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SIMATIC S7-3002WESA (març 2008)

2WESA - Imágenes cortesia de SIEMENS

Índice

• Comunicaciones

• PLC

• Software

Conceptos de redes?

Intercambio de datos entre los autómatas programables, con los paneles de operador y los PCs

=> Comunicación

que es la transferencia de datos entre dos interlocutores con diferentes prestaciones

Ejemplo de una red de comunicación

Transiciones de red

• Son los dispositivos que hacen posible la comunicación entre dos o varias subredes.

• Permiten interconectar subredes con estructura física igual o diferente (p.ej. Ethernet y PROFIBUS).

Ejemplo de una transición entre subredes

Protocolo

• Un protocolo de comunicación es el conjunto de reglas que especifican el intercambio de datos u órdenes durante la comunicación entre interlocutores .

• Define el contenido estructural del tráfico de datos en la línea física, determinando p.ej.:– el modo de operación,– el proceso para el establecimiento del enlace, – la protección de los datos,– la velocidad de transferencia

Topologías de red (1/2)

• Línea

• Anillo

Topologías de red (2/2)

• Estrella

• Árbol

Soporte de transmisión

• Cable bifilar no trenzado, sin pantalla (p.ej. bus de interface AS)

• Cable bifilar trenzado, sin pantalla• Cable bifilar trenzado, con pantalla

(p.ej. PROFIBUS)

• Cable coaxial (p.ej. Industrial Ethernet)

• Fibra óptica (p.ej. PROFIBUS / Industrial Ethernet)

• Transmisión inalámbrica (p.ej. transmisión por infrarrojos o por radio)

Métodos de acceso

• Determina en qué forma, cuándo y cuáles equipos pueden enviar sus datos a través de la subred.

• En caso de que intenten emitir simultáneamente varios equipos, se encarga de regular el permiso de acceso.

• Algunos métodos de acceso:– CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection)– Token (paso de testigo)– Maestro-esclavo

Extensión de la red

• Por extensión de la red se entiende la separación máxima entre dos equipos conectados a una subred.

• Una subred puede estar compuesta de uno o varios segmentos (de bus).

• Los segmentos de bus pueden acoplarse mediante transiciones denominadas repetidores o puentes.

Medios de transmisión

• El medio de transmisión es el “bus” por el que se transmiten los datos.

• Soportes de transmisión:

– Eléctricos: cable bifilar, cable coaxial, Twisted Pair (par trenzado)

– Ópticos: fibra óptica de vidrio o plástico– Inalámbricos: infrarrojos

Modelo de referencia ISO

• Si dos equipos intercambian datos a través de un sistema de bus común, resulta necesario definir el sistema de transmisión y el método de acceso

• International Standardization

Organisation (ISO)

ha definido un modelo

de 7 niveles.

Nivel 1: Físico

• Physical Layer

• Este nivel o capa se encarga de la transmisión transparente de bits a través del soporte físico en el orden en que proceden del nivel de enlace

• Aquí se definen las características

eléctricas y mecánicas, así como los tipos de transmisión.

Nivel 2: Enlace

• Data Link Layer

• Se encarga de la transmisión de la cadena de bits entre dos sistemas.

• Sirve para la detección y eliminación o retransmisión de errores de transmisión y para el control del

flujo.

Nivel 3: Red

• Network Layer

• Se encarga de la intercomunicación de datos entre sistemas terminales.

• Como sistemas terminales se consideran el emisor y receptor de una información cuyo recorrido puede pasar a través de varios sistemas de tránsito.

• Por ello, el nivel de red debe seleccionar la ruta a seguir, lo que normalmente se denomina encaminamiento (Routing).

Nivel 3: Red

Nivel 4: Transporte• Transport Layer

• Su misión es ofrecer al usuario un enlace terminal-terminal fiable.

• Los servicios ofrecidos incluyen el establecimiento de un enlace de transporte y la transmisión de datos, así como la disolución del enlace.

• A tal efecto, el usuario puede exigir por lo general una determinada calidad de servicio (QoS, Quality of Service).

• Entre los parámetros de calidad figuran p.ej. la velocidad de transferencia y la tasa de errores residuales.

Nivel 5: sesión

• Session Layer

• La tarea principal del nivel de sesión es sincronizar las relaciones de comunicación.

• Además, los servicios del nivel de sesión permiten definir puntos de sincronización en transmisiones prolongadas para que, en una interrupción del enlace, no sea necesario repetir toda la transmisión sino solo desde un determinado punto de sincronización.

Nivel 6: Presentación

• Presentation Layer

• Al intercambiar datos diferentes sistemas utilizan lenguajes distintos.

• Este nivel traduce los diferentes lenguajes de los interlocutores a un lenguaje uniforme con una sintaxis abstracta.

Nivel 7: Aplicación• Application Layer• El nivel de aplicación comprende los

servicios específicos de la aplicación en las diferentes funciones de comunicación.

• Como existen multitud de aplicaciones es particularmente difícil establecer estándares uniformes.

• Un estándar para las aplicaciones de automatización es el Manufacturing Message Specification (MMS), donde se estipulan los servicios y protocolos del nivel de aplicación MAP (Manufacturing Automation Protocol).

• Las especificaciones del PROFIBUS se describen detalladamente en los niveles 1, 2 y 7 del modelo ISO. No se han materializado los siete niveles para simplificar el bus. Los niveles 3 a 5 están "vacíos".

Formato de los datos

Redes de comunicación

• Para adaptarse a los diferentes requisitos existen diferentes redes de comunicación, como p.e:

– Industrial Ethernet (IEEE 802-3 e IEEE 802.3u)– PROFIBUS (EN 50170)

(comunicación entre CPU, PG/PC, TD/OP)– Interface AS-i (EN 50295)

Clasificación de las subredes

Nivel de control de procesos

• Este nivel procesa tareas de índole general, funciones de gestión de la empresa.

• Como la memorización de valores del proceso, optimización, análisis y presentación en forma de listados.

• Los datos necesarios se otienen y procesan para toda la empresa, con independencia del lugar de emplazamiento.

• La cantidad de estaciones puede ser superior a 1.000.

Nivel de célula

• En el nivel de célula se procesan autónomamente todas las tareas de automatización y optimización.

• En este nivel están interconectados los autómatas, PCs y equipos para operación y observación.

Nivel de campo• El nivel de campo une las instalaciones y los autómatas

programables.

• Los dispositivos miden, señalizan y retransmiten a las instalaciones las órdenes recibidas del nivel de célula.

• Es típica una comunicación jerarquizada, varios dispositivos de campo se comunican con un maestro.

• Suelen transmitirse pequeñas cantidades de datos.

Nivel de sensor-actuador

• En este nivel, un maestro se comunica con los actuadores y sensores conectados a su subred.

• Son característicos aquí tiempos de respuesta rápidos y un número reducido de bits de datos.

Redes de comunicación

• INDUSTRIAL ETHERNET

• PROFIBUS

• AS-INTERFASE

Industrial Ethernet

• Es la red para el nivel de control de procesos y el nivel de célula.• Es adecuada para la transmisión rápida de grandes cantidades de datos

y grandes distancias. • La velocidad de transmisión oscila entre los 10 Mbit/s y los 100 Mbit/s.• La transmisión tiene lugar a través de un cable coaxial, cable cruzado o

por fibra óptica.

• Ethernet tiene las siguientes ventajas:– Rápida puesta en marcha – Alta disponibilidad – Permite la unión entre diferentes departamentos, como puedan ser

fábrica y oficina técnica.– Inversión segura, es una tecnología en constante desarrollo y

compatible con futuras aplicaciones.

Industrial Ethernet

PROFIBUS

• Es la red para los niveles de célula y campo.• Se utiliza para transmitir cantidades de datos pequeñas hasta medias. • Físicamente, es una red eléctrica basada en un cable bifilar apantallado,

una red óptica basada en un conductor de fibras ópticas o de transmisión inalámbrica mediante infrarrojos

• Posee rápidos tiempos de respuesta.

• Variantes de protocolos:– en calidad de bus de campo PROFIBUS DP para el rápido

intercambio cíclico de datos (12 Mbit/s ) y como PROFIBUS PA para la transmisión de datos en aplicaciones de alto riesgo (p.e. industria química).

– en el nivel de célula como PROFIBUS (FDL o FMS) para la transmisión rápida hacia interlocutores de la misma jerarquía.

AS-Interfase

• Es la red para el nivel de actuadores-sensores.• Se utiliza principalmente para interconectar sensores y

actuadores binarios. • La cantidad de datos máxima es de 4 bits por estación

esclava.• Es un cable de dos hilos donde circulan datos y alimentación

para los módulos.• Alto grado de protección, IP 65

AS-Interfase

Interfase Hombre Máquina (HMI)• Los componentes del nivel HMI (o SCADA) sirve como

interfase entre el usuario y su máquina. (SCADA: Supervisory Control And Data Adquisition)

• Las funciones, interruptores o valores procesados son visualizados en paneles de operador o táctiles.

• El Interfase Hombre Máquina se divide en 4 clases:– Paneles de Pulsadores – Visualizadores de Texto – Visualizadores gráficos – Sistemas basados en PC

• Pueden conectarse a un sistema automatizado, mediante una red MPI o PROFIBUS-DP.

Interfase Hombre Máquina (HMI)

• Controlador lógico programable.• Solución económica de automatización.

Funciones de un PLC

• Tarea:

– Recibir una señal de entrada– Ejecutar operaciones especificas en una máquina

o equipo según la señal

Clase de señales en automatización

• Las entradas y salidas de las señales eléctricas se pueden dividir fundamentalmente en dos grupos :

Señal digital o binaria

• Representan 2 estados

– Estado “1”

presencia de tensión, p.e. interruptor ON

– Estado “0”

ninguna presencia de tensión, p.e. interruptor OFF

• Recibe el nombre de Bit

Señal analógica

• Representa un rango de valores.• Ejemplos para medidas analógicos en la regulación técnica :

• Temperatura -50 ... +150°C• Paso de circulación 0 ... 200l/min• Número de revoluciones 500 ... 1500 U/min

• Estas medidas se convierten en tensiones eléctricas, corrientes o resistencias

• Para trabajar con medidas analógicas en un PLC, se han de convertir en información digital con un conversor

analógico – digital (Conversor A/D).

Sistema binario

Bit, unidad de información binaria más pequeña (estados de señal "1”, "0”)

Byte (8 bits)

Word, palabra (16 bits o 2 bytes) Doble palabra(32 bits)

Estructura de un PLC• El dispositivo de la automatización contiene principalmente:

Configuración de un PLC

Partes fundamentales de un PLC

• Módulo central de proceso CPU

• Sistema de bus

• Fuente de alimentación

• Memoria del programa

• RAM

• Flash- EPROM

Módulo central de proceso CPU• En la CPU, el

procesador ejecuta el programa que está en la memoria

• Dependiendo del estado de las entradas y de la posición del programa en la memoria, se ejecuta instrucciones en los módulos

internos.

Sistema de bus

• Es una canalización para transferir las señales.

• Permite el intercambio de señales entre el procesador y los módulos de entradas / salidas

• El bus contiene tres direcciones paralelas de señales :– de direccionamiento – de datos– de control

Fuente de alimentación

• Genera la tensión de alimentación para los dispositivos.

• El nivel de esta tensión es de 24 voltios.

• Si los transmisores de señal, posicionamiento de los aparatos y indicadores luminosos, necesitan tensiones por encima de los 24 voltios, se suministrarán transformadores complementarios.

Memoria del programa

• Permite guardar informaciones en forma de señales binarias.

• La memoria contiene celdas de programa de 512, 1024, 2048b etc.. Es usual, declarar la capacidad de la memoria de programa, en múltiplos de 1 Kb ( 1 Kb contiene 1024b).

• Random Access Memory

• Es una memoria de semiconductor en la que se puede tanto leer como escribir información

• Son memorias volátiles, es decir, la información se pierde, con la caída de tensión.

• La memoria de trabajo interna de un S7-300 es RAM, una pila en los PLC ofrece seguridad a la memoria.

Flash- EPROM

• La EPROM es borrable, programable y de sólo lectura.

• El contenido de la EPROM se borra en su totalidad a través de un rayo violeta o una tensión y a continuación se programa de nuevo.

• En el S7-300 existe la posibilidad de guardar el programa en un tarjeta de memoria (Flash-EPROM) y en caso de una caída de tensión, se puede cargar rápidamente de nuevo el sistema en el modo de servicio.

Propiedades del SIMATIC S7-300

• Memoria de Programa de hasta 85 K en instrucciones• Hasta 1024 entradas/salidas• Rápido tiempo de ejecución que permite a la CPU ejecutar hasta 1024

instrucciones binarias en 0.1 ms.• Configuración modular y rápida expansión posibles a través de módulos

digitales, analógicos, simulación y módulos de función que permiten la comunicación con otros tipos de módulos.

• Funciones integradas: contadores, posicionadores, …• Interfase PROFIBUS integrado.• La CPU puede utilizarse también como esclavo.• Procesamiento de grandes fórmulas matemáticas.• Servicio HMI integrado en el sistema operativo de la CPU.• Configuración/Programación rápida y sencilla con ayuda del software

STEP 7.

Campos de aplicación del S7-300

• Sistemas de fabricación• Máquinas textiles• Maquinaria especial• Transformación de plásticos• Industria del automóvil• Industria de equipos eléctricos • Industria del embalaje• Industria de la alimentación• Procesos i controles

Ventajas

• Escalable: si aumentan las tareas, el autómata puede ampliarse añadiendo más módulos.

• Máxima adaptación al entorno industrial gracias a gran compatibilidad electromagnética y elevada resistencia a choques y vibraciones

Diseño

• El PLC S7-300 tiene estructura modular.

• Un PLC se compone de:

– Un módulo central (CPU).– Módulos de señales (SM) para E/S analógicas y digitales. – Módulos de comunicaciones (CP) para acoplamiento a

bus y conexiones punto a punto. – Módulos de función (FM) para contaje, posicionamiento y

regulación.

Comunicación

• Módulos de comunicaciones para conexión del S7-300:

• AS-Interface• PROFIBUS• Industrial Ethernet• conexiones punto a punto• Interfaz multipunto MPI

Funciones

• Ejecución rápida de instrucciones con tiempos de 0,1 µs• Aritmética en coma flotante para operaciones aritméticas

complejas. • Parametrización fácil para el usuario de todos los módulos• Manejo y visualización (HMI)• Funciones de diagnóstico de las CPUs que controlan

permanentemente la funcionalidad del sistema y registra errores (p.ej. errores de tiempo, fallos de módulos, etc.)

• Protección por contraseña

Línea de fabricación en la industria de automoción, automatizada con el S7-300

Software Simatic industrial

• STEP 7• S7-GRAPH• S7-HIGRAPH• S7-SCL• WinLC• WinAC• PCS 7

STEP 7

• Almacenamiento de datos comunes en una estructura de proyecto

• Creación de programas en AWL, KOP y FUP.• Ajuste en las propiedades de la CPU• Ajuste de las direcciones de los módulos• Visualización de la diagnosis de módulo y lectura del buffer

de mensajes de error• Visualización de referencias cruzadas

STEP 7

S7-GRAPH

• Es un control secuencial.

• El proceso es analizado en una secuencia de pasos y transiciones en una representación global.

• Después se podrá programar el contenido de cada paso.

• Las transiciones se pueden programar en KOP o FUP.

• El usuario dispone de una amplia gama de herramientas de diagnosis.

S7-GRAPH

S7-HIGRAPH

• S7-HiGraph permite la descripción de procesos asíncronos con la ayuda de gráficas de estados.

• Los elementos gráficos pueden colocarse donde se necesiten permitiendo flexibilidad de programación.

• Tiene sencillas funciones de mensaje y monitorización.

• S7-HiGraph se puede aplicar en todos los sistemas de automatización con SIMATIC S7-300

S7-HIGRAPH

S7-SCL

• Es un lenguaje de alto nivel, basado en PASCAL,• Optimizado para la programación del control de programa de

almacenamiento.• S7-SCL permite:

– Creación simple y rápida de programas– Mejor calidad de programas de PLC– Mejor estructuración– Depuración más sencilla

• El software puede ser utilizado en todos los sistemas de automatización SIMATIC S7-300

S7-SCL

WinLC• El Controlador Lógico bajo Windows (WinLC)

WinAC• Configurados con ProTool y/o ProTool/Pro

• Centro de Control en Windows

• Propiedades:

– Editor Gráfico para la fácil generación de imágenes del proceso

– Sistema de Mensajes con posibilidad de almacenamiento– Almacenamiento de valores medidos– Sistema de Informes– Opciones para la configuración del funcionamiento básico– Base de Datos común

PCS 7• PCS 7 sistema de control de procesos• Propiedades:

– Arranque y Rearranque definidos– Concepto de Operación– Concepto de mensajes de sistemas de control– Autorización de acceso– Chequeo de funcionamiento– Sincronización en tiempo real– Control de Procesos seguro– Librerías con bloques preparados– Cómoda configuración– Paquete adicional de software para procesos

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