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N1Totally Integrated

Automation

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AUTOMATIZACIN DE PROCESOS

CON AUTMATAS

SIMATIC S7

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LGICA CABLEADA vs LGICA PROGRAMADA

A travs de contactores y rels

Altos conocimeinto tcnico paramantenimeinto por parte del operario

Variacin de secuencias Variacin decableado

Imposible procesos complejos

Sustitucin de circuitos auxiliares y demando

Procesos de alta complejidad

Variacin de secuencias sin variacin decableado

Poco conocimiento tcnico por parte deloperario

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DEFINICIN Y APLIACIONES

DEFINICIN

Controlador Lgico Programable (PLC) o

Autmata Programable: mquinaelectrnica diseada para controlar entiempo real y en medio industrialprocesos secuenciales

AREAS DE APLICACIN

Espacio reducido.

Procesos de produccin peridicamentecambiantes.

Procesos secuenciales.

Maquinaria de procesos variables.

Instalaciones de procesos complejos y

amplios.Chequeo de programacin centralizadade las partes del proceso.

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Menor tiempo de elaboracin deproyectos.

Posibilidad de realizar modificaciones sincosto aadido en otros componentes.

Mnimo espacio de ocupacin.

Menor costo de mano de obra.

Mantenimiento econmico.

Posibilidad de gobernar varias mquinascon el mismo autmata.

Menor tiempo de puesta en

funcionamiento.Reutilizable en otras mquinas osistemas de produccin.

VENTAJAS / DESVENTAJAS

Adiestramiento de tcnicos.

Impacto social

Capacitacin a operarios

Reubicacin de personal

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BREVE HISTORIA

En 1960 Bedford Associates propuso unControlador Digital Modular (MODICON,MOdular DIgital CONtroler)

El MODICON 084 result ser el primerPLC del mundo en ser producido

comercialmente.

En los 70 mquinas de estadosecuenciales y CPU basadas endesplazamiento de bit.

Los AMD 2901 y 2903 fueron muypopulares en el Modicon y PLC's A-B

En 1973 primer sistema de comunicacinbus Modicon (Modbus)

En los 80 intento de estandarizacin delas comunicaciones con el protocolo MAP(Manufacturing Automation Protocol) deGeneral Motor's

En los 80 programacin simblica atravs de ordenadores personales en vezde los clsicos terminales deprogramacin

Los 90 han mostrado una gradual

reduccin en el nmero de nuevosprotocolos, y en la modernizacin de lascapas fsicas de los protocolos mspopulares que sobrevivieron a los 80

El ltimo estndar (IEC 1131-3) intentaunificar el sistema de programacin detodos los PLC en un nico estndar

internacional.Disponemos de PLC's que pueden serprogramados en diagramas de bloques,lista de instrucciones y diagrama decontactos

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CONTROL LGICO / CONTROL REGULADO

El control lgico se refiere al control quese realiza con variables lgicas, seevalan y dan como resultado una salida

lgica.

Las variables lgicas son aquellas quesolo pueden tener uno de dos posiblesestados, 1 0, Prendido o Apagado,Verdadero o Falso.

El control regulado es aquel queinvolucra aparte de variables lgicas,variables anlogas, operaciones

aritmticas y algoritmos matemticos decontrol con el fin de mantener unavariable de proceso en un valor deseado,esto se conoce tambin como control enlazo cerrado o control realimentado.

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ESTRUCTURA EXTERNA DEL PLC

Compacta: en un solo bloque estn todoslo elementos.

Modular:

Estructura americana: separa las E/S delresto del autmata.

Estructura europea: cada mdulo es una

funcin (fuente de alimentacin, CPU,E/S, etc.).

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ESTRUCTURA INTERNA DEL PLC

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http://www.el.bqto.unexpo.edu.ve/lab_plc/imagenes/estructura.jpg

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CICLO DE PROGRAMA DEL PLC

Imagen de

Las entradas

Ejecucin delPrograma de

usuario

Imagen de

Las salidas

WATCHGOG

Entradas

Salidas

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ENTRADAS / SALIDAS DEL PLC

E/S DIGITALES:

Se basan en el principio de todo o nada, es decir o noconducen seal alguna o poseen un nivel mnimo de tensin.Estas E/S se manejan a nivel de bit dentro del programa deusuario.

E/S ANALOGAS:

Pueden poseer cualquier valor dentro de un rangodeterminado especificado por el fabricante. Se basan enconversores A/D y D/A aislados de la CPU (pticamente o por

etapa de potencia). Estas seales se manejan a nivel depalabra (16 bits) dentro del programa de usuario

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REPASO DE COMPUERTAS LGICASAND

El estado de la salida de la funcin AND = 1 solo si el estadode todas las entradas es 1.

S1

S2

H1

Input 2 Input 3 Output

0 0 0 0

0 0 1 0

0 1 0 0

0 1 1 0

1 0 0 0

1 0 1 0

1 1 0 0

1 1 1 1

Tabla lgica para el bloque AND:

Input 1

Circuito serie con contactosnormalemente abiertos

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TIA

REPASO DE COMPUERTAS LGICASOR

El estado de la salida de la funcin OR = 1 solo si el estadode al menos una de las entradas es 1.

Circuito paralelo con contactosnormalemente abiertos


0 0 0 0

0 0 1 1

0 1 0 1

0 1 1 1

1 0 0 1

1 0 1 1

1 1 0 1

1 1 1 1

Tabla lgica para el bloque OR:

Input 1

S3 S4

H2

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TIA

REPASO DE COMPUERTAS LGICASNAND

El estado de la salida de la funcin NAND = 0 solo si elestado de todas las entradas es 1.

Circuito paralelo con contactosnormalemente cerrados

Tabla lgica para el bloque NAND:


0 0 0 1

0 0 1 1

0 1 0 1

0 1 1 1

1 0 0 1

1 0 1 1

1 1 0 1

1 1 1 0

Input 1

S1 S3 S3

H2

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REPASO DE COMPUERTAS LGICASNOR

El estado de la salida de la funcin NOR = 1 solo si el estadode todas las entradas es 0. Si cualquier entrada est en 1, lasalida es 0.

Circuito serie con contactosnormalemente cerrados


0 0 0 1

0 0 1 0

0 1 0 0

0 1 1 0

1 0 0 0

1 0 1 0

1 1 0 0

1 1 1 0

Tabla lgica para el bloque NOR:

Input 1

S1

S2

H1

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Automation

TIA

REPASO DE COMPUERTAS LGICASXOR

El estado de la salida de la funcin XOR = 1 solo si el estadode las entradas es diferente.

Tabla lgica para el bloque XOR:

Input 2 Output

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 0

Input 1

S1

S2

H1

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Totally IntegratedAutomation

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REPASO DE COMPUERTAS LGICASNOT

El estado de la salida de la funcin NOT = 1 si el estado de laentrada es 0, es decir, la funcin NOT invierte el estado de laentrada.

Tabla lgica para el bloque NOT:

Output

0 1

1 0

Input 1

S1

H1

K1

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TIA

REPRESENTACIN DE LA INFORMACINEN LOS PLCS

Un autmata es un ordenador, almacena informacin en forma de condiciones On y Off(1 0), refirindose a dgitos binarios (bits).

Sistema Binario: Dos dgitos 0, 1

Base 2Potencias de base 2 (1, 2, 4, 8, 16, ...)

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TIA

REPRESENTACIN DE LA INFORMACINEN LOS PLCS

La informacin esta representada por medio de Bits, Bytes, Words, Dwords; cada tipode dato de estos representa un valor en algn sistema numrico, generalmente en base2 (Binario), o en base 16 (hexadecimal) para dichos sistemas.

Bit: solo puede tener uno de dos posibles estados, 1 0.

Byte: Esta compuesto por 8 Bits y puede almacenar un carcter o un nmero nomayor a 255 si es un valor sin signo o un valor entre 127 y +127 si es consigno.

Word: Es una palabra y esta compuesto por 16 Bits (2 Bytes) y puede almacenar unnmero no mayor a 65.535 si es un valor sin signo o un valor entre32.767 y+32.767 si es con signo.

DWord: Es una doble palabra y esta compuesto por 32 Bits (4 Bytes) y puedealmacenar un nmero no mayor a 4294967.295 si es un valor sin signo o unvalor entre 2147483.647 y +2147483.647 si es con signo y un valor entero;bajo este formato tambien se almacenan los valores numricos en formatoreal.

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TIA

ELEMENTOS BSICOS DE LOS PLCS

Marcas de memoria: Es una rea de memoria que se utiliza generalmente paraalmacenar los datos intermedios que se deseen conservar. Esconveniente manejar datos de 1 bit, aunque pueden manejarseen modo bit, byte, etc.

Temporizadores: Se dispone de una serie de temporizadores que nos van a

permitir realizar una serie de acciones:* Realizar tiempos de espera.

* Supervisar acciones durante un tiempo determinado (tiempo devigilancia).

* Generar impulsos.

* Medir tiempos de proceso.Contadores: Al igual que los temporizadores vamos a disponer de una serie de

contadores que nos permitirn efectuar contajes, tanto haciaadelante como hacia atrs. El nmero de contadores depende deltipo de PLC.

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LENGUAJES DE PROGRAMACIN

Lenguaje de contactos, LADDER KOP:

Es el que ms similitudes tiene con el utilizado por un electricista al elaborar cuadros deautomatismos. Muchos autmatas incluyen mdulos especiales de software para poderprogramar grficamente de esta forma.

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TIA


Lenguaje por Lista de Instrucciones, STL AWL:

Consiste en elaborar una lista de instrucciones o nemnicos que se asocian a lossmbolos y su combinacin en un circuito elctrico a contactos. Tambin se puede decirque este tipo de lenguaje es, en algunos casos, la forma ms rpida de programacin eincluso la ms potente.

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Plano de funciones FBD:

El plano de funciones lgicas, resulta especialmente cmodo de utiliza a tcnicoshabituados a trabajar con circuitos de puertas lgicas, ya que la simbologa usada enambos es equivalente.

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TIA


GRAFCET:

Es el llamado Grfico de Orden Etapa Transicin. Ha sido especialmente diseado pararesolver problemas de automatismos secuenciales. Las acciones son asociadas a lasetapas y las condiciones a cumplir en las transiciones. Este lenguaje resultaenormemente sencillo de interpretar por operarios sin conocimientos de automatismoselctricos.

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FAMILIAS DE PLCS SIEMENS Y SU EVOLUCIN

S5:

La primera familia de PLCs SIEMENS fue la familia S5, las primeras CPU fueron del tipo110, 150, entre otras, mas adelante aparecen las CPUs 90U, 95U, 100U, 102U, 103U,115U, 135U, 155U, las ms pequeas con estructura compacta, las otras completamentemodulares y con grandes posibilidades de expansin en cuanto a mdulos de entrada ysalida.

La programacin de estos PLCs es poco amigable y con cierta complejidad, tambinson bastante limitados en cuanto a instrucciones, si los comparamos con los actuales.

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TIA


S7-200:

Al S7-200 se le denomina microsistema a causa de su pequeo tamao. El S7-200 tieneun diseo compacto que significa que la fuente de alimentacin y las Entradas/Salidaslas lleva incorporadas. El S7-200 puede usarse en pequeas aplicacionesindependientes como ascensores, lavado de coches, o mquinas mezcladoras. Tambinpuede utilizarse en aplicaciones industriales ms complejas como mquinas de

embotellado y empaquetado, entre otras.

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TIA


S7-300 y S7-400:

Estos autmatas se usan en aplicaciones ms complejas que necesitan de un mayornmero de Entradas/Salidas. Ambos son modulares y ampliables. La fuente dealimentacin y las Entradas/Salidas consisten en mdulos independientes conectados ala CPU. La eleccin entre el S7-300 y el S7-400 depende de la complejidad de la tarea yde una posible ampliacin futura.

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PLANIFICAR UNA SOLUCIN DE AUTOMATIZACIN

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ELEMENTOS DEPROGRAMACIN EN S7

El Simatic S7 dispone de una serie de mdulos que dividen la memoria de programa y lade datos en secciones, permitiendo una programacin estructurada y un accesoordenado a los datos. El nmero de mdulos va a depender del tipo de CPU empleada.

Mdulos de organizacin (OB)

Constituyen la forma de comunicacin entre el sistema operativo de la CPU y elprograma de usuario. Existen 3 tipos de OB, los cuales estn accesibles o no segn eltipo de CPU:

OB 1 (ciclo libre): es el mdulo principal, el que se ejecuta cclicamente y del queparten todos los saltos a otros mdulos.

OB de error y alarma: son los que contienen la secuencia de acciones a realizar en

caso de que se produzca una alarma o error programado (ver 4.6). OB de arranque: en este mdulo podemos introducir valores por defecto que permitenel arranque definido a la instalacin, bien en un arranque inicial o tras un fallo en la

alimentacin.

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Funciones (FC)

Son mdulos en los que podemos incluir parte del programa de usuario con lo queobtenemos un programa mucho ms estructurado. A estos mdulos se pueden accederdesde otro mdulo FC o desde un mdulo OB.

Bloques de funcin (FB)

Son mdulos de programa especiales. Aqu se introducen las partes de programa queaparecen con frecuencia o poseen gran complejidad. Posee una zona de memoriaasignada para guardar variables (mdulo de datos de instancia). Lo que se hace esenviar parmetros al FB y guardar algunos de los datos locales en el mdulo de datosde instancia.

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Mdulos de datos(DB)

Son reas de memoria destinadas a contener datos del programa de usuario. Existenmdulos de datos globales y de instancia. A los datos contenidos en un mdulo dedatos es posible acceder de forma absoluta o simblica. Los datos complejos ocompuestos pueden depositarse en forma de estructura. Los mdulos de datos puedenser de dos tipos:

Mdulos de datos globales: se pueden utilizar por cualquier mdulo del programa.

Mdulos de datos de instancia: se asignan a un determinado bloque de funcin y solo

pueden manejarse desde dicho mdulo. Pueden asignarse varios mdulos de datos de

instancia a un mdulo de funcin.

SFC: Funciones del sistema

SFB: Bloques de funcin del sistema

SDB: Bloques de datos del sistema

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DIRECCIONAMIENTOS

Los operandos de las instrucciones se componen de una variable que puede ser dedistintos tipos. Los tipos de variables posibles son:

E entrada A salida

M marca P periferia (acceso directo)

L datos locales T temporizador

Z contador DB mdulo de datos

Cada uno de estos tipos se pueden direccionar en 4 posibles modos (salvo T y Z):

Por defecto (X para DB): Bit.

B: byte (8 bits).

W: palabra (16 bits).

D: palabra doble (32 bits).

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TIA

DIRECCIONAMIENTOS

Marcas de memoria

Al realizar operaciones a nivel de bit (and, or, etc.) puede aparecer la necesidad dealmacenar el resultado lgico, para ello se dispone de 256 marcas de memoria de 1 byte(2048 bits de marcas):

Bit marcas M 0.0 a 255.7

Byte de marcas MB 0 a 255Palabra de marcas MW 0 a 254

Palabra doble de marcas MD 0 a 252

Entradas y salidas

Se tiene una imagen de las entradas y las salidas. El nmero de e/s disponibles dependedel tipo de CPU, adems de los mdulos externos que tengamos conectados. Comomximo el autmata puede manejar hasta 65536 bytes para cada tipo de e/s.

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TIA

DIRECCIONAMIENTOS

IMAGEN DEL PROCESO DE LAS ENTRADAS (PAE):

Entrada E 0.0 a 65535.7

Byte de entrada EB 0 a 65535

Palabra de entrada EW 0 a 65534

Palabra doble de entrada ED 0 a 65532

IMAGEN DEL PROCESO DE LAS SALIDAS (PAA):Salida A 0.0 a 65535.7

Byte de salida AB 0 a 65535

Palabra de salida AW 0 a 65534

Palabra doble de salida AD 0 a 65532

ENTRADAS EXTERNAS:

Byte de entrada de la periferia PEB 0 a 65535

Palabra de entrada de la periferia PEW 0 a 65534

Palabra doble de entrada de la periferia PED 0 a 65532

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TIA

DIRECCIONAMIENTOS

SALIDAS EXTERNAS:

Byte de salida de la periferia PAB 0 a 65535

Palabra de salida de la periferia PAW 0 a 65534

Palabra doble de salida de la periferia PAD 0 a 65532

Todas estas entradas y salidas pueden ser de tres tipos:

E/S digitales: Ocupan 4 bytes de memoria de direcciones, comenzando desde la 0.0hasta la 127.7.

E/S analgicas: Ocupan 2 bytes de memoria de e/s (16 bytes por mdulo) y se sitanen el rango de direcciones 256 a 383.

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DIRECCIONAMIENTOS

Registros

Todas las CPU Simatic S7 disponen de una serie de registros que se emplean durante la

ejecucin del programa de usuario.

Acumuladores (ACU1 y ACU2)

El acumulador 1 (ACU 1) y el acumulador 2 (ACU 2) son dos registros universales de 32bits para procesar bytes, palabras y palabras dobles. Posibles operaciones que puedenrealizarse:

Cargar: que siempre acta sobre ACU 1 y guarda el antiguo contenido en ACU 2

Transferir: copia el contenido de ACU 1 en una direccin de memoria, sin perder el

valor de los acumuladores.

Intercambiar el contenido de los acumuladores: mediante la instruccin TAK.

Realizar una operacin entre los acumuladores, almacenando el resultado en ACU 1sin variar ACU 2. Las operaciones pueden ser de comparacin, de lgica digital y dearitmtica.

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TIA

DIRECCIONAMIENTOS

Palabra de estado

Es un registro de 16 bits que contiene algunos bits a los que puede accederse en eloperando de operaciones lgicas de bits y de palabras. Solo nos sern de utilidad los 9primeros bits, estando reservados el uso de los 7 ltimos.

BIT 0 (ER): 0 indica que la siguiente lnea se ejecuta como nueva consulta (inhibida).

BIT 1 (RLO): resultado lgico. Aqu se realizan las operaciones a nivel de bit (como AND, OR, etc.).BIT 2 (STA): bit de estado. Solo sirve en el test de programa.

BIT 3 (OR): se requiere para el proceso Y delante de O. Este bit indica que una operacin Y ha dadovalor 1, en las restantes operaciones es 0.

BIT 4 (OV): bit de desbordamiento. Se activa (1) por una operacin aritmtica o de comparacin decoma flotante tras producirse un error (desbordamiento, operacin no admisible, o relacinincorrecta).

BIT 5 (OS): bit de desbordamiento memorizado. Se activa junto con OV e indica que previamente seha producido un error.

BITS 6 (A0) y 7 (A1): cdigos de condicin.

BIT 8 (RB): resultado binario. Permite interpretar el resultado de una operacin de palabras comoresultado binario e integrarlo en la cadena de combinaciones lgicas binarias.

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DIRECCIONAMIENTOS

Registros 1 y 2 de direcciones

Son dos registros de 32 bits cada uno. Se emplean como punteros en operaciones queutilizan un direccionamiento indirecto de registros.

Pila de parntesis

Aqu se almacenan los bits RB, RLO y OR, adems del cdigo de funcin que especificaque instruccin lgica ha abierto el parntesis.

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DIRECCIONAMIENTOS

TEMPORIZADORES (T):

En el Simatic S7 se dispone de una serie de temporizadores que nos van a permitirrealizar una serie de acciones:

Realizar tiempos de espera.

Supervisar acciones durante un tiempo determinado (tiempo de vigilancia).

Generar impulsos.

Medir tiempos de proceso.

Para la utilizacin de los temporizadores vamos a disponer de una serie deinstrucciones que nos permitirn emplear los temporizadores de distintas formas paraadecuarnos a nuestras necesidades, tal y como veremos en captulos posteriores.

Vamos a disponer de 256 temporizadores, los cuales direccionaremos como:T 0 a T 255

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DIRECCIONAMIENTOS

CONTADORES (Z):

Al igual que los temporizadores vamos a disponer de una serie de contadores que nospermitirn efectuar contajes, tanto hacia adelante como hacia atrs.

Tambin vamos a emplear una serie de instrucciones que permitirn manejarlos.

Disponemos de 256 contadores, los cuales podemos direccionar como:

Z 0 a Z 255

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