat d’un laboratori. Els variadors de freqüència són una part una part
indispensable del procés industrial, i un enginyer d’aquesta especialització n’haurà de tocar
algun si treballa en indústria. Per això creiem que aquesta pràctica és molt important per al
desenvolupament de l’alumne. Saber programar i fer funcionar un variador mitjançant
un PLC és igual d’important que saber quines parts el formen o com funciona. Els
estudiants tenen dret a poder realitzar aquesta pràctica. Quan la universitat té suficients
variadors per a tots no hauria de comprar variadors nous a causa d’un conflicte entre
assignatures.
7.3.2 Proposta de millores al laboratori
Les millores d’aquest laboratori sempre s’hauran de fer d’acord amb el que cregui el
professor. Si els estudiants assimilen bé les pràctiques noves, sempre es podrà procedir
muntant les plantes que queden. Tot hi això, es vol donar unes quantes recomanacions per a
que el professor de l’assignatura pugui millorar el laboratori.
La primera millora que s’hauria de fer al laboratori és muntar les plantes per a les
pràctiques 3 i 4. Aquestes plantes en teoria han de ser molt petites i ocupar molt poc
espai. Per a la pràctica 3 són necessàries un PLC amb un variador i un relé per al
motor, a més del mencionat motor. La pràctica 4 simplement és necessari un PLC
protegit adequadament. Degut al tamany estimat de les pràctiques se’n poden fer
moltes i guardar-les en un armari. En el moment de realitzar-les es poden fer
funcionar damunt de les taules perfectament.
Una altra millora molt important seria corregir els error de construcció de la planta
de la pràctica 2. Aquesta planta té alguns punts que porten problemes. Per exemple,
en algun tram les peces poden caure de la planta, o poden quedar-se atrapades a la
segona cinta. Aquests problemes són molt fàcils d’arreglar, però s’han d’arreglar.
Alguns d’aquests poden causar problemes greus a la planta.
Ja que al laboratori tenim una altra placa penjada a la paret, un camí lògic és la
construcció d’una nova planta 2 per a que puguin treballar-la 2 grups a l’hora.
Una altra millora substancial seria la millora de les condicions del laboratori. Això
vol dir treure les caixes que estan apilonades pel laboratori. Les cortines del laboratori
són molt opaques i això és el que es busca. El problema que tenen aquestes és que
s’estan començant a desenganxar.
Amb totes aquestes millores el laboratori tindrà totes les pràctiques que s’havien pensat
inicialment. D’aquesta forma els estudiants podran practicar molts exemples diferents. Ara
mateix, només tenen dues pràctiques amb les que treballar. I a més a més, només hi ha una
planta per a la segona pràctica. Aquest laboratori es pot millorar més però per introduir més
complexitat al laboratori es necessiten més hores d’assignatura per poder donar més teoria i
Capítol 7: Problemes Surgits, Propostes i Millores
85
tenir més temps per a fer pràctiques. Una vegada les pràctiques necessàries estiguin
construïdes no s’haurà de millorar el laboratori en molt de temps.
7.4 Conclusions
Aquest projecte ha portat molta feina per a les persones involucrades. Totes aquestes hores
han estat pel benefici de la universitat i els estudiants. S’han intentat crear les millors
pràctiques per a fer els nostres estudiants més competitius en el món laboral. Les dues
pràctiques que hem aconseguit muntar han millorat molt les condicions d’aquest laboratori.
Tot hi això hi han hagut inconvenients i problemes que han obstruït la realització d’aquest
projecte i de les pràctiques en general. El gran problema que hi haurà al començar les classes
és què fer quan només hi han la meitat de plantes fetes. El professor de laboratoris haurà
d’improvisar d’alguna forma per a suplir les mancances de l’equip de taller.El fet que aquest
equip no hagi pogut acabar les pràctiques és molt decepcionant, sobretot tenint en compte que
la seva excusa per tardar tant normalment era “tranquil, que encara hi ha temps”.
Les pràctiques que romanen per fer són molt fàcils de construir i aquest projecte és una guia
per a poder construir-les una vegada hi hagi temps. Sense aquestes el laboratori només és un
parell de pràctiques basades en el mateix concepte de sel·lecció de peces mitjançant
electropneumàtica. La migració de PLC’s és una millora de qualitat necessària però
insuficient en l’estat actual de les pràctiques.
I quan parlem de millores sempre es necessiten. Però de fet, acabar les plantes que falten,
arreglar els errors de construcció de la planta 2 i ordenar el laboratori poden fer miracles per
el benestar dels estudiants. Aquest siguen el motiu ulterior per al qual s’ha realitzat tant de
canvi al laboratori. Una vegada les pràctiques encomanades estiguin totes fetes no caldrà que
es facin millores al laboratori en molt de temps.
Conclusions del Projecte
86
8 Conclusions del Projecte
Al final de tot, crec que aquest projecte tindrà una influència molt positiva en els estudiants..
Si que hi han hagut problemes, i un de molt gros amb el fet de que les plantes de les
pràctiques 3 i 4 no estiguin fetes a temps, però això està fora del nostre abast. L’esforç
suposarà una millora de la qualitat total. La migració dels autòmats S7-300 a S7-1200 torna el
laboratori en el tipus de laboratori d’automatització digne d’una escola d’enginyeria.
L’autòmat S7-1200 junt amb el software TIA Portal ajudaran als estudiants durant
l’aprenentatge, i a més a més, la diferència és abismal comparat amb el software del S7-300
que funcionava amb Windows 98. Per exemple, amb el Windows 98 els estudiants tenien
molts problemes per a guardar el seu progrés ja que les memòries USB moltes vegades no
funcionaven i penjar el progrés a internet tardava moltíssim.
Les pràctiques són una millora considerable a les antigues pràctiques. Els annexes que s’han
introduït ajudaran considerablement l’aprenentatge dels estudiants. A part de les explicacions
normals hem realitzat molts annexes als manuals de les pràctiques per a ajudar amb la
transició i els problemes que segur que passaran. La pràctica 0 és una de les més importants
en aquest sentit ja que és la pràctica introductòria al laboratori. Aquesta ja conté de per si
molta informació útil per a un nou estudiant d’automatització però més informació és
necessària. En aquesta hem afegit annexes per a solucionar problemes amb la connexió al
PLC, un capítol absolutament necessari de “troubleshooting” per a solucionar la gran majoria
d’errors al carregar al programa. A més a més es dona informació addicional sobre el PLC S7-
1200, la programació amb TIA i com fer funcionar el Simulador del TIA Portal. Per a la
pràctica 1 s’ha redactat molta informació sobre com programar. Aquesta informació s’ha
ampliat amb annexes. En aquests annexes hem inclòs una gran quantitat d’exercicis
d’automatització resolts i per resoldre. Aquests exercicis serveixen per a que l’estudiant pugui
practicar tant com necessiti per les pràctiques i l’examen. La pràctica 2 parla sobre els bàsics
d’electropneumàtica (per qui no els sàpiga) i treballa el cablejat dels components de la planta
extensament. La pràctica 3 té una explicació detallada dels variadors de freqüència i com es
poden programar per automatitzar. La pràctica 4 explica les comunicacions entre PLC’s.
Tot aquest material que s’ha implementat en la proposta de les noves pràctiques és un
argument molt important per a considerar que l’objectiu de aprofundir el contingut de les
pràctiques de l’assignatura. Quan abans les pràctiques treballaven elements bàsics que
culminaven en l’automatització d’una planta de classificació pneumàtica en un llenguatge
molt minoritari, ara treballen dues plantes de classificació diferents, variadors de freqüència i
comunicació. Tots aquests conceptes estan ben plantegats i, si es complementen amb les
classes de teoría adequadament, els estudiants no tindran cap problema en adaptar-se a les
pràctiques proposades en aquest treball.
Per tant considerem que l’objectiu de millorar el contingut de les pràctiques preparant-ne de
noves amb la migració d’autòmats s’ha complert satisfactòriament.
La planificació i construcció de les plantes és un problema. Tècnicament no hem complert els
objectius, però els estudiants hem treballat aquesta part tant com hem pogut i no s’han
Conclusions del Projecte
87
realitzat per culpa d’altres parts. Aquest és el motiu del apartat 7.3.2 proposar millores que es
poden realitzar al laboratori en un futur ja que és necessari que la resta de pràctiques s’acabin.
Les pràctiques 1 i 2 tenen plantes molt ben fetes. Les pràctiques 3 i 4 encara estan per fer.
Creiem que aquest objectiu s’ha invalidat al final del projecte ja que sí que no s’han realitzat
però no s’han realitzat les plantes per culpa de la coordinació entre diferents elements de
l’escola.
A l’hora decidir si s’ha completat l’objectiu de probar totes les plantes amb el programa
dissenyat per a solucionar el problema que es planteja, també ha hagut un problema
important. L’equip tècnic del taller va montar les plantes de les pràctiques 1 i 2 a finals de
Juliol. El problema bé en que Rubén Navarro, la persona que tenia que probar les plantes de la
pràctica 1, ja havia presentat el treball final de grau a Juny. I Xavier Román, l’autor d’aquest
treball només va tenir temps de probar la pràctica 2. Aquest és el mateix cas que abans en el
que l’objectiu que havíem d’assolir ha estat invalidat degut a la poca coordinació dels
departaments de l’escola. Tècnicament no s’ha assolit l’objectiu que s’havia marcat, però
alhora no pot ser que es muntin les plantes una vegada el Treball Fi de Grau ja s’hagi
presentat.
Com a conclusions d’aquest treball, sí que no hem assolit els objectius proposats, però crec
que és més important valorar la gran feina que s’ha fet al laboratori. La universitat té un
laboratori modern amb software modern. S’han dissenyat documents explicatius, problemes i
pràctiques per al benestar dels estudiants i ara mateix el laboratori està preparat per a
continuar amb les següents construccions de les plantes necessàries. Una vegada el laboratori
estigui acabat de la forma que s’ha dissenyat no caldrà fer-hi millores en molt de temps.
Conclusions del Projecte
88
8.1 FONTS
8.1.1 Referències Bibliogràfiques
M. A. Laughton, D. J. Warne (ed), Electrical Engineer's Reference book, setzena edició ,Newnes, 2003 Capítol 16: Programmable Controller Present I futur de les màquines (pàgines 8-10) extret dels següents materials:
Llibre: The Second Machine Age: Work, Progress and Prosperity in a Time of Brilliant Tecnologies. 1a edició. De Erik Brynjolfsson i Andrew McAffe
Llibre : The Rise of The Robots: Technology and Threats of Mass Unemployment. 1a Edició. De Martin Ford.
Estudi: The Future of Employment: How Susceptible Are Jobs to Computerisation? realitzat per Carl Benedict Frey i Michael A. Osborne, de la universitat d’Oxford
8.1.2 Manuals
Norma francesa UTE NF C03.190
Diagramme fonctionnel “GRAFCET” pour le description des systèmes logiques de commade – 1982
Manuals7 300 I s71200 Manuals del Variador de Freqüencia Altivar 32
8.1.3 Bibliogràfia de Pàgines Web
http://w5.siemens.com/spain/web/es/industry/automatizacion/simatic/tia-portal/pages/tiaportal.aspx
8.1.4 Apunts
Apunts de l’assignatura d’Automatització
9 Annexes
Annex 1: Pràctica 0
DEEEA Departament D’enginyeria Electrònica, Elèctrica i Automàtica
ETSE Escola Tècnica Superior d’Enginyeria
Pràctiques de Laboratori
D’Automatització Industrial
Pràctica 0: Introducció al Laboratori
d’Automatització
Professors: JOSÉ RAMÓN LÓPEZ LÓPEZ
PEDRO GARCES MIGUEL
www.urv.es Despatx 345
www.etse.urv.es Laboratori 107
www.etse.urv.es/DEEEA
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
2
INDEX 1. Introducció ........................................................................................................................ 3
2. Lloc de treball.................................................................................................................... 4
2.1 L’ordinador ................................................................................................................ 4
2.2 El PLC......................................................................................................................... 5
2.3 Planta electropneumàtica .......................................................................................... 6
2.4 Panell de control........................................................................................................ 7
2.5 Placa de connexions .................................................................................................. 7
3. Introducció a l’entorn de programació .............................................................................. 8
3.1 Vista general de TIA portal ......................................................................................... 8
3.2 Creació d’un projecte des de zero. ............................................................................. 8
3.3 Com Programar amb TIA Portal................................................................................ 14
3.4 Connexió al PLC i carregar el programa .................................................................... 16
4. Exercici de programació .................................................................................................. 21
ANNEX 1: Problemes de connexió ........................................................................................... 22
Connectar-se al PLC............................................................................................................. 22
No s’ha trobat PLC............................................................................................................... 24
Mòduls/Firmware diferents ................................................................................................ 27
Tria de PLC equivocat .......................................................................................................... 28
Annex 2: Informació ampliada de S7-1200 .............................................................................. 31
Característiques generals .................................................................................................... 31
Modes de funcionament de la CPU ..................................................................................... 32
Tipus de dades .................................................................................................................... 33
Àrees de memòria ............................................................................................................... 33
Annex 3: Més conceptes sobre TIA Portal i la Programació del PLC.......................................... 35
Llenguatges de programa .................................................................................................... 35
Comunicacions .................................................................................................................... 36
Blocs de programa .............................................................................................................. 37
Estructura de programació .................................................................................................. 38
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
3
1. Introducció
La redacció d’aquest manual té com a objectiu fer de guia a l’estudiant de l’assignatura
d’Automatització de la Universitat Rovira I Virgili. Aquest, permetrà donar els primers passos i
aprendre sobre l’entorn de programació TIA PORTAL, de Siemens. S’introduiran conceptes
simples i l’entorn de treball on es desenvoluparan les pràctiques.
La dificultat de l’assignatura d’automatització resideix en les pràctiques que s’han d’entregar.
Cadascuna treballa conceptes diferents però no hi ha una de fàcil o no. En gran part, aquestes
pràctiques són grans problemes a resoldre, però aquests grans problemes es poden separar en
problemes més petits i aquests altres problemes són conjunts de diferents conceptes que
s’intentaran ensenyar. Aquest manual suposarà la pràctica nº0.
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
4
2. Lloc de treball El lloc de treball del laboratori s’ha de conèixer amb profunditat per poder realitzar les
pràctiques i exercicis de l’assignatura d’automatització. Aquest lloc de treball disposa de tots
els elements necessaris per realitzar les pràctiques i no fa falta que l’alumne disposi de cap
material addicional.
El lloc de treball està format pels següents elements:
- Ordinador
- Controladors Lògics Programables (PLCs)
- Planta electropneumàtica
- Panell de control
- Placa de connexions
No tots els elements s’utilitzen per a totes les pràctiques.
2.1 L’ordinador L’ordinador és essencial per al lloc de treball ja que amb el programari que conté es
dissenyaran tots els circuits de les pràctiques i exercicis. A més a més, és el node de
comunicació amb els PLCs, que ens ajudarà a programar-los i també farà d’intermediari quan
estem provant els circuits, mostrant-nos les variables en temps real.
L’ordinador té les següents característiques
- Processador Intel Core 2 Duo 2.4 GHz
- 4 GB de memòria RAM
- Windows 64 Bits
L’ordinador disposa de dues imatges de sistema operatiu diferents. Cadascuna conté el
programari necessari per poder utilitzar cadascun dels dos PLCs. Per al PLC S7-300, s’utilitzarà
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
5
la imatge amb Windows 98 i per a utilitzar el PLC S7-1200 s’utilitzarà la imatge amb Windows
7.
2.2 El PLC El PLC és l’element que ens permetrà realitzar les accions determinades del nostre programa.
Està dissenyat per convertir les accions descrites en un programa, en accions del nostre
entorn, amb accionaments i sensors. El cas que examinarem és el del PLC S7-1214AC
AC/DC/RLY 6ES7 214-1BG40-0XB0.
En la fotografia superior es poden veure els elements externs del PLC, identificats com:
1. RUN/STOP ERROR I MANT: LED’s de funció del PLC. S’engeguen quan algun dels
següents successos ocorren:
Run/Stop: comparteixen el mateix LED però Run és verd i Stop és Àmbre. Amb Run el
PLC està corrent el programa. Amb Stop el PLC està parat. Si arriba corrent al PLC
almenys un dels dos ha d’estar encès.
Error: s’encén quan hi ha algun error al programa i el PLC no funciona. El Led és
vermell.
Mant: s’encén quan hi ha un problema amb el hardware del PLC i és necessària
assistència del servei tècnic.
2. Entrades: Les entrades són els ports per els quals entra la informació digital dels
diferents sensors dels que disposem al PLC. Quan una entrada té tensió alta el LED
corresponent s’encén en verd.
3. Sortides: Les sortides són molt semblants a les entrades, però aquesta vegada és el PLC
el que envia un voltatge alt als seus actuadors. Quan s’encén una sortida el seu LED
corresponent s’il·lumina de color verd.
Tant les entrades com les sortides es classifiquen en bytes (8 bits). Van des de 0.0 fins a 0.7,
després des de 1.0 a 1.7 en funció de la direcció que tinguin dintre del byte.. En el cas d’aquest
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
6
PLC té un byte d’entrada i un de sortida sencer i mig d’un altre byte (de 1.0 a 1.5) per raons
d’espai. La disponibilitat d’aquests es pot ampliar amb mòduls addicionals que proporcionen
més entrades i sortides per a programes més complexos.
Més informació sobre I/O al seu apartat corresponent.
Si obrim les tapes del PLC podrem veure les parts de dintre i identificar-ne més elements.
1. Connexió: Connexió de corrent a la CPU.
2. Entrades Analògiques: Les entrades analògiques mesuren un valor entre dues tensions
predeterminades, és a dir, no es troben limitades a només dues opcions (voltatge alt o
voltatge baix; 0 o 1)
3. Targeta de memòria: Ranura per introduir una targeta de memòria per ampliar la
memòria disponible.
4. Connexió IP: Ranura per a connectar el PLC a l’ordinador mitjançant un cable de xarxa
del tipus CAT5. Quan es troba connectat el LED LINK s’encén de color verd.
5. Connexió de Cablejat: En aquestes regletes es connecten les sortides: bobines,
electrovàlvules, divers de motor, etc. A la part superior es connecten les entrades:
sensors, finals de carrera, dispositius analògics, etc.
2.3 Planta electropneumàtica
La planta electropneumàtica és la part més pràctica de tots els elements del lloc de treball.
Aquesta està formada per una línia de producció classificadora, la qual conté diversos sensors,
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
7
actuadors, finals de carrera, un motor... Els elements d’aquesta es descriuen amb detall al
ITEM 1.
2.4 Panell de control
El panell de control es una placa que disposa de 8 LEDs indicadors, sis interruptors de balancí i
dos polsadors normalment oberts. Aquesta placa s’utilitza per bé controlar la planta de
producció, o bé per simular algun tipus de circuit.
2.5 Placa de connexions
La placa de connexions, es una placa PCB amb la qual s’ha de realitzar el cablejat per a
connectar els elements de la planta (sensors, finals de carrera, actuadors) i del panell de
control al PLC.
Com es pot observar a la fotografia, la placa de connexions disposa dels següents ports:
1- Entrades del PLC
2- Sortides del PLC
3- Elements d’entrada de la planta
4- Elements de sortida de la planta
5- Elements d’entrada del panell de control
6- Elements de sortida del panell de control
Ja que la placa només disposa de 16 entrades, per realitzar la programació de la planta, s’han
de triar amb cura quines farem servir. 16 entrades són suficients per fer funcionar la planta
correctament.
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
8
3. Introducció a l’entorn de programació L’entorn de programació consisteix en dos elements el software (TIA Portal) i el hardware
(PLC).
3.1 Vista general de TIA portal
TIA Portal, acrònim de Totally Integrated Automation Portal (de l’anglès: Portal
d’Automatització Totalment Integrat) és un sistema desenvolupat per Siemens que integra tots
els productes de la seva gamma SIMATIC (automatització) en un sol software. TIA Portal avarca
software de programació, PLC i controladors, processos i elements d’automatització i pantalles
de comunicació Operari-Màquina (HMI). El sistema també permet que tots aquests elements
es comuniquin entre si. És un software que permet tenir tots els elements relacionats amb la
programació en un sol software.
3.2 Creació d’un projecte des de zero.
Per fer explicar aquest exemple partirem des de que l’ordinador acaba d’engegar-se.
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
9
PAS 1: OBERTURA DEL TIA PORTAL
Per obrir el TIA s’ha de clicar la icona de TIA Portal V13. Al cap d’una mica de càrrega s’obrirà el
programa, per defecte a la finestra de Gestió del projecte. La següent imatge correspon a
aquesta finestra.
Aquí tenim diferents opcions, obrir un projecte existent, crear un projecte nou o migrar un
projecte. Per el nostre exemple crearem un projecte nou. Els projectes existents apareixeran
en la pantalla d’inici, però si creem un projecte nou la pantalla canviarà i ens deixarà donar-li
un nom i escriure comentaris del programa.
PAS 2: CREACIÓ D’UN PROJECTE
Per crear un projecte clicarem el botó Crear Proyecto. Fent això apareixerà la següent finestra
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
10
Aquí li podem donar un nom i una descripció, a més a més de especificar-li la ubicació en el
que volem que guardi el nostre projecte. Aquesta serà important a l’hora d’extreure les
carpetes del projecte de l’ordinador del laboratori. Un cop hem decidit el nom i creada una
descripció cliquem el botó Crear.
Una vegada creat el projecte, és molt important assignar-li el model de PLC a DISPOSITIVOS Y
REDES; AGREGAR DISPOSITIVO. Aquí s’escull el tipus de PLC que utilitzarà el programa. Si
s’escull un tipus de PLC equivocat no podrem programar-lo al PLC del laboratori.
Com podem saber quin tipus de PLC tenim? A damunt i al lateral del PLC hi ha la definició
d’aquest.
La finestra següent ens permetrà seleccionar el nostre PLC.
Primerament, hem de fer la distinció
entre controladors i HMIs.
Controladors són CPUs de
programació, HMI són pantalles que
mostren informació i permeten
interactuar amb el PLC.
A l’apartat Controladores trobarem
tots els PLCs que es poden programar
amb el TIA Portal. El PLC amb el qual
treballem al laboratori és el 1214C
AC/DC/Rly 6ES7 214-1BG40-0XB0. Si
no es tria aquest model específic
amb la versió adequada es poden
tenir problemes a la hora de carregar
el programa.
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
11
Per agregar el PLC seleccionat cliquem el botó AGREGAR o fent doble clic al PLC seleccionat.
PAS 3:NAVEGACIÓ PER EL PROGRAMA
Una vegada escollit el PLC amb el que treballarem, la pantalla canviarà.
El TIA Portal té dues formes de treballar, les dues fan el mateix però la forma com presenten la
informació és diferent. La Vista del Proyecto i la Vista del Portal. La vista inicial del programa
en la qual hem iniciat és la vista del Portal. Aquesta vista és una forma de navegar el TIA.
Presenta la informació de forma ordenada per anar a on vols treballar. En la vista de treball no
es pot realitzar la programació. La següent vista és la vista del Projecte. La vista del Projecte
presenta tota la informació mitjançant una barra de desplegables. La vista del Projecte permet
configurar i treballar el programa.
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
12
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
13
Per anar a la programació mitjançant la vista del portal navega a Programación del PLC (1.) i
clica el bloc que vols treballar (2.).
Per anar a la programació amb la vista del portal navega a Arbol del proyecto” a la banda
esquerra de la finestra i obre el desplegable del PLC (1.), de blocs (2.) i després obre el Bloc que
vols (3.).
Sempre podrem canviar entre les dues pantalles mitjançant un botó.
El TIA Portal és una eina molt potent. La pantalla del projecte sembla molt complicada al
principi, per tant es recomana un apropament de mica en mica, aprenent conceptes de forma
ordenada. S’utilitzarà principalment la vista del projecte per a il·lustrar aquesta pràctica.
PAS 4: PROGRAMACIÓ
Per començar a programar s’ha d’estar a la vista del projecte. La barra de l’esquerra es navega
mitjançant desplegables. Desplega “Bloques de Programa” i selecciona el bloc de programació
principal Main [OB1]. Els blocs de programa seran on s’ubicaran els nostres programes. El
llenguatge que s’utilitza és KOP, un llenguatge basat en diagrama de contactes.
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
14
Els segments seran on es dibuixarà el codi.
Una altra finestra molt important és la de “variables PLC”. La taula de variables permet definir
les variables del codi que escriurem. Les taules de variables són una part de la programació
casi tant important com la programació mateixa. Permeten definir variables no com a
direccions (M0.0, M0.1) sinó amb etiquetes que les identifiquin, (“Marxa”,”Motor Dreta”). La
creació de programes amb certa complexitat és totalment dependent de la taula de variables.
Es poden afegir tantes taules de variables es vulgui.
3.3 Com Programar amb TIA Portal Com s’ha vist anteriorment, per
poder programar el nostre PLC,
farem servir els diferents tipus de
blocs disponibles. Per començar,
podem programar en el bloc Main,
ja que aquest ho permet. Aquests
blocs de programació es poden
crear amb Agregar nuevo Bloque.
Diferents blocs es poden
comunicar entre si creant una
estructura de control per crear
programes més avançats. Clicant el botó Mostrar todas las variables, dintre de Variables PLC,
ens permet veure totes les variables definides al programa, la direcció interna d’aquesta al
PLC, tipus de variable (entrada o sortida) i comentaris escrits. Aquestes també es poden veure
a Taula de variables estándar.
Si fem doble clic al
bloc Main *OB1+, se’ns
obrirà l’espai de
treball a la part
central de la pantalla.
Aquí es pot començar
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
15
a programar. Arrastra contactes des de la barra superior al segment per formar el programa
que vols. A aquestes instruccions se’ls hi pot donar un nom o una direcció. De qualsevol de les
formes, fent clic dret sobre aquest nom o direcció ens permetrà definir variable i introduir-ne
les dades. Aquestes dades sortiran a la taula de variables. Aquí tenim un altre exemple:
A la part dreta de la pantalla, quan es té
seleccionat un bloc de programació, podem
veure una llista d’instruccions. Les principals
instruccions que s’utilitzen seran instruccions
bàsiques, i dintre d’aquestes operacions
lògiques amb bits. Obrim aquesta carpeta i
arrastra components per fer un o dos
segments.
Això no vol dir que no s’utilitzen altres
instruccions. TIA Portal ofereix una gran
quantitat d’instruccions diferents, per
realitzar tot tipus de programes.
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
16
A la part superior de la pàgina de programació hi ha diferents botons per controlar el
programa. Les funcions de la part superior permeten controlar els segments, afegir-ne o
eliminar-ne, controlar comentaris del segment i altres elements més complicats que de
moment no tocarem. A la part inferior hi ha instruccions lògiques bàsiques i per afegir
branques a segments. Es poden arrastrar instruccions bàsiques des de les carpetes de la dreta
fins a sota per tenir un accés més ràpid a elles.
Tots aquests són els elements més importants per començar a programar amb TIA Portal.
3.4 Connexió al PLC i carregar el programa
PAS 1 CARREGAR EL PROGRAMA
Hi ha moltes formes de connectar-se al PLC (mode Online), però per carregar el programa
(gravar-lo a la memòria del PLC) has d’estar en mode Offline. Si per algun motiu s’ha connectat
el programa al PLC pots desconnectar-lo clicant a Deshacer conexión online:
Per carregar el programa s’ha de fer clic dret a la pestanya de PLC, per exemple:
. O també clicant al botó marcat en vermell:
Un cop li donem a carregar el programa, s’obre la següent finestra:
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
17
Per carregar el programa s’han de seguir tres finestres diferents. Aquesta és la primera, per
connectar-se al PLC. Aquí podem veure l’adreça del PLC que hem configurat i les opcions que
tenim.
1. Una vegada oberta la finestra, aquesta mostrarà tots els PLC configurats i les seves
adreces.
2. Aquí es selecciona la plataforma on hem connectat el PLC. Si el nostre ordinador té
més d’una targeta d’internet i seleccionem la targeta equivocada el programa no
trobarà el nostre PLC i no es podrà connectar.
3. Aquest botó mostra tots els elements que la targeta pot trobar a la xarxa. Es recomana
tenir-ho desmarcat. No es necessari si està configurat bé.
4. Una vegada seleccionat on es buscarà el PLC, s’inicia la cerca amb el botó Iniciar
búsqueda. Quan acabi, mostrarà el PLC que s’hagi configurat, o tots els elements en
aquella xarxa si s’ha seleccionat Mostrar dispositivos compatibles.
5. S’hi el programa ha trobat el PLC el link entre el PLC i el PC es tornarà verd i es podrà
seleccionar la opció per fer parpellejar el LED del PLC on s’està connectant.
6. Finestra de diàleg que mostra la informació del procés. Si apareix algun error impedirà
la connexió.
7. Si el procés ha sortit bé permetrà la carregar el programa. Una vegada iniciada la
càrrega apareixerà una nova finestra.
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
18
Normalment el procés funciona sol sense haver de configurar res. Al final d’aquest
document hi ha un annex que ajuda a solucionar en cas de que sorgeixi algun problema.
Aquesta és la segona etapa. Un cop trobat amb el PLC a la xarxa i realitzada la connexió
d’enllaç ara ja es pot carregar el programa. El software dona informació a l’usuari sobre el
que ha trobat a dintre el hardware i si coincideix o es compatible amb el que s’està
carregant.
Es comuniquen les opcions sobre que fer si, per exemple hi ha diferents configuracions
entre el projecte i el PLC i també es mostren errors que poden fer que no permeti la
càrrega.
Quan el programa sigui correcte i tots els avisos siguin solucionats el programa permetrà la
càrrega.
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
19
Aquesta és la tercera finestra. Permet finalitzar la càrrega i escollir com es vol que s’iniciï el
programa, en marxa o en parada. Si es selecciona Arrancar todos s’iniciarà el programa
automàticament al clicar finalitzar. Si no, s’haurà de seleccionar Run a la part dreta del
programa.
Acabat tot això el programa s’haurà carregat i el PLC passarà a mode ONLINE, (comunicat amb
l’ordinador).
PAS 2: SIMULACIÓ
Com hem vist anteriorment, aquestes icones permeten a l’usuari interactuar amb el PLC quan
es troba en mode online. Les icones superiors interactuen amb l’estat online-offline (per poder
veure en temps real els valors de les variables internes del PLC) i les inferiors actuen
principalment amb el projecte offline: crear nous segments, afegir comentaris, afegir blocs,
etc.
Les icones principals són aquestes:
1. Compilar el programa, carregar el programa al PLC i descarregar el programa del PLC al
TIA Portal.
2. Establir la connexió online o desactivar-la (passar al mode offline):
3. Mostrar tots els elements a la xarxa
4. PLC run/stop
5. Buscar referències creuades al programa. Les referències creuades busquen tots els
elements individuals del programa que es repeteixen.
6. Inserir i esborrar un segment al codi
1 2
7
3 4 5
6
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
20
7. Iniciar/parar la observació dels estats de les variables del codi. Requereix connexió
online i PLC en RUN. El color verd indica que es troba alimentat (voltatge alt):
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
21
4. Exercici de programació Exercici: Crea el següent programa tal i com s’ha mostrat anteriorment. Carrega’l al PLC i
comprova el seu funcionament amb la placa d’interruptors i LEDs. Crea la taula de variables i
de comenta el programa.
Explica el funcionament del programa
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
22
ANNEX 1: Problemes de connexió
Tot hi que normalment no hi ha problemes a l’hora de connectar-se al PLC, un dels grans
inconvenients de TIA Portal és que quan apareix un problema al connectar-se no especifica
gaire bé de què es tracta. En aquest annex s’intenta explicar com solucionar alguns dels
problemes que poden aparèixer més sovint.
Connectar-se al PLC Molts dels problemes es poden solucionar comunicant-se amb el PLC i observant el model del
PLC i la seva configuració. La majoria de problemes són perquè el PLC que hem configurat és
diferent al PLC real.
Per connectar-se s’han de seguir els següents passos:
1. A la pestanya Online, clicar a Dispositivos accessibles. Aquesta opció obre una finestra
de diàleg com les que tenim per carregar online el programa, però aquesta buscarà
tots els elements als que ens podem connectar en la xarxa. Aquí clica Iniciar búsqueda.
2. Per connectar-se al PLC s’ha de clicar a Mostrar.
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
23
Tot hi que s’està seguint un procediment diferent, s’assembla molt al procediment per
carregar un programa online.
3. Una vegada connectat al PLC, aquest apareixerà al Árbol de proyecto, desplegant
Accesos Online es podrà trobar el PLC al que ens hem connectat. Clicant a Online y
diagnostico configurarem el model de PLC correctament.
4. Fet això s’obre una finestra, on hi ha tota la informació que necessària per comprovar
què s’ha configurat el PLC de forma errònia.
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
24
Comprova sobretot que les versions del firmware i la referència coincideixin amb la que
s’ha programat.
Arreglar aquest problema és una mica complicat. Si no has fet cap o gairebé gens de codi
es recomana que es creï un nou PLC amb la configuració adequada i perdre la informació
que s’ha redactat. Si s’ha escrit una part substancial de codi i no es vol perdre, adreceu-vos
a l’apartat d’aquest annex “Salvar programa redactat en un PLC equivocat”
No s’ha trobat PLC Un dels casos més comuns és que la IP del PLC que s’ha programat (OFFLINE) o la del PLC
(ONLINE) on ens connectem sigui diferent. En molts casos això es pot solucionar clicant la
casella de mostrar dispositivos compatibles. Si la IP que s’ha programat és diferent de la que té
el PLC hi poden haver problemes i el software no podrà trobar el PLC.
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
25
DIFERÈNCIA ENTRE IP ONLINE I IP OFFLINE
La IP online és la IP que té el PLC i la IP offline és la IP que s’ha configurat al software. Si bé la IP
offline es pot configurar perfectament offline, s’ha de connectar al PLC de la forma que hem
descrit per poder modificar la online
COM CONFIGURAR LA IP
OFFLINE
1. Al Árbol del Proyecto fer clic sobre CONFIGURACIÓN DE DISPOSITIVO. Això porta a
una finestra amb la vista del PLC.
2. Clicant sobre la ranura ETHERNET del PLC, la pestanya inferior canvia a una nova
finestra.
3. En aquesta finestra es pot canviar la direcció IP.
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
26
ONLINE
Connectat al PLC tal i com hem mostrat al primer apartat CONECTAR-SE AL PLC. Allí, sota
FUNCIONES clicar a Assignar dirección IP.
Aquí es pot canviar la direcció IP per fer que coincideixi amb la offline. Una vegada canviada
cliquem a Assignar dirección IP (ASSEGURAT QUE EL PLC ESTÀ EN STOP I DE QUE LA DIRECCIÓ
DEL ROUTER NO SIGUI LA MATEIXA QUE LA IP NORMAL).
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
27
Mòduls/Firmware diferents Quan configurem el PLC al inici del programa podem no haver escollit el PLC o la versió
d’aquest adequadament. Només es possible veure aquest error quan anem a carregar el
programa a la CPU ja que, en algun pas no ens deixa carregar i ens mostra un missatge del
tipus : “Firmware no coincide” o “Versiones diferentes” o “Modulos diferentes”
El primer pas que s’ha de fer per solucionar aquest problema és comprovar quina és la versió i
configuració del PLC. Per fer això hem de seguir els passos per connectar-nos al PLC i veure
quina és la seva informació.
La gran majoria de vegades que passa aquest error és per que hem agafat una versió que no és
la mateixa el programa no ens deixarà carregar. Aquí hi ha un exemple:
Hem agafat aquest PLC, amb la versió 4.0 per fer un exemple.
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
28
Quan la versió que s’hauria d’haver agafat és la 4.1
Moltes vegades l’única forma d’arreglar aquest error és creant un nou PLC i començant de
nou. Però fent alguns trucs podem salvar la situació
Tria de PLC equivocat Ja que el pas de carregar el programa al PLC és l’últim pas en la creació d’un programa pot ser
que a l’hora de configurar un nou PLC perdem moltíssima informació i codi. La forma de
conservar el codi és la següent:
1. Sense tancar el programa, afegim un nou PLC, que concordi amb el físic que hi ha al
laboratori. Suposem que PLC 1 és el PLC antic i PLC 2 el PLC nou
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
29
2. Seleccionem els blocs a copiar i amb el botó dret del ratolí, fem clic a copiar els blocs
(Main OB1...) del PLC 1 amb el codi que vols conservar i copiar-lo al PLC 2. Fer el
mateix amb les variables.
3. Enganxar la informació copiada a OB1 i a la Taula de variables
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
30
Fent això sortirà un diàleg amb opcions. Selecciona COPIAR Y REEMPLAZAR
4. Borra el PLC 1
Clic dret a la pestanya del PLC 1 i clica Borrar
Una vegada fet això hauràs copiat tot el codi que es vol conservar. Tot hi això cal destacar que:
- Si no s’ha copiat la taula de variables només es copiaran els nomes de les variables i
s’hauran de tornar a declarar totes. Si es copia Taula i Blocs el programa es copiarà bé.
- Per molt que el programa s’hagi copiat bé, s’haurà d’anar al codi i repassar tots els
elements que facin servir blocs de memòria addicionals (temporitzadors,
comptadors...) per poder crear els blocs que necessiten en el nou PLC.
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
31
Annex 2: Informació ampliada de S7-1200
El PLC proporcionat al laboratori d’automatització és de la família Siemens Simatic S7-1200.
Aquest PLC, de nova generació permet la programació amb TIA Portal. TIA, de l’anglès “Totally
Integrated Automation” és una estratègia tecnològica creada per Siemens al 1996 amb
l’objectiu de proveir el client amb un software que defineixi una interacció extensiva de
components, eines i serveis, per poder aconseguir una solució d’automatització.
Característiques generals El PLC proporcionat és específicament un S7-1214C AC/DC/Rly 6ES7 214-1BG40-0XB0. Aquest
s’acompanya d’un mòdul d’expansió que ens proporciona entrades i sortides addicionals, el
SM 1223 DI8/DQ8 6ES7 223-1PH32-0XB0.
Aquest PLC és un PLC compacte, és a dir, que pot funcionar sense la necessitat d’afegir mòduls
addicionals. El PLC està proveït d’una font d’alimentació integrada, entrades digitals i
analògiques, sortides digitals, connector de comunicacions i, evidentment, la CPU. Té a més a
més sòcols de connexió per mòduls addicionals, per posar-li, per exemple, més entrades i
sortides.
Com podem veure a la imatge superior, el PLC té quatre parts principals amb les quals es pot
interactuar:
1. Connector d’alimentació: en aquest port es connecta el cable d’alimentació, que va
directament connectat a la xarxa de 230 V 50 Hz. Internament, el PLC té un
transformador que ajusta aquesta tensió a la tensió de les entrades i sortides (24 V de
tensió contínua).
2. Connectors d’entrades i sortides: en aquests ports es connecten els sensors i actuadors
de la planta o element a automatitzar.
3. LEDs d’estat de les entrades i sortides: aquests indicadors visuals, marquen en temps
real el valor que tenen actualment les entrades
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
32
4. Connector PROFINET per comunicacions: aquest connector, ens permet connectar-nos
al PLC per programar-lo, per llegir el seu estat, i també ens servirà per comunicar-nos
entre PLCs. Aquesta connexió és del tipus Ethernet.
Les característiques del PLC es veuen resumides en el següent quadre:
Mides 11,4 x 11,7 x 8x8 cm
Alimentació 85 – 264 V AC 47 – 63 Hz
Entrades digitals 14 DI a 24 V DC
Entrades analògiques 2 AI a 0 – 10 V DC
Sortides digitals 10 DO 2A
Memòria de programa 100 kB
Com hem mencionat abans, al PLC l’acompanya un mòdul d’expansió d’entrades sortides SM
1223 DI8/DQ8 6ES7 223-1PH32-0XB0. Les seves característiques es poden veure a la taula
següent:
Alimentació A través del PLC
Entrades digitals 8 DI a 24 V DC
Sortides digitals 8 DO 2A
Aquest mòdul ens proporciona 8 entrades i 8 sortides digitals més, que fan un total de 22 i 18
entrades i sortides digitals respectivament.
Modes de funcionament de la CPU
LA CPU té tres estats de funcionament, indicats pels tres LEDs a la part esquerra del PLC:
- STOP: en aquest estat el PLC no està executant cap programa i es pot descarregar un
programa nou al PLC.
- STARTUP: Al PLC se li pot programar una seqüència d’engegada. Quan aquesta estigui
en marxa, aquest LED ho indicarà.
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
33
- RUN: en aquest estat, la CPU executa el programa guardat internament de forma
cíclica. Durant aquest estat no es poden descarregar programes al PLC.
La CPU es posarà directament en estat de RUN quan estigui alimentada, i només es pot parar a
través del software que controla el PLC, en aquest cas TIA Portal. El panell de control que es
mostra al TIA Portal és el següent:
En aquest panell podem indicar-li al PLC que es posi en estat RUN, en estat STOP i també
podem fer-li un esborrat de la memòria amb la comanda MRES (Memory Reset).
Tipus de dades La CPU agrupa les dades de forma diferent: bits, bytes i paraules. El bit és la unitat més petita
d’informació, representada per un 0 (nivell baix, fals) i un 1 (nivell alt, vertader). Els bits
s’agrupen en grups de 8 (des de 0 fins a 7), que formen bytes i els bytes s’agrupen en grups de
2 que formen paraules (words) i grups de 4 que formen paraules dobles (double words).
Aquestes dades, poden ser de diferents tipus, a continuació en veiem algunes de bàsiques. En
la següent taula es poden veure les seves característiques:
Tipus de dada Mida Rang Exemple
Bool (booleana) 1 bit 0 a 1 TRUE, FALSE, 0, 1
Int (enter) 16 bits (2 bytes) -32768 a 32768 -342, 342
Char (caràcter) 8 bits (1 byte) 16#00 a 16#FF ‘A’, ‘&’
Àrees de memòria La CPU disposa de diferents àrees de memòria per guardar les variables i constants del
sistema: entrades, sortides, marques...
Aquesta memòria té unes direccions específiques, les quals algunes són estàtiques i no es
poden canviar. En la següent taula es pot veure com es troba repartida la memòria i com
podem accedir als valors interns d’aquesta:
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
34
I; Entrades Aquest espai defineix l’estat de les entrades del PLC. Llegint aquesta memòria sabrem si a l’entrada del PLC tenim un voltatge alt (1, vertader) o un voltatge baix (0, fals). El rang de direccions de les entrades va des de I0.0 ... I0.7 fins a I1.5 Un cop connectat el mòdul d’expansió, s’afegeixen 8 posicions de memòria addicionals, que es troben en les direccions I8.0 fins a I8.7.
Q; Sortides Aquest espai defineix l’estat de les sortides del PLC. Escrivint en aquesta part de la memòria, li podem donar al PLC un voltatge alt (1, vertader) o baix (0, fals) per a que els nostres actuadors realitzin la tasca desitjada. El rang de direccions de les sortides va des de Q0.0... Q0.7 fins a Q0.1 Un cop connectat el mòdul d’expansió, s’afegeixen 8 posicions de memòria addicionals, que es troben en les direccions Q8.0 fins a Q8.7.
M; Marques Les marques, serveixen per guardar estats entremitjos que no són ni entrades ni sortides. Aquestes marques es guarden en blocs de bytes utilitzant el pneumònic M; per exemple M0.0, M0.1, etc.
L; Memòria temporal de funció
Quan es crida una funció, es crea una memòria temporal per poder guardar les variables internes utilitzades dintre la funció. Com es pot veure a l’apartat de “Blocs de Programa” de la P0, els blocs de funció no tenen una memòria associada, per tant, quan s’executen s’ha de crear una memòria temporal.
DB; Bloc de dades
El bloc de dades s’utilitza per guardar diferents tipus de dades utilitzades en tot el programa. Aquest tipus de dades solen anar associades a elements de programació que necessiten guardar valors, com ara comptadors o temporitzadors. Els blocs de funció han de tenir sempre un bloc de dades associat.
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
35
Alimentació
del circuit.
Contactors o
relés. Entrades.
Temporitzador Bobina.
Sortida.
Connexió
terra.
Annex 3: Més conceptes sobre TIA Portal i la Programació del PLC
Llenguatges de programa El TIA Portal V13 suporta tres llenguatges de programació diferents però compatibles entre ells
i generalment, directament traduïbles. Aquests tres llenguatges són KOP, FUP i SCL; específics
de Siemens.
KOP/LAD
El KOP es un llenguatge de programació basat en tecnologia de contactors o diagrama d’escala.
Aquest llenguatge ens permet programar de forma lògica i amb facilitat programes senzills i
complexos.
La programació en KOP es representa gràficament per dues línies verticals separades, de les
quals la part esquerra representa una línia amb tensió i la dreta representa una línia
connectada a terra o neutre. Aquestes dues línies s’uniran amb contactes, relés i altres
elements de programació. L’objectiu es crear una estructura lògica entre la part esquerra i la
dreta, que acabi alimentant algun element a l’extrem dret: una bobina, una marca, etc. Un
circuit KOP, té la següent forma:
Com podem veure, tenim una seqüència lògica de quatre contactors i un temporitzador que
porten a una bobina. Quan es compleixi la seqüència lògica de tots els elements que
precedeixen a la bobina, aquesta es trobarà alimentada i per tant s’activarà.
FUP
El llenguatge de programació FUP es un llenguatge basat en blocs d’operacions col·locats de
forma seqüencial en un esquema lògic. Aquest llenguatge, semblant al KOP però amb un
enfocament basat en la programació lògica digital, és igual de vàlid per programar tot tipus
d’aplicacions.
Podem veure, per exemple, l’esquema mostrat anteriorment en KOP, traduït al llenguatge
FUP:
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
36
SCL
El llenguatge de programació SCL (de l’anglès Structured Control Language; Llenguatge
estructurat de control), és un llenguatge textual d’alt nivell basat en PASCAL. Aquest
llenguatge, ens dóna control total sobre el PLC i ens permet realitzar operacions que amb KOP
o FUP no serien possibles o resultarien complexes de programar.
L’avantatge de disposar d’un llenguatge de programació textual d’alt nivell per programar un
PLC és la versatilitat que això ens aporta. Dintre d’un mateix projecte, es pot realitzar la
programació general en KOP i al mateix temps definir detalls o realitzar operacions més
complexes amb SCL.
Comunicacions Tot PLC necessita disposar d’un protocol de comunicacions establert per poder realitzar la seva
programació. A part d’això, els PLCs fan servir les el protocol de comunicacions per comunicar-
se amb ordinadors, altres PLCs i pantalles HMI (pantalles d’operari).
El PLC SIEMENS S7-1200 utilitza el protocol de comunicacions PROFINET. PROFINET és un
estàndard tecnològic industrial que permet comunicacions amb una connexió ethernet
comuna del tipus CAT5. Això facilita una gran compatibilitat a l’hora de comunicar-se amb
ordinadors, altres PLCs i pantalles HMI. Això permet també el control de diversos PLCs
connectats a una xarxa local per un mateix PC.
Per programar el PLC hem de realitzar la connexió a del PLC amb l’ordinador proporcionat al
laboratori, tal i com s’indica al ITEM 0. Per realitzar aquesta connexió, el TIA Portal, a través de
la targeta ethernet de l’ordinador, li assigna una direcció IP al PLC.
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
37
Blocs de programa Els blocs de programa contenen el programa que volem que el PLC executi. N’hi ha de
diferents tipus i cadascun té una utilitat i un propòsit diferent.
Main [OB1]
El bloc Main OB representa la funció principal del projecte. Aquest tipus de bloc no té un bloc
de memòria associat, és necessari que n’hi hagi un a cada projecte i només n’hi pot haver un
per projecte. De la mateixa manera que amb altres llenguatges de programació, el bloc
principal ha de contenir les crides als blocs de funció i a les funcions per a que aquests puguin
funcionar.
Blocs d’organització [OB]
Els blocs d’organització, son blocs de funcionament cíclic i funcionen independentment del
Main i tenen un propòsit específic. Per exemple poden servir per fer una inicialització o una
parada d’emergència en cas d’error. Aquests s’anomenen d’ordre superior, ja que manen
sobre els blocs de funció i les funcions. Una ordre d’aquest bloc pot, per exemple, aturar per
complet un bloc de funció.
Blocs de funció [FB]
Els blocs de funció, són blocs de funcionament cíclic els quals tenen una memòria de dades
associada, es a dir que encara que no s’estiguin executant en un moment determinat,
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
38
mantindran el valor de les seves variables. A aquests va associat un bloc de dades [DB] en el
qual es guarda els valors de les variables esmentades. L’execució d’aquestes es realitza
mitjançant la seva crida, si no són cridats a cap lloc, no funcionaran. Aquests blocs, considerats
de segon nivell, no poden aturar els blocs d’organització, però si poden ser aturats per aquests.
Funcions [FC]
Les funcions, tenen un funcionament lògic igual que el dels blocs de funció però no retenen els
valors de memòria.
Blocs de dades [DB]
Els blocs de dades poden contenir les diferents variables utilitzades en els blocs de funció o
blocs d’organització. Entre aquestes dades es poden trobar els valors associats amb un
temporitzador o un comptador.
Estructura de programació Hi ha dos formes generals de programar un PLC: lineal o modular.
Programació lineal
La programació lineal es basa en la programació d’un únic bloc (OB1; Main)
que realitzarà l’execució de la tasca determinada, sense dependre de cap
bloc addicional, i de forma cíclica
Programació modular
La Programació modular es realitza fent crides a blocs que
tenen funcions específiques. Per realitzar la programació
d’aquesta forma, s’han de dividir la tasca general en
diferents de més petites i separades amb diferents blocs de
funció. El programa s’estructura cridant els blocs des d’un
altre.
Creant blocs genèrics que es puguin reutilitzar, es simplifica el disseny i implementació del
programa. Quan s’estructura un programa en components modulars que es relacionen a
tasques funcionals, el disseny del programa és més senzill d’entendre i administrar.
Això ajuda també amb la simulació i cerca d’errors del programa. Ja que d’aquesta forma, es
poden provar les parts de forma separada i identificar els possibles problemes de forma més
senzilla.
Crides a blocs de funció Si es vol realitzar una programació modular d’algun projecte, es necessari saber realitzar crides
a blocs de funció. Aquestes crides ens permetran interrelacionar els blocs de funció entre ells
així com condicionar-los de la forma que vulguem.
En general, una bona pràctica a seguir, és la utilització del bloc Main [OB1] com a bloc general
per fer crides i els possibles blocs FB i FC contingents de les funcions que realment realitzaran
les tasques especificades.
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
39
Per realitzar això amb el TIA Portal V13, l’únic que s’ha de fer es arrastrar els blocs desitjats als
segments dintre d’un altre bloc. Quedant de la següent manera:
D’aquesta manera, s’activen els blocs quan s’activen les corresponents entrades connectades a
aquests.
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
40
Annex 4: Utilització del PLCSIM
En aquest apartat es tracta l’ús del simulador S7-PLCSIM V13 que inclou el programari TIA
Portal V13. Aquest programari és molt útil a l’hora de realitzar proves amb circuits teòrics
sense necessitat de disposar d’un PLC.
Iniciar el simulador Amb un projecte existent del TIA Portal obert, per iniciar el simulador, es pot anar a Online ->
Simulación -> Iniciar o simplement clicar el següent botó:
Un cop clicat aquest botó se’ns avisa de que totes les connexions online presents en el precís
moment es desactivaran. Un cop acceptat, i després d’una bona estona, se’ns presentarà amb
la següent finestra:
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
41
En aquest cas, el simulador, respecte al que comporta el TIA Portal, no és més que un altre
PLC. Així que aquesta finestra, es la mateixa que s’obre quan ens intentem connectar a un PLC.
En aquest cas, però, la interfície necessària és la que es troba en blau: PLCSIM S7-1200/S7-
1500.
També se’ns haurà obert una petita finestra, ja amb la icona de PLCSIM a la barra de Windows,
que té aquesta forma:
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
42
Aquest és el nostre PLC simulat.
A la finestra de cerca de PLC s’ha de fer clic a Iniciar búsqueda. Després d’una breu cerca,
apareix el PLC CPU-1200 Simulation. Clicant a Cargar se’ns presenta la mateixa finestra que
apareixeria en cas d’estar programant un PLC físic.
Sel·leccionant Sobreescribir todos i Cargar, s’obre la següent finestra que ens permet decidir si
arranquem el programa o no.
Amb un clic a finalitzar, el programa ja es troba carregat al PLC simulat. Ara ja es pot treballar
de forma normal.
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
43
Ús del simulador Un cop carregat el programa, podem utilitzar el PLC SIM per controlar els valors de les
entrades i el TIA Portal per veure com afecten aquestes a les sortides. En el següent exemple
es pot veure l’ús del simulador.
Partim del següent esquema de contactes senzill:
En aquest cas tenim una entrada i una sortida, ambdues etiquetades a la taula de variables.
Obrim el simulador en pantalla completa per poder controlar el valor de l’entrada, clicant en el
següent botó:
Un cop oberta la finestra completa, obrim el desplegable Tablas SIM i obrim la Tabla SIM 1. En
aquesta taula podem afegir les variables a controlar. Per a l’exemple mencionat anteriorment,
afegirem la variable Entrada utilitzant la seva etiqueta.
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
44
Un cop tenim ja la variable afegida, ja podem controlar el seu valor. Per canviar-li el valor a
actiu (o 1/TRUE), hem de clicar a la caixa de la columna Bits.
Per veure com afecta això al nostre circuit, ho podem fer a través del mode online del TIA
Portal. Tornem al TIA Portal i seleccionem Establecer conexión online.
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
45
Un cop hem passat al mode online, podem veure l’estat dels nostres blocs, taules de variables i
demés al PLC, marcat amb punts verds o vermells.*
Finalment, seleccionant l’opció d’Activar/desactivar observación, podem veure l’estat dels
nostres contactors.
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
46
Com es pot veure, la línia verda contínua indica que passa corrent tant pel contactor d’Entrada
com per la bobina Sortida.
NOTA: S’ha de tenir en compte que cada vegada que s’inicia el simulador, es crea un nou
projecte de simulació, així que si volem reaprofitar el que hem guardat, haurem d’obrir un
projecte antic un cop dintre del simulador.
Ús de seqüències En projectes complexos, amb moltes entrades i sortides ens pot interessar activar i desactivar
moltes entrades a la vegada sense haver d’activar-les o desactivar-les manualment. Per a això
es poden utilitzar taules de seqüències.
La funció de les taules de seqüències és la de seguir una seqüència lògica marcada per l’usuari
sobre l’estat d’algunes entrades. A aquesta seqüència se li pot indicar diferents ordres a
diferents temps.
Es pot veure com funciona en el següent exemple. Suposem que tenim el següent circuit:
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
47
En aquest circuit, disposem d’un interruptor de marxa, que activarà un pistó. Quan aquest
pistó arribi al final de carrera, aquest activarà un braç giratori.
Com es tracta d’un circuit simulat, cap dels elements mencionats anteriorment es troben
enlloc. En un circuit real, el final de carrera s’activaria automàticament quan el pistó arribés al
final del seu recorregut. Però com no hi ha cap pistó, en una simulació s’hauria d’activar
manualment.
En aquest cas automatitzarem aquest pas amb una seqüenciació. Obrim el simulador amb els
passos mencionats anteriorment, i a la taula de Secuencias afegim les variables a controlar.
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
48
Afegim també un temps, en aquest cas, iniciem marxa als 0 segons i final de carrera pistó als 5
segons. També hem de canviar el valor si volem que sigui vertader (true, 1, actiu) o fals (false,
0, inactiu) a la columna Parametro de acción.
Per posar-lo en marxa, hem de clicar el botó Iniciar secuencia.
Fet això, començarà la seqüència que li hem indicat, i podem veure els resultats al nostre
circuit al TIA Portal.
En l’exemple donat, la seqüència es molt senzilla, però aquesta eina ens pot ajudar a provar els
nostres programes, per complexos que siguin.
Importar/Exportar taules
Pot ser interessant a l’hora de simular, poder utilitzar la taula de variables del TIA Portal dintre
del PLCSIM. Per fer això, es pot exportar la taula des d’un lloc i importar-la en l’altre.
Amb el projecte obert dintre del TIA Portal, obrim la taula de variables que vulguem exportar.
En aquest exemple exportarem la Tabla de variables estándar, on apareixen totes les variables
d’un projecte.
Un cop en la finestra de la taula, cliquem al botó Exportar.
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
49
I se’ns obrirà aquesta finestra:
Podem triar si exportar només variables, constants o ambdues. Clicant als punts suspensius al
costat de la barra blanca ens deixa triar la ruta on guardarem l’arxiu. Es poden també guardar
en un arxiu Excel existent.
Un cop guardat, ens sortirà un missatge que ens indica que la exportació s’ha realitzat
correctament. Fet això, obrim el PLCSIM, i creem una nova taula o n’utilitzem una d’existent.
Un cop tenim la taula oberta, cliquem al botó Importar.
Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial
50
Un cop se’ns obri l’explorador de Windows, només hem de buscar l’arxiu que hem guardat
anteriorment i el PLCSIM realitzarà l’exportació. Un cop feta, se’ns avisarà de que l’exportació
ha estat correcta.
Annex 2: Pràctica 1
DEEEA Departament D’enginyeria Electrònica, Elèctrica i Automàtica
ETSE Escola Tècnica Superior d’Enginyeria
Pràctiques de Laboratori
D’Automatització Industrial
Pràctica 1: Automatització de la
Primera Planta Electropneumàtica
Professors: JOSÉ RAMÓN LÓPEZ LÓPEZ
PEDRO GARCES MIGUEL
www.urv.es Despatx 345
www.etse.urv.es Laboratori 107
www.etse.urv.es/DEEEA
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
2
Index 1. Introducció ........................................................................................................................ 3
2. Objectius del projecte ....................................................................................................... 3
3. Elements de la planta electropneumàtica .......................................................................... 3
4. Descripció de la planta electropneumàtica ........................................................................ 7
4.1 Alimentador de peces...................................................................................................... 8
4.2 Transport de les peces amb el braç rotatiu .................................................................... 10
4.3 Plataforma .................................................................................................................... 12
4.4 Panell operador ............................................................................................................. 14
4.5 Placa de connexions ...................................................................................................... 15
5. Programació amb el PLC .................................................................................................. 16
5.1 Entrades/Sortides .................................................................................................... 16
5.2 Circuits bàsics .......................................................................................................... 18
5.3 Marques .................................................................................................................. 20
5.4 Detectors de flanc.................................................................................................... 20
5.5 Temporitzadors ....................................................................................................... 21
5.6 Comptadors ............................................................................................................. 27
5.7 Comparadors ........................................................................................................... 30
6. Exercicis de pràctica ........................................................................................................ 31
6.1 Operacions lògiques amb bits .................................................................................. 33
7. Exemples ......................................................................................................................... 48
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
3
1. Introducció Els PLCs s’utilitzen en multitud d’aplicacions en la industria: des d’aplicacions d’instrumentació,
control de motors, línies de processat,… En aquesta pràctica de laboratori veurem com es pot
utilitzar un PLC per controlar una línia de producció.
En aquest cas utilitzarem el PLC Siemens S7-1200 connectat a la planta de classificació de
peces electropneumàtica que es pot trobar al laboratori d’automatització.
Una línia de producció pot estar formada per diversos elements i parts. En general en les línies
de producció es realitza alguna acció que modifica un producte primari per obtenir un
producte secundari. En el nostre cas, la línia de producció esmentada només realitza la
classificació del material proporcionades depenent el seu color i material.
Per realitzar aquesta tasca s’utilitzen sensors i actuadors que es troben connectats al PLC. Amb
els sensors es realitza una lectura de l’estat en el que es troba la producció i depenent
d’aquest, s’utilitzen els actuadors necessaris per obrar adequadament.
De forma intrínseca, hem de disposar de la programació necessària per saber com els
actuadors han de realitzar la seva funció depenent de les lectures dels sensors. Aquesta
programació, juntament amb un estudi exhaustiu del funcionament de la planta, es la tasca
que ha de realitzar l’alumne.
2. Objectius del projecte L’objectiu d’aquest projecte es l’automatització de la planta electropneumàtica del laboratori
d’automatització mitjançant la programació del PLC Siemens S7-1200 mitjançant el llenguatge
de programació KOP, vist al ITEM 0.
Específicament el que es demana, i descriu a continuació es la realització de la programació en
KOP per poder automatitzar el procés de classificació de peces de diferents materials i colors
en els diferents contenidors dels quals disposa la planta.
Això es pot realitzar en tres fases:
- Fase 1: Classificació d’una sola peça, quan s’indiqui a través del panell de control.
- Fase 2: Classificació de peces contínuament, un cop activada la marxa, sense
interrupció.
- Fase 3: Introducció de la parada fi de cicle i la parada d’emergència.
- Fase 4 opcional: comptatge de peces d’un material i color.
3. Elements de la planta electropneumàtica A la planta electropneumàtica podem trobar diferents tipus de sensors i actuadors que ens
permeten realitzar la tasca demanada. Aquests sensors i actuadors, tenen identificadors
específics per diferenciar-se entre ells. A més a més, cadascun realitza una funció específica del
procés.
Els dispositius són elèctrics o electro-pneumàtics. Entre ells es poden trobar electro-vàlvules,
pistons, un motor elèctric, sensors de diferents classes, finals de carrera, etc. Aquests
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
4
s’agrupen en tres seccions. El primer grup el forma l’alimentador de peces, el segon grup el
braç rotatiu i el tercer grup, la plataforma.
Es poden veure a la següent foto els elements mencionats, que es troben també descrits a la
taula inferior.
Número Descripció
1 Grup d’electro-vàlvules de control
2 Estructura de la plataforma elevadora
3 Motor i cinta transportadora
4 Sensor analògic de mesura d’altura de peces
5 Pistó d’expulsió de peces de la plataforma
6 Electro-vàlvula de buit per a poder aspirar les peces
7 Motor i braç rotatiu per transportar les peces
8 Grup de sensors per la determinació de les característiques de la peça
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
5
9 Pistó per empènyer les peces carregades al cilindre alimentador de peces
10 Cilindre de càrrega de peces
11 Ventosa per a l’aspiració de les peces
12 Vàlvula d’apertura manual d’entrada/tancament d’aire a pressió
13 Contenidors d’emmagatzematge de peces
I els elements es poden trobar descrits a continuació:
Braç alimentador:
Descripció E/S Identificador
Sensor de proximitat intern del pistó del braç alimentador
comprimit
Entrada S1
Sensor de proximitat intern del pistó del braç alimentador
expandit
Entrada S2
Electro vàlvula pistó alimentador Sortida EV4
Final de carrera detector de presència de peces Entrada FC/A1
Braç rotatiu:
Descripció E/S Identificador
Final de carrera. Detecta el braç rotatiu cap a
l'alimentador de peces
Entrada FC/A2 (bit 3)
Final de carrera detecta el braç rotatiu cap a la plataforma Entrada FC/A3 (bit 5)
Electrovàlvula. Dirigeix el braç cap a l'alimentador de
peces
Sortida EV2/1
Electrovàlvula. Dirigeix el braç cap a la plataforma Sortida EV2/2
Succió ventosa Sortida VS
Sensor de buit suficient a la ventosa Entrada S11
Plataforma:
Descripció E/S Identificador
Sensor òptic Entrada S5
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
6
Sensor inductiu Entrada S6
Sensor capacitiu Entrada S7
Sensor de proximitat intern del pistó de la plataforma
comprimit
Entrada S3
Sensor de proximitat intern del pistó de la plataforma
expandit
Entrada S4
Expandir pistó plataforma Sortida EV3
Comprimir pistó plataforma Sortida !EV3
Sensor nivell 0 de la plataforma Entrada S8
Sensor nivell 1 de la plataforma Entrada S9
Sensor nivell 2 de la plataforma Entrada S10
Pujar plataforma Sortida EV1/1
Baixar plataforma Sortida EV1/2
Motor cinta Sortida
Sensor piezoelèctric* Entrada S12
*No utilitzat en la planta de producció
Panell de control:
A part d’això, tenim també el panell de control de la planta, que disposa dels següents
elements:
Descripció E/S Identificador
Polsador 0 Entrada -
Interruptor 1 Entrada -
Interruptor 2 Entrada -
Interruptor 3 Entrada -
Polsador 4 Entrada -
Interruptor 5 Entrada -
Interruptor 6 Entrada -
Interruptor 7 Entrada -
Descripció E/S Identificador
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
7
LED 0 Sortida -
LED 1 Sortida -
LED 2 Sortida -
LED 3 Sortida -
LED 4 Sortida -
LED 5 Sortida -
LED 6 Sortida -
LED 7 Sortida -
Un cop sabem tots els sensors i actuadors dels quals disposa la planta, veiem que tenim tres
tipus d’elements amb els quals podem interactuar. Aquests són: sensors, actuadors i finals de
carrera.
Els sensors de la planta, que són del tipus capacitiu, inductiu o resistiu, ens generen senyals del
tipus 1 o 0 (voltatge alt o voltatge baix, respectivament).
El sensor òptic, funciona per reflexió de la llum, per tant, el color negre absorbeix tota la llum
i no reflexa la senyal emesa pel sensor i per tant, no l’activa. El sensor inductiu funciona per
camp magnètic, per tant les peces no metàl·liques no l’activaran. El sensor capacitiu detecta
tot tipus de peces i materials, per tant qualsevol objecte posicionat dintre del seu rang de
detecció, l’activarà.
A part d’això, hi ha actuadors de simple i doble efecte. Els actuadors de simple efecte, com els
pistons de l’alimentador i la plataforma, s’expandeixen a partir de l’entrada d’aire a pressió
regulada per l’electrovàlvula corresponent.
Els actuadors de doble efecte com la plataforma elevadora i el braç rotatiu, funcionen per la
determinada aplicació de pressió en les electrovàlvules col·locades als seus extrems. Com son
electrovàlvules que funcionen per pars, aquestes actuen una al contrari de l’altra. Quan la
primera aplica pressió, la segona la solta i viceversa.
En quant als finals de carrera, funcionen com un interruptor senzill. Quan algun element arriba
al final de carrera, pressiona el plàstic connectat al conductor elèctric, que connecta un circuit
que deixa passar l’electricitat. Quan aquest està pressionat, l’entrada està activa.
4. Descripció de la planta electropneumàtica La planta electropneumàtica ha de realitzar la funció esmentada als objectius de la pràctica de
la següent manera:
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
8
Les peces entren per l’alimentador de forma aleatòria i la planta ha de ser capaç de classificar-
les per colors als dipòsits proporcionats segons el color d’aquestes.
Aquesta tasca es fa en diverses etapes descrites a continuació.
4.1 Alimentador de peces
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
9
Mitjançant el mecanisme mostrat a la figura, es pot veure com s’alimenten les peces per a que
la planta les processi. Mitjançant el cilindre de càrrega i gràcies a la força de la gravetat, les
peces van caient posicionant-se davant del pistó alimentador.
Un cop comença el cicle de producció, el pistó passa de la posició mostrada a la part superior
de la figura (posició natural de repòs), a la posició mostrada a la part inferior de la figura.
D’aquesta manera s’aconsegueix que la peça arribi fins al final de carrera 1. El pistó es del tipus
tot o res, és a dir, no es poden aconseguir posicions intermèdies.
Com podem observar, quan el pistó es troba comprimit, el sensor 1 (S1) es troba actiu i el
sensor 2 (S2) i final de carrera 1 (FC/A1) es troben inactius.
L’actuador que opera el cilindre és una vàlvula electropneumàtica (EV4) de simple efecte. Això
vol dir que el retorn s’efectua desactivant la vàlvula i gràcies a una molla.
Aquest pistó s’ha d’activar de forma paral·lela amb d’altres elements quan s’estigui realitzant
la producció contínua, per tenir la peça preparada un cop s’hagi agafat l’anterior.
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
10
4.2 Transport de les peces amb el braç rotatiu
Un cop s’hagi alimentat la peça, és el braç rotatiu qui s’encarrega de portar-la fins a la
plataforma elevadora. Aquesta part del procés es realitza amb quatre passos diferents, tal i
com podem veure a la figura anterior.
L’actuador en aquest cas es un braç rotatiu de doble efecte, amb una ventosa situada a
l’extrem d’aquest que permet agafar la peça mitjançant la generació d’un efecte Venturi per
poder transportar-la. Es disposa de dos finals de carrera (FC/A2 i FC/A3) que permeten saber
en quina de les dues posicions es troba el braç.
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
11
Inicialment, el braç s’ha de trobar en la posició de plataforma, per a que no interfereixi amb
l’alimentació de la peça.
El braç es mou gràcies a les vàlvules electro-pneumàtiques d’efecte únic (EV2/1 i EV2/2).
Aquestes s’han d’activar individualment per moure el braç cap a un costat o cap a l’altre, és a
dir, s’ha de desactivar una per poder activar l’altra. Quan activem la vàlvula EV2/1 el braç es
mou cap a la plataforma, si s’activa EV2/2 el braç es mou cap a l’alimentador.
La ventosa disposa d’un sensor (S11) de buit suficient, que ens indicarà si s’ha agafat la peça
correctament.
Quan s’hagi alimentat la peça, el braç rotatiu, s’ha de moure de la posició de plataforma
(posició natural de repòs) cap a l’alimentador, ha d’activar la ventosa, ha de tornar cap a la
plataforma i ha de desactivar la ventosa seguidament, per alliberar la peça.
Un cop fet això, ha de tornar a començar el cicle, és a dir, el braç ha de tornar a la posició
d’alimentador per agafar la següent peça. Això implica que al mateix moment que s’ha portat
la primera peça cap a la plataforma, s’ha d’haver alimentat una peça nova amb el pistó
alimentador.
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
12
4.3 Plataforma
Un cop la peça es troba a la plataforma, que ha d’estar inicialment al nivell 0 (estat natural de
repòs) per no interferir amb la feina del braç rotatiu, s’ha d’identificar el tipus de peça que s’hi
ha dipositat.
Aquesta peça s’identifica gràcies als tres sensors situats al nivell 0, al voltant de la plataforma.
Aquests sensors són els S5, S6 i S7: òptic, inductiu i capacitiu respectivament. Un cop
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
13
identificada la peça, aquesta es classificarà pel seu tipus a cadascun dels contenidors tal i com
es troba indicat a la següent figura.
El procés d’identificació es pot fer independentment de la posició del braç rotatiu, però un cop
s’hagi de fer la classificació, el braç rotatiu ha de tornar a la posició d’alimentació per no
interferir amb la trajectòria de la plataforma.
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
14
En cada cas, la classificació funcionarà de forma diferent, ja que s’hauran de realitzar accions
diferents. Per a les peces del nivell 0, únicament s’ha d’activar l’electrovàlvula del pistó de la
plataforma (EV3).
En el cas de les peces que van situades al primer nivell, es disposa de l’actuador que fa pujar la
plataforma (EV1/1), el sensor que detecta que es troba al nivell entremig (S9) i, finalment, el
pistó de la plataforma.
En el cas de les peces situades al segon nivell, funcionarà igual que al primer nivell, però pujant
fins a dalt de tot, detectant-ho amb el sensor alt (S10), activant el pistó i activant també durant
uns segons el motor de la cinta (M1).
Acabada la classificació, la plataforma tornarà al seu lloc inicial (nivell 0) a l’espera de noves
peces. Evidentment, el braç rotatiu s’ha de mantenir en la posició d’alimentació durant tot el
procés de moviment de la plataforma, ja que aquest interfereix en la seva trajectòria.
4.4 Panell operador
S’utilitzaran els interruptors, polsadors i LEDs del panell operador per fer funcionar la planta i
per a que l’operari es pugui comunicar amb el PLC en cas de necessitat.
En aquest panell, s’utilitzarà un polsador (o interruptor) de marxa M, un polsador (o
interruptor) de parada P i un polsador (o interruptor) d’emergència PE. També s’utilitzarà una
làmpada H1 per indicar que la planta es troba en procés de classificació, tal com es mostra a la
següent figura:
Al donar l’ordre de parada, la planta ha de classificar la última peça alimentada, de forma que
no quedi cap peça a la plataforma ni a l’alimentador. Si es dona l’ordre de parada
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
15
d’emergència, s’han d’aturar tots els actuadors actius i no s’activaran fins que es tregui
aquesta.
El panell operador s’implementarà amb la placa d’interruptors i LEDs que es troba adjunta a la
planta. Aquesta placa disposa de 6 interruptors de tipus balancí, dos polsadors normalment
oberts i vuit LEDs indicadors.
4.5 Placa de connexions
La placa de connexions, es una placa PCB amb la qual s’ha de realitzar el cablejat per a
connectar els elements de la planta (sensors, finals de carrera, actuadors) i del panell de
control al PLC.
La placa de connexions disposa dels següents ports:
1- Entrades del PLC
2- Sortides del PLC
3- Elements d’entrada de la planta
4- Elements de sortida de la planta
5- Elements d’entrada del panell de control
6- Elements de sortida del panell de control
Ja que la placa només disposa de 16 entrades, per realitzar la programació de la planta, s’han
de triar amb cura quines farem servir. 16 entrades són suficients per fer funcionar la planta
correctament.
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
16
5. Programació amb el PLC En aquest apartat es veuran els diferents elements de programació del PLC i com s’han
d’utilitzar en un programa. Només veurem el llenguatge KOP, ja que es el més significatiu per a
l’assignatura d’Automatització. Es proveirà de les definicions dels elements de programació així
de com petits exemples per a que l’estudiant comprengui el seu funcionament.
Per a ajudar a l’estudiant a entendre i comprendre els elements de programació que s’estan
explicant hi ha un parell d’eines a la seva disposició que poden ajudar durant l’aprenentatge.
La primera són els datasheets: Manuals tècnics proporcionats per els fabricants on s’explica
amb detall diversos aspectes tècnics. En aquest apartat ens interessa el manual de
programació, que es proporciona a l’alumne de forma adjunta.
La segona és l’apartat d’ajuda del TIA Portal, que és molt complet i on l’estudiant pot trobar
ajuda en tots els apartats del TIA, inclosa la programació i les seves operacions.
S’ENCORATGA ALS ESTUDIANTS A UTILITZAR AQUESTES EINES.
5.1 Entrades/Sortides
Les entrades i sortides representen una part de les operacions lògiques amb bits. Són
polsadors, interruptors, sensors de posició, bobines, motors, pistons, etc.
Una entrada és qualsevol element que recopila la informació del procés i la transmet al PLC
mitjançant els seus ports d’entrada. Les entrades són en Baixa Tensió (24VDC) i van
connectades a la línia/neutre del PLC. Les entrades tenen les adreces:
%iX.Y
On la i representa entrada i la X.Y representa la direcció, per exemple: %i0.0 es la primera
entrada del PLC.
Les sortides són els actuadors que realitzen les ordres del programa del PLC. Poden ser bobines
de contactors, bombetes, o vàlvules pneumàtiques per exemple. Tots han de tenir masses
comunes. Les sortides tenen les adreces:
%qX.Y
On la q representa sortida i la X.Y representa la direcció, per exemple: %q0.0 es la primera
sortida del PLC
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
17
.
Les entrades i sortides (en el nostre cas la placa de connexions) han d’estar connectades
físicament. Aquests sensors, pistons i motors han d’estar connectats amb busos comuns (com
mostra la figura. La placa protoboard de la que es disposa en aquesta planta simplifica aquest
procés.
Una Marca és una variable virtual (no física) de la CPU. La Marca actua com a contactor o
actuador i aquesta informació s’emmagatzema a la memòria de la CPU. Serveixen com a
auxiliars en les operacions en les que tens un nombre limitat d’entrades o sortides. Per
exemple, ajuden a realitzar operacions on necessites més condicions de les que tens.
%m0.0
El cas de l’entrada, la sortida i de la marca, el programa reconeix les lletres i, q i m
respectivament, així com les seves majúscules I, Q i M, i també nomenclatura provinent d’altre
programari de software de SIEMENS (per exemple, E, A i M).
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
18
5.2 Circuits bàsics
Circuit d’autoretenció amb Parada Prioritària
Circuit simple amb retroalimentació. La parada aturarà el sistema.
En aquest circuit, la Marxa li dóna corrent a la sortida. Encara que només es premi durant un
instant, un cop alimentada la sortida, el contactor Sortida, situat en paral·lel amb la Marxa es
tanca deixant la bobina alimentada. Aquest circuit estarà actiu fins que no es talli la corrent a
través del contactor Paro.
Circuit d’autoretenció amb Marxa Prioritària
Aquest circuit, a diferència de l’anterior, continuarà encès encara que tallem la corrent a
través del contactor Paro sempre i quant la marxa es trobi activa.
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
19
Circuit SET-RESET
Les funcions SET-RESET són funcions amb memòria. Aquestes mantindran la sortida encesa o
apagada sense necessitat de retroalimentació. Només fa falta clicar una vegada el botó
d’encendre per que la cinta es posi en marxa sense necessitat de seguir alimentant la entrada.
La cinta funcionarà mentre funcioni tot el programa nomes engegant-la una vegada i només es
pararà quan es faci un Reset al seu bit.
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
20
5.3 Marques
Les marques són variables internes del PLC, que no reflecteixen ni entrades ni sortides i per
tant, són elements purs de programació. Aquestes es poden utilitzar per relacionar circuits que
no estiguin connectats prèviament. Per exemple en la figura superior, la marca del circuit
superior ens activarà el contactor M0.0 (Tag_3) del circuit inferior.
5.4 Detectors de flanc
Quan ens referim a un flanc de senyal, ens referim a el canvi de senyal d’un nivell de voltatge
baix a un nivell de voltatge alt, o viceversa. Amb KOP, tenim disponibles detectors de flanc,
que ens serveixen per identificar aquests canvis en una senyal d’entrada.
Com podem veure en la figura anterior, en aquest cas, els flancs es trobarien just en els canvis
de nivell superior a nivell inferior. En aquest cas, els flancs tan positius com negatius es troben
marcats amb un 1.
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
21
Per al TIA Portal, el símbols utilitzats són els següents:
Aquests símbols són els de detecció de flanc ascendent i detecció de flanc descendent,
respectivament.
Per al detector de flanc ascendent, a la part superior, hem de posar l’entrada de la qual volem
detectar el flanc, per exemple podria ser l’entrada I0.0. En la part inferior hem d’utilitzar una
marca on es guardarà que hi ha hagut un flanc. Per exemple:
En aquest cas, l’entrada I0.0 (etiquetada com a SO1), detectarà el flanc de pujada, que es
guardarà a la marca M0.0 (etiquetada com a MI1). Aquest element activarà la sortida durant
un cicle de treball de la CPU (un temps molt curt), per tant hem d’utilitzar un SET i no una
sortida normal, per a que es guardi la sortida correctament.
En el cas del flanc descendent, el cas es l’invers del anterior. Un cop l’entrada I0.0 s’hagi activat
i després desactivat, el detector de flanc descendent activarà la sortida durant un cicle de
treball de la CPU i ens activarà el motor.
5.5 Temporitzadors
Els temporitzadors són dispositius capaços de realitzar operacions relacionades amb el temps.
Els temporitzadors tenen associat un espai de memòria per poder funcionar, dintre del
programa s’observa de la següent forma:
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
22
També es poden posar diferents temporitzadors dintre d’un mateix bloc de dades.
Hi ha quatre tipus de temporitzadors diferents:
Temporitzador d’Impuls Temporitzador amb retard a la
connexió
Temporitzador amb retard a la
desconnexió
Temporitzador a la connexió amb reset predeterminat
Els paràmetres d’entrada i sortida dels temporitzadors són els següents:
- IN: Entrada al temporitzador. On connecta amb la resta del circuit
- R: Només per TONR, amb un flanc positiu reinicia el valor del comptador a 0.
- PT: Temps programat al temporitzador. Format T#xxs. Per exemple T#10s. El rang de
programació del temporitzador és de T#-24d_20h_31m_23s_648ms fins a
T#24d_20h_31m_23s_648ms
- Q: Sortida del temporitzador
- ET: Valor de tipus DInt or DWord, sortida del temps en el moment actual. Serveix per
comunicar al projecte quan temps ha passat. Aquest valor pot servir per exemple per
mostrar en una pantalla el valor actual del temporitzador. També es pot guardar
aquest valor en memòria per utilitzar-lo com a entrada d’algun altre element.
a. Temporitzador d’impuls
Quan es detecta un impuls a l’entrada del temporitzador aquest genera un impuls a la sortida
d’una durada determinada independentment de la entrada. Aquesta no reaccionarà a altres
impulsos d’entrada fins que no hagi passat el temps marcat.
Cronograma
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
23
In es la entrada, Q és la sortida
Exemple
b. Temporitzador amb retard a la connexió
Quan l’entrada IN del temporitzador rep una senyal d’impuls, el temporitzador comença a
comptar i activarà la sortida quan el temps PT acabi. En el moment en el que deixa de rebre un
flanc positiu a IN, el temporitzador s’acaba. Si l’entrada es troba activa durant un temps
inferior a PT, la sortida no s’activa.
Cronograma
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
24
Exemple
c. Temporitzador amb retard a la desconnexió
Quan TOF rep un flanc positiu, la sortida s’activa immediatament. Quan l’impuls acaba, la
sortida es manté activa i el temporitzador comença a comptar. Quan el temps arriba a 0 el
comptador s’apaga.
Cronograma
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
25
Exemple
d. Temporitzador amb retard a la connexió i reset
El TONR és un temporitzador TON amb una entrada per un Reset. Aquest temporitzador no es
pararà sense un Reset. Tal i com es pot veure al cronograma, si el flanc positiu d’entrada
s’acaba el temps passat s’acumula i el següent flanc començarà a comptar des de on ha
acabat.
Cronograma
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
26
Exemple
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
27
5.6 Comptadors
Els comptadors són elements del PLC que serveixen per comptar esdeveniments interns del
programa o esdeveniment externs detectats per les entrades del PLC. Poden servir per a
moltes operacions industrials. El comptatge d’elements en un magatzem, el comptatge de
llaunes de beguda en una caixa o el nombre d’aparells subministrats al client per lot, etc.
Al igual que els temporitzadors, els comptadors emmagatzemen la informació en un bloc
d’informació separat.
Hi ha tres tipus de comptadors en TIA Portal:
Comptador incremental Comptador decremental Comptador
incremental/decremental
Les seves parts:
- CU: Comptatge ascendent o descendent per cada flanc positiu, en increments d’1.
- R: Reset del comptador
- LOAD: Control de càrrega del valor predeterminat.
- PV: Valor de comptatge predeterminat.
- Q/QU: Es troba actiu si CV>=PV
- QD: Verdader si CV<=0
- CV: Valor de comptatge actual.
El comptador incremental comença des de 0 (RESET) i incrementa +1 cada flanc de CU. Quan el
comptador arriba a PV o superior activa la sortida del comptador.
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
28
El comptador decremental funciona de forma diferent. Quant arriba un flanc positiu a LOAD, el
comptador carrega el valor PV. Cada flanc positiu a CD decrementa el valor del comptador.
Quan el comptador arriba a 0 activa la sortida Q. Si el valor de LOAD és negatiu, el comptador
sempre estarà activat.
El comptador incremental/decremental és una barreja entre els dos comptadors. Té quatre
entrades i dues sortides. Només es poden afegir contactes i elements de sortida a la
sortida QU, no pots afegir contactes/bobines a QD. QD es una sortida digital, la qual
s’activa quan CV és 0 o menys i es desactiva si CV és positiu. Aquestes dues sortides es
poden utilitzar per guardar el seu valor en memòria i utilitzar en una altra part del
programa. QU funciona igual que la sortida incremental. Si el valor del comptador és
igual o superior a PV la sortida és positiva. Les entrades dels comptadors són les
mateixes. Disposa d’una entrada per comptar +1, una per comptar -1, una per carregar
el valor PV i una altra per reinicialitzar el comptador a 0.
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
29
Reset i load són elements molt importants perquè sempre que s’iniciï un comptador s’ha
d’iniciar el seu valor. Un comptador pot seguir comptant fins que arribi al seu límit.
Moltes vegades pot passar que es segueixi treballant amb un procés amb una CPU acabada
d’engegar i no saber perquè el projecte no funciona. Els comptadors es quedaran al valor on
els hàgem deixat, fins i tot si parem i tornem a engegar la CPU. És important sempre que es
treballa amb aquest tipus de blocs que s’ha de tenir un sistema per tornar al valor inicial al
programa que es dissenyi (mitjançant RESET/LOAD).
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
30
5.7 Comparadors
Els Comparadors són blocs que comparen els valors de dues variables del programa. N’hi han
de molts tipus diferents, i cada un d’ells realitza una funció diferent.
Aquest és un bloc de comparació qualsevol:
Els interrogants vermells superiors i inferiors serveixen per programar-hi les variables.
Clicant sobre el símbol == es pot escollir quin tipus de comparació es vol fer; si ==, <=, =>.
Clicant sobre els interrogants negres de dintre el comparador s’escull el tipus de variable de la
comparació.
El seu us és molt variat, però comparar dos valors estàtics no es útil. S’extreu el màxim us dels
comptadors quan es fa servir juntament amb comptadors, per exemple, comparant el valor del
comptador (CV) amb un valor fixe. Per exemple:
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
31
6. Programació seqüencial amb KOP Aquesta planta, necessita una programació seqüencial per funcionar, és a dir, una acció passa
després d’un esdeveniment. En llenguatge de PLCs, parlarem d’estats (estat en el que es
troben les sortides) i transicions (estat en el que es troben les entrades).
Per poder realitzar la programació d’aquesta, s’ha de fer una programació seqüencial amb un
llenguatge que utilitza paral·lelismes: tots els segments d’un bloc s’executen a la vegada i
comproven l’estat de les seves entrades.
El que es vol aconseguir aquí es realitzar una sèrie d’accions, esperar a que passi una transició,
deixar de fer les accions prèvies i començar a fer les accions següents. Com amb KOP, no ho
podem fer directament així, ja que els segments s’executen tots de forma paral·lela, hem
d’utilitzar marques per activar-los i desactivar-los.
Per aquest tipus de programació, s’utilitza el llenguatge GRAFCET, especialitzat en programació
seqüencial. Aquest llenguatge, que es basa en una escriptura estructural té la següent forma:
En aquest petit exemple, podem veure que l’etapa 6 (S6) s’activarà en quant estigui activa
l’etapa anterior a aquesta, i la transició !PE i FC/A3 es compleixi. Un cop activa l’etapa, aquesta
li està dient que la ventosa s’activi amb un set. Un cop es compleixi la transició !PE i S11,
llavors l’etapa S6 deixarà d’estar activa i s’activarà la següent.
6.1 Programació seqüencial amb KOP
Per posar un exemple, utilitzarem l’esquema anterior, que forma part de la planta. La ventosa
començarà a succionar quan estem a FC/A3 i la parada d’emergència no estigui polsada i
deixarà de fer-ho quan hi hagi suficient succió (S11) i la parada d’emergència no estigui
polsada.
En aquest cas, la transició 6 (TR6) només s’activarà si està activa l’etapa anterior (X5), si no
està activa la parada d’emergència (PE) i està actiu el final de carrera FC/A3.
En un altre segment, la transició TR6, desactivarà l’etapa 5 i activarà l’etapa 6, com es pot
veure a la figura següent.
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
32
Un cop fet això, la marca S6, activarà les accions corresponents que s’han de realitzar en
aquest estat, com es pot veure a la figura següent:
Per a la transició per passar a l’etapa següent, ho faríem de la mateixa manera. L’activació
d’aquesta dependria no només de la no activació de la parada d’emergència i l’activació de
S11, sinó que també dependria de l’activació de l’etapa S6.
Aquesta es la forma correcta de programar de forma seqüencial amb KOP. Tot i que s’utilitzen
moltes marques, és la forma més senzilla de fer-ho sense obtenir cap error.
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
33
7. Exercicis de pràctica
7.1 Operacions lògiques amb bits
1) Combinació AND. %I0.0 AND %I0.1= %Q0.0. Q0.0 s’activarà només si I0.0 i I0.1 estan
encesos alhora.
2) Combinació OR. %I0.0 OR %I0.1 = %Q0.0. La sortida s’activarà si un dels dos està
activat.
3) Combinació AND de OR. %Q0.0= (%I0.0 OR %I0.1) AND (%I0.2 OR %I0.3)
4) Combinació de OR de AND. %Q0.0= (%I0.0 AND %I0.1) OR (%I0.2 AND %I0.3)
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
34
5) Activació per flanc. Activa les sortides %Q0.0 i %Q0.1 respectivament amb els flancs
ascendent i descendent de %I0.0
6) Una aplicació clàssica de l’automatització industrial és el control d’arrancada i parada
d’un motor elèctric. La forma d’actuar en una programació bàsica d’arrencada-parada
d’un motor és la següent: Al polsar el polsador (RUN) s’activa la bobina (KM1) i el
contacte normalment obert KM1. Això provoca una autoretenció de KM1 fent que el
motor quedi encès permanentment a pesar de que deixem d’actuar RUN. Per parar-lo
s’ha d’oprimir STOP. El motor també s’ha de parar quan es dispari el relé tèrmic (X1), i
en cas de que s’encengui també s’ha d’encendre la llum de senyalització (LAMP).
Realitza la programació d’aquest programa.
Solució
La taula de símbols és la següent:
Component Direcció Símbol
Relé tèrmic I0.0 X1
Polsador de marxa I0.1 RUN
Polsador de parada I0.2 STOP
Bobina del contactor del motor M1 Q0.0 KM1
Làmpada de senyalització
d’emergència
Q0.1 LAMP
I el circuit és el següent:
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
35
Quan es prem RUN, el circuit esposa en marxa, realimentant-se a través del contactor KM1.
Aquest es manté així sempre i quan no es premi STOP o salti el contacte d’emergència X1. En
cas de que aquest s’activi, s’activarà també la làmpada LAMP, que marcarà que ha ocorregut
alguna cosa.
7) Dipòsit d’aigua.
Tenim un dipòsit d’Aigua. Per a controlar-lo tenim un selector de comandament. A més a més,
el dipòsit té dos sensors, un de alt nivell d’aigua i un de nivell baix, i una bomba que bombeja
aigua al dipòsit.
En el selector podem seleccionar mode manual o mode automàtic. Si seleccionem mode
manual el que volem és que la bomba comenci a funcionar i que pari quan desconnectem
manual. Volem que la bomba ignori els sensors.
Si el tenim en mode automàtic volem que el nivell es mantingui entre els dos sensors. Quan
l’aigua arribi al nivell baix volem que la bomba s’engegui i que es pari quan l’aigua arribi al
nivell alt.
A més a més, tenim un relé tèrmic que actua tant quan tenim la bomba en funcionament
manual com amb funcionament automàtic. Quan salta el Relé s’ha de parar la bomba i s’ha
d’encendre un indicador lluminós al panell de control.
A més a més, volem una llum de marxa que ens indici quan està encesa la bomba.
Solució:
La taula de símbols és la següent:
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
36
Component Direcció Símbol
Relé tèrmic I0.7 RELE
Selector Manual I0.2 M
Selector Automàtic I0.3 A
Detector nivell baix I0.1 Nivel Bajo
Detector nivell alt I0.0 Nivel Alto
Bomba Q0.0 Bomba
Indicador de marxa Q0.1 Llum Marxa
I el circuit és el següent:
En aquest cas, si es vol utilitzar el mode manual, s’ha d’estar prement el polsador mentre
volem que funcioni la bomba i no passarà res si ens passem del sensor de nivell alt. Si
seleccionem el mode automàtic (aquest ha de ser un interruptor i no un polsador), la bomba
s’aturarà quan s’arribi al sensor de nivell alt sempre i quant el nivell baix estigui també activat.
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
37
La llum de marxa s’activarà en qualsevol dels dos casos.
La llum d’emergència s’activarà en cas de que el relé tèrmic s’activi.
8) Controlar una cinta transportadora:
La figura mostra una cinta transportadora que es posa en marxa elèctricament. Al principi de la
cinta (és a dir, a l’extrem esquerra) hi ha dos polsadors: S1 per a MARXA i S2 per a PARADA. Al
final de la cinta, és a dir, a l’extrem dret, es troben dos polsadors: S3 per a MARXA i S4 per a
PARADA. La cinta es pot posar en marxa o aturar-se des de qualsevol dels dos extrems. Així
mateix, el sensor S5 atura la cinta quan un paquet arriba al final d’aquesta. Realitzar un circuit
escrit amb KOP que controli el funcionament de la cinta.
Solució:
La taula de símbols és la següent:
Component Direcció Símbol
Polsador de marxa I1.1 S1
Polsador de parada I1.2 S2
Polsador de marxa I1.3 S3
Polsador de parada I1.4 S4
Sensor I1.5 S5
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
38
Motor Q0.0 MOTOR_ON
I el circuit és el següent:
Segment 1: Polsant qualsevol dels polsador de marxa s’encén el motor.
Segment 2: Polsat qualsevol dels polsadors de parada o obrint el contacte normalment tancat
al final de la cinta, es desconnecta el motor.
9) Detecció del sentit de la marxa en una cinta transportadora.
En aquest exercici, partint de la cinta transportadora anterior, s’ha de dissenyar un circuit amb
KOP que detecti en quin sentit es mou la cinta, basat en dos sensors òptics (BO1 i BO2).
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
39
Aquests funcionen com a contactes normalment oberts quan no detecten res i es tanquen
quan detecten algun objecte.
Solució :
La taula de símbols és la següent:
Component Direcció Símbol
Sensor òptic 1 I0.0 SO1
Sensor òptic 2 I0.1 SO2
Indicador de
moviment a la dreta
Q4.0 DRE
Indicador de
moviment a
l’esquerra
Q4.1 ESQ
Marca d’impuls 1 M0.0 MI1
Marca d’impuls 2 M0.1 MI2
El circuit KOP és el següent:
Segment 1: Si l’estat de la senyal d’entrada I0.0 canvia de 0 a 1 (flanc positiu) i al mateix temps
l’estat de la senyal d’entrada I0.1 és 0, llavors el paquet s’està movent cap a l’esquerra.
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
40
Segment 2: Si l’estat de la senyal d’entrada I0.1 canvia de 0 a 1 (flanc positiu) i al mateix temps
l’estat de la senyal de l’entrada I0.0 es 0, llavors el paquet s’està movent cap a la dreta. Si
s’interromp un dels sensors òptics, això significa que hi ha un paquet entre els sensors.
Segment 3: Si un dels sensors es interromput, això vol dir que un paquet es troba entre els
sensors. L’indicador de sentit de la marxa es desactiva.
10) Realitzar un generador d’impulsos amb un cicle de treball D = 0.5, controlat per un
interruptor d’ON i la sortida reflectida a un LED. Dibuixar el cronograma de temps.
Solució:
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
41
Segments 1 i 2: El temporitzador DB1 s’activa quan ON està tancat. Un cop passats 0,5 s
activarà la marca T1. Aquesta activarà el temporitzador DB2, que després de 0,5 s activarà la
marca T2. Al mateix moment que s’activa T2, s’envia de nou una senyal a DB1 per a que es
torni a activar el primer temporitzador i torni a començar el cicle.
Segments 3 i 4: Quan T1 es troba actiu, s’activa la sortida LED, quan T2 està actiu es desactiva
la sortida LED.
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
42
11) La sortida Q2.7 s’activa 2 segons després de la apertura de l’entrada I1.5 durant 1
segon. El diagrama següent il·lustra en la primera línia el desenvolupament de
l’entrada i en la última, el de la sortida que es desitja obtenir. La segona i tercera línia
representen el desenvolupament de dos temporitzadors amb retard a la desconnexió
T10 i T11, de 2 i 3 segons respectivament, que tenen com a senyal d’entrada,
precisament I1.5. Observem llavors que la sortida ha de ser vertadera quan es donen
simultàniament les condicions T11 vertader i T10 fals. És a dir, en termes d’expressió
booleana: Q2.7 = T11 · NOT(T10)
Solució:
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
43
Segments 1 i 2: Els temporitzadors s’activaran tan aviat com s’activi l’entrada I1.5. Quan
aquesta es desactivi, es mantindran encesos durant 2 i 3 segons respectivament.
Segment 3: Un cop desactivada l’entrada I1.5, durant dos segons el temporitzador T10 es
trobarà obert, per tant no passarà corrent. Quan hagin passat aquests dos segons, aquest es
tancarà de nou i el T11 romandrà tancat durant 1 segon més, mantenint així la sortida activa.
12) Realitzar el programa en llenguatge KOP d’una alarma d’intrusió en un recinte.
L’alarma es connecta amb un polsador P1 a l’entrada I0.1. Passats tres segons, l’alarma
s’activa, mostrant-ho a un llum LED connectat a la sortida Q0.1. En aquesta situació, si
el detector de presència S0 connectat a l’entrada I0.0 detecta alguna persona al
recinte, s’activa la botzina B0 connectada a la sortida Q0.0. Per desactivar l’alarma o la
botzina en qualsevol moment, es disposa d’un polsador P2 connectat a l’entrada I0.2
Solució:
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
44
Segment 1: Detecta l’entrada del polsador P1 per flanc ascendent i durant 3,5 s (per a que TON
sigui capaç a reaccionar) li envia una senyal d’entrada. Passats els 3 s de TON, s’activa el LED,
que representa l’activació de l’alarma.
Segments 2 i 3: Un cop activada l’alarma (LED) i sempre i quan no l’estem desactivant amb P2,
quan el sensor de presència S0 s’activi, s’activarà la botzina. Per desactivar la botzina i el LED,
només hem de prémer P2.
13) Àrea d’emmagatzematge amb comptador i comparador. La figura mostra un sistema
de dos cintes transportadores. La cinta transportadora 1 transporta paquets a l’àrea
d’emmagatzematge. Un sensor òptic situat al final de la cinta 1 al costat de l’àrea
d’emmagatzematge determina quants paquets es transporten a l’esmentada àrea. La
cinta transportadora 2 transporta paquets des de l’àrea d’emmagatzematge a una
plataforma de càrrega on arriben camions i els recullen per a subministrar-los als
clients. Un sensor òptic situat al final de la cinta transportadora 2 al costat de l’àrea
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
45
d’emmagatzematge determina quants paquets abandonen l’àrea d’emmagatzematge
per ser transportats a la plataforma de càrrega. Un panell indicador amb cinc LEDs
assenyala el nivell de l’àrea d’emmagatzematge temporal.
Es demana realitzar el circuit KOP per controlar aquest sistema.
Solució:
Segment 1: El comptador DB1 incrementa amb un flanc de senyal de 0 a 1 a l’entrada CU i
decrementa amb un flanc de senyal de 0 a 1 a l’entrada CD. Amb un flanc de 0 a 1 a l’entrada
LD, el comptador es posa al valor de PV. Amb un flanc de 0 a 1 a l’entrada R, el comptador es
posa a 0. A la direcció MW10 es troba el valor actual del comptador DB1. Q12.1 marca “Àrea
d’emmagatzematge no buida”.
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
46
Segment 2: Q12.1 senyalitza “àrea d’emmagatzematge buida”.
Segment 3: Si 50 es menor o igual al valor del comptador (o si l’estat actual del comptador es
major o igual que 50), s’activa el LED d’“Àrea d’emmagatzematge al 50%”.
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
47
Segment 4: Si el valor del comptador es major o igual a 90 s’activa el LED d’”Àrea
d’emmagatzematge al 90%”.
Segment 5: Si el valor del comptador es major o igual a 100 s’encén el LED d’”Àrea
d’emmagatzematge plena”.
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
48
8. Exemples 1) Tren de rentat de cotxes
El sistema consta d’aquests elements:
a. Tres Motors: Motor principal (MP) que mou la màquina al llarg del carril y està
controlat per dues variables (MP1 i MP2). MP1 desplaça la màquina de dreta a
esquerra i MP2 la desplaça al sentit contrari. Motor dels raspalls (MR) i motor del
ventilador (MV).
b. Una electrovàlvula (XV) que expulsa aigua amb sabó.
c. Un sensor (S3) que detecta la presència del vehicle.
d. Dos finals de carrera (S1 i S2) que detecten l’arribada de la màquina als extrems del
carril.
El funcionament de la màquina és el següent:
La maquina es troba inicialment a l’extrem de la dreta (S2 activat) i quan es premi el polsador
de marxa M i hi hagi un vehicle present, aquesta s’activarà. Una vegada accionada M, la
màquina ha de fer el recorregut d’anada i tornada amb la sortida de líquid i els raspalls en
funcionament. Quan la màquina arribi al segment dret una altra vegada (S2 activat de nou) ha
de realitzar de nou un altre recorregut d’anada i tornada amb el ventilador encès. Quan acabi
el recorregut al lloc inicial la màquina ha de parar-se i quedar en posició inicial.
En el cas de que es produeixi una emergència s’haurà d’accionar el polsador P per interrompre
la maniobra i que la màquina torni a la posició inicial.
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
49
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
50
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
51
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
52
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
53
Aquest exercici és un exemple molt bo de com es pot fer un programa elaborat amb les
instruccions més simples d’un PLC. És un exercici que per poder fer-lo s’ha de saber
seqüencialitzar molt be cada procés i cada etapa i què les separa. A més a més s’ha de saber
què és una marca i saber utilitzar-la. Si no, pot passar el problema que es descriu al segment 5.
El que diferència si activem el segment 3 o 5 és si el bit de la marca 0.1 és 1 o 0. A més a més
del problema de que el segment 4 t’activa una altra marca per poder activar la 5 o si es podria
activar saltant la 4. És important separar un projecte d’automatització en operacions més
petites i aquestes operacions en processos encara més petits.
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
54
2) Semàfor
Amb temporitzadors i la informació que ja tenim de entrades i sortides ja es poden començar a
fer exemples més avançats. En aquest cas: un semàfor.
El semàfor que programarem és el següent:
Un semàfor de carrer amb un pas de vianants. L’estat natural del semàfor serà verd per els
cotxes i vermell per els vianants. Quan un vianant premi el botó per poder creuar, el semàfor
de cotxe es ficarà taronja al cap d’un temps determinat i vermell després d’un altre temps
determinat. Un instant després el semàfor de vianants es ficarà verd i al cap d’un temps
tornarà a ficar-se vermell. Al cap d’un instant tornarem a encendre el llum verd dels cotxes i el
circuit tornarà al principi.
Per fer aquest muntatge el circuit necessitarà 2 entrades: la d’engegada del sistema i
l’interruptor del pas de vianants. També necessitarà les sortides que representaran els llums:
les 3 d’un semàfor de cotxes i dues d’un de vianants.
Per poder veure el resultat del programa es pot connectar diferents llums o actuadors a les
sortides del PLC, o veure directament des de les entrades i sortides del PLC i la simulació.
Programació
Començarem el programa escrivint les variables a la taula d’assignacions.
Inicialitzem totes les variables. Es important assegurar que el sistema té totes les variables
inicialitzades. D’aquesta manera assegures tenir controlades totes les variables.
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
55
Establim marques per a poder controlar el circuit.
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
56
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
57
Si es sap fer l’exercici de el tren de rentat i es sap treballar amb comptadors aquest
exercici és bastant senzill. És important tenir en compte la seqüencia de les etapes, que
hauria d’estar fent cada un dels elements un moment determinat.
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
58
3) Gestió automàtica d’un garatge amb comptadors i comparadors
Control d’un garatge com el que es mostra en la següent figura.
El garatge disposa d’una entrada i una sortida controlats per dues barreres accionades per els
motors M1 i M2. Aquestes barreres tenen instal·lades sensors de presència de vehicle S1 i S2 a
la entrada i a la sortida S3 i S4. Quan arriba un vehicle els sensors s’activen i quan passa un
vehicle el sensor de sortida també s’activa, però donada la separació en la que els han
instal·lat, mai estaran els sensors d’entrada i sortida activats al mateix temps. Per sortir, els
conductors han d’entregar el tiquet del pàrquing S5.
El garatge té una capacitat de 10 cotxes i el sistema electrònic ha de controlar les següents
accions:
e. Obertura i tancada automàtica de les Barreres. La barrera d’entrada s’ha d’obrir si al
garatge si hi ha menys de 10 vehicles i s’activa S1. La barrera s’ha de tancar si s’activa
el sensor S2. La barrera de sortida sempre s’ha d’obrir amb un tiquet i si es s’activa el
sensor S3. Quan s’activa S4 la barrera s’ha de tancar.
f. El garatge ha de tenir senyalització. Una llum verda LV si queden places lliures al
pàrquing, i una llum vermella LR si el garatge està complet.
El garatge ha de tenir un sistema de control format per els següents elements:
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
59
g. Polsador M per a engegar el sistema. No es permet entrada i sortida de cotxes sense el
circuit encès
h. Un polsador de parada P que tanca el circuit. Només M el pot tornar a encendre. Si
s’encenen els dos alhora, predomina el segon.
i. Un polsador R per posar el comptador a 10 a l’instant de donar tensió.
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
60
Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
61
Aquest exercici serveix d’exemple de programes complexos en el que el desafiament és
resoldre un problema concret. Aquest exercici té el problema de requerir comptar el número
de cotxes que hi ha al pàrquing adequadament, amb seguretats de que no s’està comptant per
sobre i per sota de la operació. La resta de l’exercici és un polsador retroalimentat i codi molt
senzill. Molts problemes es centren en un o dos problemes més complicats que la resta, que
una vegada resolts només fa falta enllaçar els resultats per crear el programa demanat.
Annex 3: Solucionari de la Pràctica 1
Annex 4: Pràctica 2
DEEEA Departament D’enginyeria Electrònica, Elèctrica i Automàtica
ETSE Escola Tècnica Superior d’Enginyeria
Pràctiques de Laboratori
D’Automatització Industrial
Pràctica 2: Automatització de la
Segona Planta Electropneumàtica
Professors: JOSÉ RAMÓN LÓPEZ LÓPEZ
PEDRO GARCES MIGUEL
www.urv.es Despatx 345
www.etse.urv.es Laboratori 107
www.etse.urv.es/DEEEA
Pràctica 2: Automatització de la Segona Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
2
INDEX
1. Introducció.................................................................................................................. .... 3
2. Pneumàtica i Electropneumàtica industrial.....................................................................4
3. Descripció de la Planta ....................................................................................................6
3.1. La Planta....................................................................................................................6
3.2. Cablejat amb Bananes...............................................................................................7
3.3. Funcionament dels sensors ......................................................................................7
4. Objectius per aquesta Pràctica........................................................................................8
Pràctica 2: Automatització de la Segona Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
3
1. INTRODUCCIÓ
L’automatització d’una línia de muntatge, com ja s’ha pogut veure a la pràctica 1 depèn molt
de la compenetració entre la part automatitzada i la part pneumàtica. En aquesta aplicació es
farà servir la pneumàtica encara més.
Aquesta pràctica representa una altra forma de programar una planta de selecció.
El procés que ha de seguir la planta és el següent:
1. Les peces es carreguen dintre el cilindre alimentador. El pistó les empeny cap a la
cinta.
2. La cinta mou les peces fins al forat que actua com a elevador. Al fons es classifiquen
segons si són metàl·liques o no.
3. Si les peces són metàl·liques el pistó dret les empeny al seu lloc d’emmagatzematge. Si
no ho són, el pistó contrari les empeny a la cinta
4. A la cinta les peces negres i vermelles es classifiquen segons color. Les peces negres
cauen a la caixa de sota. Les peces vermelles fan activar el pistó que empeny el calaix
superior i les peces cauen al calaix de sobre.
Pràctica 2: Automatització de la Segona Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
4
2. Pneumàtica i Electropneumàtica Industrial
PNEUMÀTICA INDUSTRIAL
La pneumàtica tracta els fenòmens de sobrepressió i depressió de l’aire. La Pneumàtica en
automatització el la que es realitza fent servir les propietats de l’aire comprimit. Les senyals en
un sistema pneumàtic simbolitzen absència o presència d’aire comprimit.
L’aire comprimit és, en un sistema pneumàtic, una font de potència verdaderament adequada
ja que:
- És barat
- Està disponible a tot arreu
- No és inflamable.
Aquesta potència es fa servir en actuadors (pistons, motors, elevadors...) i es governa per
vàlvules exclusivament pneumàtiques, que deixen passar o obstrueixen el pas a l’aire
comprimit
ELECTROPNEUMÀTICA INDUSTRIAL
La electropneumàtica és una tècnica d’automatització derivada de la pneumàtica que combina
l’electricitat, l’electrònica i la pneumàtica.
La pneumàtica és la tècnica que fa servir aire comprimit per a moure elements i actuadors. Fa
funcionar pistons o elevadors,... Tot això formant circuits.
La electropneumàtica és la tècnica que permet controlar circuits pneumàtics mitjançant
electrovàlvules. Les electrovàlvules reben impulsos elèctrics, amb els quals obren o tanquen
els circuits pneumàtics, efectivament accionant receptors o no. Amb tot això, si fem que les
electrovàlvules siguin controlades per PLC obtenim un circuit de control. Aquesta és la base de
una gran part d’automatismes industrials.
El sistema de la planta d’aquesta pràctica està construït principalment amb cilindres de simple
acció i de doble acció controlats per electrovàlvules. Aquests són els elements més importants
de la pneumàtica.
Pràctica 2: Automatització de la Segona Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
5
Els cilindres de simple acció actuen una vegada reben aire (deixat passar per la electrovàlvula) i
quan es tanca l’aire a la vàlvula el pistó torna al seu estat original expulsant l’aire al seu interior
mitjançant una molla.
Els cilindres de doble acció tenen dues vàlvules i dues entrades/sortides d’aire. Per que el pistó
actuï ha de tenir una de les entrades funcionant i l’altre no. Aquests necessiten de dos
electrovàlvules que els controlin, un per a cada entrada. Quan un pistó rep aire per una
entrada actua en aquell sentit mentre s’omple d’aire comprimit per dintre. Per tornar el pistó a
la seva posició inicial, l’entrada d’aire ha d’estar desconnectada. Llavors el pistó omplirà aire
per l’altre banda mentre per la original treu l’aire que ha omplert en l’acció, actuant com a
sortida d’aire. Si en funcionar un pistó s’activen les dos entrades llavors el pistó es quedarà
clavat ja que hi entra aire pels dos costats i no pot treure cap del que hi ha per moure’s.
Tot i que la pneumàtica industrial és molt més elaborada i té molts més components, per
aquesta planta només farem servir els elements més bàsics, els pistons de simple i doble acció.
La pneumàtica industrial té com a benefici que és molt barata i disponible a tot arreu, però no
pot accionar actuadors que requereixin molta energia. De fet, això requereix molta pressió, i
com més pressió es necessita, es requereixen equips més grans i mes cars.
Pràctica 2: Automatització de la Segona Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
6
3. Descripció de la planta
3.1. La Planta
La planta consisteix en una planta de selecció de peces. Selecciona peces metàl·liques, de
plàstic negre i de plàstic vermell. El funcionament és el següent:
El pistó del principi empeny les peces des del cartutx a la cinta, que ha d’estar en marxa.
Aquesta cinta empeny la peça fins al forat on cau a un seleccionador. Si programa ha
determinat mitjançant els sensors, el pistó dret empeny la peça al contenidor i retorna amb el
final de carrera. Si detecta que és una peça negra o vermella el pistó l’empeny a la cinta dreta
on es selecciona el color de la peça. La peça cau de la cinta al calaix adequat, que amb
anterioritat s’ha activat el seu pistó per treure’l de sota la cinta.
Els detectors de la planta són els següents:
- El primer detector, a la primera cinta és inductiu, detecta les peces metàl·liques.
- El segon detector està a l’ascensor, detecta presència de peça.
- El tercer està a la segona cinta detecta color.
La descripció dels elements és la següent:
NOM DESCRIPCIÓ DIRECCIÓ
ENTRADES
Marxa Botó de Marxa %I0.0
Parada Botó de Parada %I0.1
Emergència Polsador d’emergència %I0.2
S1 Sensor cinta %I0.3
S2 Sensor ascensor 1 %I0.4
S3 Sensor ascensor 2 %I0.5
S4 Sensor òptic %I0.6
Fc1 Final de carrera esquerre %I0.7
Fc2 Final de carrera dret %I1.0
SORTIDES
P1 Pistó Alimentador actuació %Q0.0
P2 Pistó alimentador repòs %Q0.1
P3 Pistó ascensor esquerra actuació %Q0.2
P4 Pistó ascensor esquerre repòs %Q0.3
P5 Pistó ascensor dret actuació %Q0.4
P6 Pistó ascensor dret repòs %Q0.5
P7 Pistó contenidor vermelles (damunt) %Q0.6
P8 Pistó contenidor negres (sota) %Q0.7
M1 Primera cinta %Q1.0
M2 Segona cinta %Q1.1
El funcionament d’aquesta planta és més senzill que la planta de la Pràctica 1 ja que només
funciona amb un parell de cintes i pistons (alguns de simple acció, però la majoria de doble
acció). La principal dificultat d’aquesta planta comparada amb l’anterior es basa en el baix
nombre d’informacions que hi ha en aquest element. En la planta 1 tenim un nombre molt
Pràctica 2: Automatització de la Segona Planta Electropneumàtica Automatització Industrial
7
gran d’entrades, i la clau per resoldre la planta 2 té a veure en com circumnavegar aquests
elements amb les eines que ens dona la automatització.
Els elements de control d’aquesta planta estan col·locats en quadres i caixes. Aquests
components estan segurs i protegits, i tot el connexionat es fa a través de les canalitzacions.
No desmunteu les canaletes.
3.2. Cablejat amb Bananes
Per a realitzar aquesta pràctica es demana a l’estudiant que cablegi els les entrades i sortides
necessàries en el seu projecte. Per a facilitar aquest cablejat de forma intuïtiva i segura s’han
preparat els següents equips: Un PLC protegit amb les entrades i sortides en forma de bananes
a l’exterior de la caixa, una caixa opaca on s’han portar els sensors per a poder connectar les
bananes, i unes vàlvules electropneumàtiques que funcionen amb bananes.
Mitjançant aquest equips es demana a l’estudiant que prepari el cablejat, donant la llibertat de
programar les variables com es vulgui.
4. Objectius per aquesta pràctica:
S’ha d’automatitzar la planta, fent que classifiqui correctament totes les peces que hi hagin al
carregador. El programa ha de classificar les peces i dipositar-les als contenidors
corresponents. La peça metàl·lica ha d’anar al contenidor amb el rètol “M5”. Les peces
taronges han d’anar al contenidor que s’expandeix mitjançant un pistó amb el rètol “ 3x20”.
Les peces negres han de caure de la segona cinta al contenidor amb el rètol “6x25”. Aquest
codi també ha de tenir programada la parada de seguretat. El programa s’ha d’automatitzar al
bloc principal (OB1) però també ha de tenir un bloc per a la parada de seguretat i un per fer
una pausa en el procés productiu (Pausa).
La parada de seguretat ha de bloquejar el sistema i no permetre cap tipus d’acció mentre
estigui accionada.
S’espera de l’estudiant que cablegi les entrades i sortides que ell ha programat en el seu
software.
Annex 5: Solucionari de la Pràctica 2
Annex 6: Pràctica 3
DEEEA Departament D’enginyeria Electrònica, Elèctrica i Automàtica
ETSE Escola Tècnica Superior d’Enginyeria
Pràctiques de Laboratori
D’Automatització Industrial
Pràctica 3: Automatització d’un
Motor mitjançant un Variador de
Freqüència
Professors: JOSÉ RAMÓN LÓPEZ LÓPEZ
PEDRO GARCES MIGUEL
www.urv.es Despatx 345
www.etse.urv.es Laboratori 107
www.etse.urv.es/DEEEA
Pràctica 3: Automatització d’un Motor mitjançant Automatització Industrial un Variador de Freqüència
2
Index
1. Introducció ........................................................................................................................ 3
2. Elements de la planta ........................................................................................................ 4
2.2 El Motor .......................................................................................................................... 4
3. El Variador de Freqüència.................................................................................................. 5
3.1. Com Funciona el Variador .......................................................................................... 5
3.2. Control del Variador .................................................................................................. 5
3.3. Navegació de Menús ................................................................................................. 6
4. Exemple ............................................................................................................................ 7
5. Objectius de la pràctica: .................................................................................................. 10
Pràctica 3: Automatització d’un Motor mitjançant Automatització Industrial un Variador de Freqüència
3
1. Introducció
Els variadors de freqüència s’estan expandint cada vegada més a l’empresa. Es fabriquen cada
dia més compactes, més barats i amb més funcionalitat. L’enginyer, elèctric o electrònic, que
acabi treballant en l’industria en llocs de contacte directe amb màquines i producció, molt
probablement entri amb contacte amb variadors de freqüència sovint. Per tant, és molt
important que l’enginyer surti preparat amb coneixements per a fer-los funcionar.
Els variadors de freqüència són màquines que, alterant la freqüència de la electricitat que es
subministra el motor, aconsegueixen controlar-lo variant velocitat i direcció entre altres.
Connectant un variador de freqüència amb un motor i un PLC podem crear i controlar
programes de control del motor molt avançats, com és el cas d’una rentadora.
Els variadors de freqüència venen preparats per
1. Subministrar corrent a un motor
2. Controlar el motor mitjançant un panell de comandament que té (mode manual).
3. Controlar el motor mitjançant variables digitals que té el variador. A aquests si pot
connectar interruptors, temporitzadors, o un PLC. D’aquesta forma podem crear un programa
complex que interactuï amb les variables del variador per donar-li ordres.
Unes d’aquestes variables són per exemple les entrades lògiques L1 i L2, que marquen el sentit
de gir del motor.
Pràctica 3: Automatització d’un Motor mitjançant Automatització Industrial un Variador de Freqüència
4
2. Elements de la planta
La planta en qüestió tindrà els següents elements:
- Un variador de freqüència amb el que treballar.
- Proteccions del circuit.
- Polsadors d’engegada, parada i un interruptor selector de velocitat.
- Tres Bobines.
- Un motor trifàsic.
El circuit ja està cablejat d’un principi, de forma que deixa unes bornes per a connectar
l’alimentació del circuit, el motor i el PLC S7-1200.
A les bornes es porten també els polsadors de control de l’usuari i les variables de dintre el
variador (L1- L2-.... L-6). D’aquesta forma es crea una planta totalment cablejada amb la qual
només s’ha de connectar el necessari.
2.2 El Motor
El motor és un motor trifàsic petit, normal i corrent. Aquest, també té una placa de
característiques. Aquesta placa la podeu consultar en el motor mateix. Si no la adjuntem aquí.
MOT.3-MS 632-4 Nº de sèrie 0711-1344024
IEC 34 (VDE0530) I.CL. F S1 IP55
KW Hz Δ V Y Δ A Y Cos φ RPM
0,18 50 230/400 1,17/0,68 0,65 1350
0,22 60 276/480 1,17/0,68 0,65 1620
A més a més, s’han empalmat sis cables a les connexions del motor. Uns són per poder
connectar a la planta, i els altres per fer les connexions estrella o triangle en unes bornes. Per
defecte les connexions vindran en estrella. Aquestes connexions es poden canviar en qualsevol
moment amb la corrent tallada.
Pràctica 3: Automatització d’un Motor mitjançant Automatització Industrial un Variador de Freqüència
5
3. El Variador de Freqüència
3.1. Com funciona el Variador
Els variadors de freqüència són màquines que actuen sobre el principi que es pot regular la
velocitat d’un motor variant-ne la freqüència.
La gran majoria de motors per motors síncrons o asíncrons són nombres parells: 2, 4, 6 i 8. El
control de la ona dels variadors fan que en comptes de rebre els 50 Hz que rebrien
normalment, rebin una quantitat variable de freqüència, accelerant o reduint la velocitat. El
variador subministra la electricitat que necessita el motor amb la ona que se l’indica.
3.2. Control del Variador
Els variadors de freqüència normalment es poden controlar de dues formes diferents. Els
variadors tenen un control manual amb un potenciòmetre per controlar la velocitat
manualment i botons per navegar. Casi tots ho tenen. Per defecte, la pantalla mostra la
freqüència. La següent imatge explica com funcionen els controls del variador.
Els variadors tenen també un conjunt d’entrades digitals i sortides on es poden portar senyals
que surten d’un PLC o un altre font de senyals digitals. Aquestes entrades i sortides serveixen
per poder controlar i vigilar el variador des de un PLC. Tots els variadors tenen aquest tipus de
entrades i sortides però canvien molt depèn del variador. Aquestes entrades digitals funcionen
de la següent manera:
- Els variadors tenen unes variables que tenen entrades. Aquestes entrades es poden
assignar a una funció del variador.
- Els variadors tenen moltes més funcions que entrades. Algunes no requereixen
entrada, només són un valor que es pot modificar. D’altres requereixen una variable o
control manual. Si assignes la mateixa variable a dos funcions la última preval i la
primera s’esborra.
Pràctica 3: Automatització d’un Motor mitjançant Automatització Industrial un Variador de Freqüència
6
- En processos complexes el PLC que controla el variador envia ordres al variador i rep
respostes.
- Aquestes entrades per donar ordres són LI1 – LI2 – LI3 – LI4 – LI5 – LI6. A més a més té
3 entrades analògiques més: AI1 – AI2 – AI3.
3.3. Navegació de Menús
Per a navegar el variador és necessari entendre com funcionen els menús d’aquest, ja que tots
els variadors funcionen de la mateixa manera. Els menús funcionen seguint el gràfic següent:
Pràctica 3: Automatització d’un Motor mitjançant Automatització Industrial un Variador de Freqüència
7
Aquests és una imatge que descriu molt bé com funcionen els menús dels variadors. La font
d’aquesta imatge és el manual del Variador Altivar 31 que es proporcionarà als estudiants
junt amb la memòria .
Amb els controls del variador s’entra i es mou a través dels menús on es pot seleccionar
exactament què és el que es vol programar. Cada menú té submenús a dintre.
Aquesta és una esquema del manual que explica molt bé com s’organitzen els submenús del
variador. Mitjançant els botons ENT i ESC i les FLETXES s’escull entre el menú que es vol accedir
i després s’escull el paràmetre a modificar. Per acabar es modifica el paràmetre al valor
assignat i s’emmagatzema.
4. Exemple Programa un variador per a que el motor al que va associat funcioni a 55Hz en les dos
direccions.
Per a realitzar aquest exemple haurem de tenir el manual ben a prop. Es recomana no confiar
amb les programacions de fàbrica del variador ja que és molt probable que algú ja les hagi
modificat primer.
El primer pas serà configurar la freqüència.
Per a fer-ho, anem a la pàgina 12 del manual del variador per mirar quin és el paràmetre per
modificar la freqüència. En aquest cas és bFr
El següent pas és anar al capítol 3 del manual del variador (MENÚS) i buscar a quin menú
pertany aquest paràmetre. La podem trobar a la pàgina 30, on comença el menú drC (Drive
Control). Aquí podem observar que la velocitat del motor pot variar entre 50 i 60 Hz. Per tant
el valor està dintre el rang que s’ha marcat. Llavors ja es pot programar. Mitjançant els botons
de control que hi han al variador s’ha d’anar al menú drC, al paràmetre bFr, ficar la freqüència
a 55Hz i acceptar.
Pràctica 3: Automatització d’un Motor mitjançant Automatització Industrial un Variador de Freqüència
8
El segon pas serà configurar els sentits de gir.
A la pàgina 22 del manual es pot trobar la taula completa de les entrades i sortides
lògiques.Allí podem trobar les dades dels sentits de gir que necessitem.
Podem veure que per defecte, la configuració de fàbrica per les dos direccions de gir és LI1 i
LI2. Però aquestes entrades no tenen perquè ser les reals perquè algú altre pot haver-ho
modificat.
Per a que el variador funcioni ha de tenir o Forward o Reverse encès. Forward i reverse no
poden estar encesos a l’hora o sigui que s’ha de afegir una precaució al programa.
Per programar Reverse s’ha d’anar al menú I-O (Entrades i sortides) i buscar el paràmetre rrS i
escollir la entrada que es vol que sigui la senyal de canvi de sentit de gir (LI1-LI6).
El tercer pas serà programar el programa en el PLC.
Aquesta és una de les formes de com es programa el aquest exemple. Es remarca especial
interès en el els segment 2 on hi ha uns contactes normalment tancats per prevenir que hi hagi
un curtcircuit. Quan es treballa amb motors una seguretat així és molt important. S’ha de
notar que es tenen dos botons de parada. Un per parar el motor i un per canviar de direcció. El
motor ha de parar per tornar-se a engegar en l’altre direcció.
Pràctica 3: Automatització d’un Motor mitjançant Automatització Industrial un Variador de Freqüència
9
Pràctica 3: Automatització d’un Motor mitjançant Automatització Industrial un Variador de Freqüència
10
El quart pas serà connectar les bananes.
Per acabar l’exemple s’hauran de connectar les bananes. De les sortides del PLC al LIx que s’ha
programat. De la sortida 0.0 a l’entrada que s’ha programat per forward, i la sortida 0.1 a
l’entrada programada per reverse.
5. Objectius de la pràctica:
Es presenta a l’estudiant una planta i un PLC a programar. L’objectiu de la pràctica consisteix
en programar un programa que simuli una rentadora.
La rentadora ha de funcionar de la següent manera
1. La rentadora comença girant en direcció a les agulles del rellotge a baixa velocitat
(f<50Hz).
2. La rentadora centrifuga a màxima velocitat (f>50Hz)
3. La rentadora canvia de sentit de gir i centrifuga a màxima velocitat (f>50Hz).
4. La rentadora redueix la velocitat durant un temps fins a arribar a 0 rpm. (f<50Hz)
La rentadora ha de funcionar amb 3 interruptors. Un polsador de Marxa per engegar el procés
de marxa, un botó de parada momentània (l’etapa es para al moment, però marxa engega des
d’on s’ha quedat el procés) i un interruptor de parada total (funciona com a parada
d’emergència) para tot el sistema i, polsant el polsador de marxa, s’engega des del principi.
Acaba de cablejar la planta, ajuntant les entrades digitals amb les sortides del PLC i cablejant el
motor.
Programa la rentadora.
Annex 7: Solucionari de la Pràctica 3