1 intro automatas
- 1. PLC’s Página 1 Curso 2009/10 TEMA 1: AUTOMATIZACIÓN CON PLCs 1. AUTOMATIZACIÓN DE PROCESOS. • Automatización de procesos • Objetivo de la automatización • Lógica programada frente a cableada 2. GENERALIDADES SOBRE PLCs. 3. AUTÓMATAS PROGRAMABLES DE SIEMENS.
- 2. PLC’s Página 2 Curso 2009/10 1. AUTOMATIZACIÓN DE PROCESOS Automatización Dotación a la fase de producción de un sistema de control, potencia y comunicación, que realice el trabajo y que pueda ser gobernado por el operador mediante un sistema de mando ¿Qué es un automatismo? Todo dispositivo físico (eléctrico, electrónico, neumático, hidráulico, etc.), capaz de controlar el funcionamiento de una máquina o proceso Libera al hombre de operaciones peligrosas, pesadas o rutinarias. El elemento de control • ejecuta el programa lógico interno, • reacciona ante la información recibida por captadores • actuando sobre los accionamientos de la instalación.
- 3. PLC’s Página 3 Curso 2009/10 OBJETIVO DE LAAUTOMATIZACIÓN Tecnologías de automatización Lógica Cableada Lógica Programada Funciones básicas de la automatización de una máquina o instalación » Disminuir costes: humanos, energéticos, materiales, etc. » Mejorar la calidad del producto acabado, calidad constante » Evitar tareas de difícil control manual: peligrosas, complejas o rápidas » Información en tiempo real del proceso » Aumentar la producción y flexibilidad de las máquinas (adaptación al mercado) » Facilitar la detección de averías y su reparación
- 4. PLC’s Página 4 Curso 2009/10 AUTOMATISMOS CABLEADOS ¿En qué consiste? Automatismo realizado mediante el cableado de los elementos que intervienen: sensores, actuadores, relés, contactores Inconvenientes: Ocupa mucho espacio Poca flexibilidad para modificaciones, mejoras, etc. Problemas de mantenimiento, localización y corrección de averías. Difícil implantación de algoritmos que no sean derivados del álgebra de Boole Tipo de control: on/off Los elementos de control en automatismos cableados (Hard Wired Control) son: a) contactores y b) relés Para una buena instalación se requiere contar con: a) habilidad b) planos de conexiones
- 5. PLC’s Página 5 Curso 2009/10 AUTOMATISMOS PROGRAMADOS (1/2) ¿En qué consiste? Incorporación de controladores programables al entorno industrial. Ventajas: • Simplificación en la elaboración de proyectos. No planos de contactos (cableada) • Facilidad en la introducción de modificaciones: cambios en programa. No sustitución de cables ni elementos activos (relés) • Instalación cómoda y sencilla. Minimización de espacio • Mantenimiento rápido y sencillo: herramientas software de diagnóstico y reparación • Capacidad de control multiproceso • Documentación inmediata de aplicaciones Inconvenientes: • Personal técnico para instalación y programación • Coste elevado en aplicaciones de pequeña envergadura
- 6. PLC’s Página 6 Curso 2009/10 AUTOMATISMOS PROGRAMADOS. EJEMPLOS (2/2)
- 7. PLC’s Página 7 Curso 2009/10 TEMA 1: AUTOMATIZACIÓN CON PLCs 1. AUTOMATIZACIÓN DE PROCESOS 2. GENERALIDADES SOBRE PLCs. • ¿Qué es un autómata programable? • Revisión histórica. • Generalidades y estructura de un PLC • ¿Cómo trabaja un PLC? • Descripción de los elementos de un PLC. • Lenguajes de programación 3. AUTÓMATAS PROGRAMABLES DE SIEMENS.
- 8. PLC’s Página 8 Curso 2009/10 QUÉ ES UN PLC ó AUTÓMATA PROGRAMABLE 1/2 Programmable Logic Controller Dispositivo electrónico programable, en lenguaje específico, diseñado para controlar, en tiempo real y en un medio industrial, procesos secuenciales.
- 9. PLC’s Página 9 Curso 2009/10 EJEMPLO DE APLICACIÓN INDUSTRIAL DE PLCs Elementos hardware Elementos software
- 10. PLC’s Página 10 Curso 2009/10 REVISIÓN HISTÓRICA • 1968: Procesador cableado sustituye a relés. • Década de los setenta – Incorporación de elementos hombre-máquina. – Manipulaciones de datos – Operaciones aritméticas – Comunicaciones (ordenador) – Incremento de memoria – E/S remotas – Desarrollo de comunicaciones con dispositivos • Década de los ochenta: - Avance de la tecnología µP – Alta velocidad de respuesta, más lenguajes – Reducción de dimensiones – Módulos inteligentes, autodiagnóstico • Década de los noventa: – Buses de campo abiertos – Utilización de tecnología de ordenador: PCMCIA /ETHERNET – Plug & Play / Easy to use
- 11. PLC’s Página 11 Curso 2009/10 GENERALIDADES PLCs Criterios de selección: - Número de E/S a controlar - Capacidad de la memoria de programa - Potencia de las instrucciones - Posibilidad de conexión de periféricos, módulos especiales y comunicaciones. Clasificación PLC por tipo de formato – COMPACTOS: Suelen integrar en el mismo bloque la alimentación, entradas y salidas y/o la CPU. Se expanden conectándose a otros con parecidas características. Ejem: S7-200 – MODULARES: Están compuestos por módulos o tarjetas conectadas a rack con funciones definidas: CPU, fuente de alimentación, módulos de E/S, etc … Ejem: S7-300 La expansión se realiza mediante conexión entre racks.
- 12. PLC’s Página 12 Curso 2009/10 ESTRUCTURA DE UN AUTÓMATA PROGRAMABLE Bloques principales de un PLC: • CPU • Periféricos: dispositivos de interfaz con entorno • Buses: internos y externos, interconexión entre CPU y periféricos
- 13. PLC’s Página 13 Curso 2009/10 ¿CÓMO TRABAJA UN PLC? Tratamiento secuencial de la información Ciclo básico de trabajo Durante la ejecución del programa el PLC ignora la evolución del proceso externo
- 14. PLC’s Página 14 Curso 2009/10 ¿CÓMO TRABAJA UN PLC? • CICLO DE SCAN – Conjunto de tareas, además de programa de usuario, que el automata lleva a cabo cuando está controlando un proceso. • TAREAS COMUNES: (SUPERVISION GENERAL) • ACEPTACION DE ENTRADAS Y ACTUACION SOBRE SALIDAS • EJECUCION DE LAS INSTRUCCIONES • SERVICIO A PERIFERICOS • TIEMPO DE RESPUESTA – Tiempo necesario para llevar a cabo las distintas operaciones de control de un proceso externo. El tiempo de respuesta de un sistema (activación de una señal de salida en relación a una entrada) viene determinado por: TIEMPO DE SCAN DE LA CPU TIEMPO DE ON/OFF DE LOS MODULOS DE E/S
- 15. PLC’s Página 15 Curso 2009/10 ELEMENTOS CPU: MEMORIA • La memoria del PLC se encuentra dividida en varias áreas, – AREA DE SISTEMA OPERATIVO: • El fabricante graba programa de comportamiento PLC • ROM, no volátil – AREA DE PROGRAMA: • El usuario graba el programa a ejecutar por el PLC • RAM con batería, EPROM ó EEPROM – AREA DE DATOS: • Este área es usada para almacenar valores o para obtener información sobre el estado del PLC. • RAM
- 16. PLC’s Página 16 Curso 2009/10 ELEMENTOS PLC: MÓDULOS DE ENTRADA / SALIDA Clasificación Tarjetas Entrada / Salida • Aislamiento galvánico - No: conexión directa - Si: acoplamiento óptico • Señales Tipo Analógicas / Digitales Excitación Tensión / Corriente
- 17. PLC’s Página 17 Curso 2009/10 ELEMENTOS PLC: MÓDULOS DE ENTRADA Ejemplo de entrada a PLCFunciones módulos Entrada: • Recogida de información • Adaptación niveles de señal • Filtrado de ruido • Separación galvánica entre circuitos Lógicos y de Potencia • Visualización estado entradas
- 18. PLC’s Página 18 Curso 2009/10 ELEMENTOS PLC: MÓDULOS DE SALIDA Ejemplo de salida de PLCFunciones módulos Salida: • Activación actuadores • Aislamiento galvánico y Protección circuitos internos • Amplificación de señal • Visualización estado salidas
- 19. PLC’s Página 19 Curso 2009/10 LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN ¿Qué es un programa ? Conjunto de instrucciones que ejecuta un dispositivo, con lógica programada, para controlar un proceso determinado. Partes de una instrucción ORDEN OPERANDO.....OPERANDO ¿Qué es un lenguaje de programación ? Conjunto de símbolos, expresiones literales o combinaciones de ambas, a partir del cual se desarrolla un programa comprensible por el PLC. Tipos de lenguajes Gráficos De contactos De funciones Literales
- 20. PLC’s Página 20 Curso 2009/10 LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN. EJEMPLOS Lenguaje de contactos: a) Siemens – KOP, LAD- b) Omron –ladder- Lenguaje de funciones Siemens – FUP, FBD- Omron –logigrama- Lenguaje literal: a) Siemens –AWL, SCL- b) Omron –nemónico-
- 21. PLC’s Página 21 Curso 2009/10 TEMA 1: AUTOMATIZACIÓN CON PLCs 1. AUTOMATIZACIÓN DE PROCESOS. 2. GENERALIDADES SOBRE PLCs. 3. AUTÓMATAS PROGRAMABLES DE SIEMENS. • Automatización Integrada • SIMATIC • Del problema de automatización al ejecutable final • ¿Cómo trabaja un SIMATIC S7? • Del sensor a la variable • Plataforma básica SIMATIC S7 • S7-200 • S7-300 • CPU 314-IFM
- 22. PLC’s Página 22 Curso 2009/10 AUTOMATIZACIÓN INTEGRADA EN SIEMENS Totally Integrated Automation (TIA) es una estrategia desarrollada por Siemens para ofrecer una solución integrada de diferentes productos para la automatización de procesos: • Autómata programable • Control numérico • Interfaz hombre-máquina (HMI) • Driver para motor • Red con protocolo abierto
- 23. PLC’s Página 23 Curso 2009/10 SIMATIC ¿Qués es? Conjunto de componentes hardware y software coordinados de Siemens, para: • Administración del sistema • Transmisión de datos Componentes de Simatic • S7 familia de autómatas S7-200, S7-300, S7-400 • M7 módulos de cálculo compatibles con PC-AT • C7 unidades compactas para control de máquinas (display+teclado) • Win AC software que simula el comportamiento de autómata en PC • DP módulos de E/S distribuidas que conectan al PLC en red profibus • HMI elementos para operación de usuario y monitorización variables • NET red que permite la interconexión de elementos Simatic • STEP 7 software básico y pieza clave del concepto “Autom. Integr.”
- 24. PLC’s Página 24 Curso 2009/10 DEL PROBLEMA DE AUTOMATIZACIÓN AL EJECUTABLE FINAL (1/3) Para dar solución al problema de automatización se han de resolver tres cuestiones Dimensionamiento del PLC Lenguaje de programación Organización del programa Elección del hardware en función de: • Número de E/S • Tamaño del programa de usuario • Tiempo de respuesta • Volumen de datos • Control centralizado o distribuido Alternativas en Simatic 7: • S7-200 versión micro • S7-300 versión mini, modular • S7-400 versión avanzada
- 25. PLC’s Página 25 Curso 2009/10Curso 2009/10 ST-200. CPU 215 ST-300. CPU 314 IFM ST-400. CPU 414 1 Tiempo de ejecución de 1k instrucciones binarias. Memoria para prog. E/S Digitales Máximas Interfaces comunicación integradas. COMPARATIVA ENTRE FAMILIAS SIMATIC 7
- 26. PLC’s Página 26 Curso 2009/10 DEL PROBLEMA DE AUTOMATIZACIÓN AL EJECUTABLE FINAL (2/3) Elección del lenguaje de programación: • Para procesamiento de señales binarias • LAD Ladder Logic -KOP- • FBD Functional Block Diagram -FUP- • Para complejidad media de variables y direccionamientos • STL Statement List -AWL- • Lenguaje de alto nivel, para programas complejos y extensos • SCL Structurated Control Language -SCL-
- 27. PLC’s Página 27 Curso 2009/10 DEL PROBLEMA DE AUTOMATIZACIÓN AL EJECUTABLE FINAL (3/3) Fases para obtención de ejecutable final: • Edición off-line del programa (setp7 en PC). Guardar resultado. • Carga en memoria de usuario de CPU de autómata • Evaluación, diagnosis y ajuste de variables on-line (conexión PC – PLC) • Salvar ejecutable final en EPROM PLC Pautas generales: • Aconsejable dividir programa en bloques (subrutinas) - Orientados al proceso a controlar: taladrado, cinta transportadora, etc - Orientados a función PLC: señalización, comunicación, modo operación
- 28. PLC’s Página 28 Curso 2009/10 Planificación de solución de automatización
- 29. PLC’s Página 29 Curso 2009/10 Ejemplo: planteamiento del problema
- 30. PLC’s Página 30 Curso 2009/10 Ejemplo: configuración de la solución
- 31. PLC’s Página 31 Curso 2009/10 ¿CÓMO TRABAJA UN AUTÓMATA DE LA FAMILIA S7? PLC opera secuencialmente con todas las E/S en paralelo. Procesamiento cíclico sólo alterado por interrupciones: hardware y/o programadas Procesamiento cíclico incluso si no hay entradas excitadas Modo de inicio: • CPU procesa el sistema operativo • Inicia programa de usuario Modo ejecución • Procesamiento cíclico
- 32. PLC’s Página 32 Curso 2009/10 RELACIÓN ENTRE SEÑAL BINARIA (SENSOR) Y VARIABLE DEL PROGRAMA (PLC) -1/3- 1) Las señales externas se conectan a terminales concretos de los módulos E/S, que llevan asociada una dirección La dirección del módulo: • Está fijada por el slot del rack en el que se ha instalado el módulo • Se configura con la herramienta “Hardware configuration” de Step7 Los módulos E/S también pueden ser direccionados en el programa a nivel de byte
- 33. PLC’s Página 33 Curso 2009/10 RELACIÓN ENTRE SEÑAL BINARIA (SENSOR) Y VARIABLE DEL PROGRAMA (PLC) -2/3- 2) Fases de la ejecución cíclica: Las señales del módulo de entrada se copian en un área de memoria de la CPU: PAE tabla imagen de entradas del proceso Las variables de salida se guardan en otra en otra zona de memoria de la CPU: PAA tabla imagen de salidas del proceso: Por último, las variables de la PAA se copian en el correspondiente módulo de salida. El programa de usuario recibe como entrada la información de la PAE. Durante el ciclo de Scan, los cambios de señal aplicados al módulo de entrada no se atienden
- 34. PLC’s Página 34 Curso 2009/10 RELACIÓN ENTRE SEÑAL BINARIA (SENSOR) Y VARIABLE DEL PROGRAMA (PLC) -3/3-
- 35. PLC’s Página 35 Curso 2009/10 PLATAFORMA HARDWARE SIMATIC (1/2) El soporte hardware para el programador de soluciones de automatización con PLCs de Siemens es: • Dispositivo de programación PG –especial Siemens- o PC –propósito general- • Autómata con puerto MPI “multi port interface”, protocolo RS-485 • Cable de conexión Para PC, cable PC/PPI “Point to Point Interface”, RS-232/RS-485 DIP switches para seleccionar velocidad transfer (baud rate)
- 36. PLC’s Página 36 Curso 2009/10 PLATAFORMA HARDWARE SIMATIC (2/2)
- 37. PLC’s Página 37 Curso 2009/10Curso 2009/10 Potenciómetro" Salidas" Entradas" Indicadores de estado" para DI/DO integradas" Conexión PPI" Selector de Modo"Memory Card" Indicadores " de Estado" ESTACIÓN S7-200 • CPU S7-200
- 38. PLC’s Página 38 Curso 2009/10 ESTACIÓN S7-300 Los elementos que componen una estación S7-300 de Simatic son: • Rack de montaje (bastidor) • PS alimentación 24V DC • CPU • IM interfaz de conexión con racks • SM módulo de adaptación de señales • FM módulo de función (controla procesos independientemente de CPU) • CP módulo de comunicaciones (profibus y ethernet)
- 39. PLC’s Página 39 Curso 2009/10Curso 2009/10 CPU CPU COMPONENTES DE AUTÓMATA S7-300 PS (opcional IM (opcional) SM: DI ) SM: DO SM: AI SM: AO Módulos de E/S FM: - Contaje - Posicionamiento - Control en Lazo Cerrado CP: - Punto-a-Punto - PROFIBUS - Ethernet Industrial Módulos de comunicaciones
- 40. PLC’s Página 40 Curso 2009/10Curso 2009/10 BASTIDOR Y ELEMENTOS DE AUTÓMATA S7-300
- 41. PLC’s Página 41 Curso 2009/10Curso 2009/10 EJEMPLO DE CONEXIÓN ESTACIONES SIMATIC CPUPS IM E/SE/S E/S BASTIDOR 1 Autómata 1 CPUPS IM E/SE/S E/S BASTIDOR 2 Autómata 2 E/S E/S PC Autómata 3 Autómata 4 Bus de comunicaciones ?
- 42. PLC’s Página 42 Curso 2009/10Curso 2009/10 • 1) PS (Fuente de Alimentación): – Genera 24VDC a partir de 120/230VAC. – Distintos modelos en función del amperaje. ELEMENTOS DE LA ESTACIÓN SIMATIC S7-300 (1/4)
- 43. PLC’s Página 43 Curso 2009/10Curso 2009/10 • 2) CPU – Es el núcleo del PLC. – El programa se ejecuta y guarda en ella. – Algunas CPU’s poseen incorporado E/S (p.e. 314 IFM). ELEMENTOS DE LA ESTACIÓN SIMATIC S7-300 (2/4) Sólo en 314 IFM 6ES7 314-5AE10-0AB0
- 44. PLC’s Página 44 Curso 2009/10Curso 2009/10 ELEMENTOS DE LA ESTACIÓN SIMATIC S7-300 (3/4) STOP para el programa RUN programa puede ser leído on-line RUN-P programa puede ser leído y modificado on-line MRES reset de inicialización SF BATF DC5V FRCE RUN STOP CPU en RUN" CPU en STOP" A limentación DC 5V" Fallo batería" Fallo sistema System Fault" Forzar variables"
- 45. PLC’s Página 45 Curso 2009/10Curso 2009/10 ELEMENTOS DE LA ESTACIÓN SIMATIC S7-300
- 46. PLC’s Página 46 Curso 2009/10Curso 2009/10 • 3) MÓDULOS E/S – Admite tanto señales analógicas como digitales. – Errores de cableado pueden destruir la unidad E/S ELEMENTOS DE LA ESTACIÓN SIMATIC S7-300 (4/4)
- 47. PLC’s Página 47 Curso 2009/10Curso 2009/10 BIT Longitud = 1 BIT Estado "1" or "0" BYTE Longitud = 8 BITS PALABRA Longitud = 16 BITS DOBLE PALABRA Longitud = 32 BITS 01234567 01234567 01234567 01234567 01234567 01234567 01234567 BIT, BYTE, PALABRA, DOBLE PALABRA TAMAÑO DE DATOS E/S
- 48. PLC’s Página 48 Curso 2009/10Curso 2009/10 CPU 312 IFM" 6 kbyte" SIEMENS CPU 313" 12 kbyte" CPU 314" 24 kbyte" CPU 314 IFM" 32 kbyte" SIEMENS SIEMENS CPU 315" 48 kbyte" CPU 315-2 DP" 64 kbyte" SIEMENS CPU 316-2 DP" 128 kbyte" CPU 318-2 DP" 512 kbyte" SIEMENS SIEMENS SIEMENS SIEMENS GAMA DE CPU’s S7-300
- 49. PLC’s Página 49 Curso 2009/10Curso 2009/10 ENTRADAS – SALIDAS INTEGRADAS EN CPU 314 IFM Entradas y Salidas Integradas en CPU 314IFM
- 50. PLC’s Página 50 Curso 2009/10Curso 2009/10 CIRCUITO BÁSICO DE E/S ANALÓGICAS Y ESPECIALES
- 51. PLC’s Página 51 Curso 2009/10Curso 2009/10 CIRCUITO BÁSICO DE E/S DIGITALES
- 52. PLC’s Página 52 Curso 2009/10Curso 2009/10 ¿ CUESTIONES ACERCA DEL 314-IFM ? 1) Mínimo tiempo activa la señal de interrupción 126.3 2) Máxima frecuencia de señal aplicable a entrada126.1 3) Nivel de tensión proporcionado por salida analógica PAW128 3) Nivel de corriente proporcionado por salida analógica PAW128