El PLC _ Manual Del

1 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS INDICE TEMA 1: INTRODUCCIÓN ¿Qué son los Autómatas Programables?........................ 4 Definición de autómata programable .................................................................. 5 Aplicaciones generales:..................................................................................... 7 Ventajas e inconvenientes de los PLC's ............................................................... 7 Tema 2: Estructura. Conceptos generales ............................................................ 11 Estructura externa.......................................................................................... 11 Estructura interna Diagrama en Bloques .......................................................... 12 Estructura interna el programador como unidad ................................................. 13 Memoria........................................................................................................ 14 CPU .............................................................................................................. 14 Unidades de E/S (Entrada y salida de datos)...................................................... 16 Interfaces ..................................................................................................... 17 Equipos o unidades de programación ................................................................ 17 Dispositivos periféricos ................................................................................... 18 EJECUCIÓN del Ciclo de trabajo de un autómata ................................................ 19 Tema 3 Lenguajes de PROGRAMACIÓN según normas ......................................... 20 Gráfico secuencial de funciones (grafcet) .......................................................... 20 Lista de instrucciones ..................................................................................... 20 Texto estructurado ......................................................................................... 20 Diagrama de contactos ................................................................................... 21 Diagrama de funciones Lógicas ........................................................................ 21 Organización de tareas ................................................................................... 21 Bloques de funciones ...................................................................................... 21 Estructura del programa en el PLC.................................................................. 22 Entradas y salidas Designaciones según fabricantes........................................... 22 Marcas de memoria (Merker) ........................................................................... 22 Temporizadores y contadores .......................................................................... 23 Tipos de módulos ........................................................................................... 25 Tema 4: Sistemas Lógicos. Álgebra de Boole ........................................................ 27 Funciones generales ....................................................................................... 27 Funciones especiales DIN (Siemens)............................................................... 28 Temporizador con retardo a la conexión( Allen Bradley) ...................................... 29 Temporizador con retardo a la conexión( Mitsubishi)........................................... 29 Tema 5: Lenguajes de PROGRAMACIÓN según fabricantes ..................................... 30 LENGUAJE DE PROGRAMACION LADDER Y Nemónico .......................................... 30 Control con Lógica cableada ............................................................................ 31 Lenguaje a contactos: LD ................................................................................ 32 Programa básicos ........................................................................................... 32 Programa en Allen Bradley ............................................................................. 33 lenguaje Ladder siemens................................................................................ 33 Lenguaje por Lista de Instrucciones o Nemónico: IL ........................................... 34 Lenguaje Nemónico siemens............................................................................ 35 Introducción a Programadores Lógicos

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2 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS GRAFCET....................................................................................................... 35 Lenguaje STL Melsec Mitsubishi (Grafcet) ...................................................... 36 PLANO DE FUNCIONES: FBD............................................................................ 37 Control de los movimientos de subida y bajada de un ascensor............................ 38 Movimientos:................................................................................................. 39 Taladro semiautomático .................................................................................. 40 Tema 6: Elementos del Grafcet ........................................................................... 42 Etapas iniciales .............................................................................................. 43 Etapas normales ............................................................................................ 43 Acciones asociadas ......................................................................................... 44 Acciones asociadas condicionadas .................................................................... 44 Transiciones .................................................................................................. 46 Receptividades asociadas a las transiciones ....................................................... 46 Diseño y estructuras....................................................................................... 48 Desarrollo del sistema .................................................................................... 49 Evolución del sistema ..................................................................................... 50

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3 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS Introducción. ¿Qué son los Autómatas Programables?. Definición de autómata programable Tema 1: Introducción a Aplicaciones generales. los Autómatas Ventajas e inconvenientes de los PLC’S. Pequeña reseña histórica. Estructura externa. Tema 2: Estructura de los PLC. Conceptos generales de programación

Estructura interna. Diagrama en bloques Unidades de Entrada y Salida de • Memoria. CPU. datos. Interfaces. Equipos o unidades de programación. Dispositivos periféricos. Ciclo de trabajo de un autómata. Entradas y salidas. Interfaces. Memoria. Registros y acumuladores. Temporizadores y contadores. Constantes.

Tema 3: Lenguajes de Lenguajes de programación. Lenguaje de contactos programación según Lista de instrucciones normas Diagrama de contactos, Diagrama de funciones, Organización de tareas, Texto estructurado , Grafico secuencial o GRAFCET Estructura del programa. Tipos de módulos. Bloque de funciones Estándar IEC1131-3 Lineal y Estructurada Tipos de módulos: Módulos de organización (OB), Módulos de Programa (PB), Módulos Funcionales (FB), Módulos de Datos Tema 4:: Sistemas Lógicos. Álgebra de Boole. La base matemática

Funciones generales AND OR OREX NAND NOR Funciones Especiales Temporizadores relés Contadores Registros y acumuladores Constantes

de

impulso

Ladder y Nemónico Control con lógica cableada Lenguaje de contactos o Ladder. Programas básicos Tema 5: Lenguajes de Lenguaje Nemónico Programas básicos programación según Lenguaje Grafcet Programas básicos fabricantes Lenguaje FBD Programas Básicos Ejemplos de aplicación 1.- Subida y bajada en ascensor 4 pisos 2.- Taladro Etapas iniciales. Etapas normales. Acciones asociadas. Acciones asociadas condicionadas. Transiciones. Receptividades asociadas a las transiciones. Líneas de enlace. Tema 6: Elementos de Diseño y estructuras del Grafcet. Desarrollo del sistema. Grafcet Evolución del sistema. Secuencia única. Selección de secuencia. Trabajos en paralelo. Trabajos simultáneos. Saltos de etapas. Bucles. Subrutinas. Macro-etapas. Diagramas paralelos.

NOTA AUTOR

DEL

EL material que forma este apuntes es producto de la experiencia adquirida en aplicaciones reales y la extraída de manuales de los fabricantes además de publicaciones de diferentes fuentes sobre el tema.

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4 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS TEMA 1: INTRODUCCIÓN

¿Qué son los Autómatas Programables?

Hasta no hace mucho tiempo el control de procesos industriales se hacía de forma cableada por medio de contactores y relés. Al operario que se encontraba a cargo de este tipo de instalaciones, se le exigía tener altos conocimientos técnicos para poder realizarlas y posteriormente mantenerlas. Además, cualquier variación en el proceso suponía modificar físicamente gran parte de las conexiones de los montajes, siendo necesario para ello un gran esfuerzo técnico y un mayor desembolso económico. La evolución tecnológica del control se ha verificado de acuerdo con la evolución industrial. •

Desde 0 a

•

En la década de 1945 a 1955 se imponían los tubos al vacío sobre lo

1945 los sistemas eran enteramente mecánicos

electromecánico, •

Desde 1955 al 1965, aparecen los semiconductores

•

A contar de 1965 a 1980 aparece la electrónica medianamente integrada

•

Desde 1980 hasta hoy se impone la integración en alta escala, generando tecnologías relacionadas con el microprocesador, resultando un desarrollo paralelo íntimamente relacionado entre hardware y software

En la actualidad, no se puede entender un proceso complejo de alto nivel desarrollado por técnicas cableadas. El computador y los controladores programables ha intervenido de forma considerable para que este tipo de instalaciones se hayan visto sustituidas por otras controladas de forma programada. El Autómata Programable Industrial (PLC) nació como solución al control de circuitos complejos de automatización. Por lo tanto se puede decir que un PLC no es más que un aparato electrónico que sustituye los circuitos auxiliares o de mando de los sistemas automáticos. A él se conectan los sensores (finales de carrera, pulsadores,...) por una parte, y los actuadores (bobinas de contactores, lámparas, pequeños receptores,...) por otra parte.

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5 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS

Esquema de un autómata programable, el TSX17-10 DEFINICIÓN DE AUTÓMATA PROGRAMABLE Se entiende por Controlador Lógico Programable (PLC), o Autómata Programable, a toda máquina electrónica diseñada para controlar en tiempo real y en medio industrial procesos secuenciales. Esta definición se está quedando un poco desfasada, ya que han aparecido los microplc's, destinados a pequeñas necesidades y al alcance de cualquier persona.

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6 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS Campos de aplicación Un autómata programable suele emplearse en procesos industriales que tengan una o varias de las siguientes necesidades:

•

Espacio reducido.

Procesos de producción periódicamente cambiantes.

• • • •

Procesos secuenciales. Maquinaria de procesos variables. Instalaciones de procesos complejos y amplios. Chequeo de programación centralizada de las partes del proceso.

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7 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS APLICACIONES GENERALES: • • •

Maniobra de máquinas. Maniobra de instalaciones. Señalización y control.

Tal y como dijimos anteriormente, esto se refiere a los autómatas programables industriales, dejando de lado los pequeños autómatas para uso más personal (que se pueden emplear, incluso, para automatizar procesos en el hogar, como la puerta de un garaje o las luces de la casa). VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LOS PLC'S Entre la ventajas tenemos: • • • • • • • • •

Menor tiempo de elaboración de proyectos. Posibilidad de añadir modificaciones sin costo añadido en otros componentes. Mínimo espacio de ocupación. Control con indicaciones de diagnostico Menor costo de mano de obra. Mantenimiento económico. Posibilidad de gobernar varias máquinas con el mismo autómata. Menor tiempo de puesta en funcionamiento. Si el autómata queda pequeño para el proceso industrial puede seguir siendo de utilidad en otras máquinas o sistemas de producción.

Y entre los inconvenientes: • •

Adiestramiento de técnicos. Costo.

Al día de hoy los inconvenientes se han hecho nulos, ya que todas la carreras de ingeniería incluyen la automatización como una de sus asignaturas. En cuanto al costo tampoco hay problema, ya que hay autómatas para todas las necesidades y a precios mínimos. Existen desde pequeños autómatas por poco más de $50.000 pesos hasta PLC's que alcanzan cifras elevadas. volver

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8 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS

PEQUEÑA HISTÓRICA

RESEÑA

Los PLC's se introdujeron por primera vez en la industria en 1960 aproximadamente. La razón principal de tal hecho fué la necesidad de eliminar el gran costo que se producía al reemplazar el complejo sistema de control basado en relés y contactores. Bedford Associates propuso algo denominado Controlador Digital Modular (MODICON, MOdular DIgital CONtroler) a un gran fabricante de coches.

Otras compañías propusieron a la vez esquemas basados en computador, uno de los cuales estaba basado en el PDP-8. El MODICON 084 resultó ser el primer PLC del mundo en ser producido comercialmente. El problema de los relés era que cuando los requerimientos de producción cambiaban también lo hacía el sistema de control. Esto comenzó a resultar bastante caro cuando los cambios fueron frecuentes. Dado que los relés son dispositivos mecánicos y poseen una vida limitada se requería una estricta mantención planificada. Por otra parte, a veces se debían realizar conexiones entre cientos o miles de relés, lo que implicaba un enorme esfuerzo de diseño y mantenimiento. Introducción a Programadores Lógicos

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9 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS Los "nuevos controladores" debían ser fácilmente programables por ingenieros de planta o personal de mantenimiento. El tiempo de vida debía ser largo y los cambios en el programa tenían que realizarse de forma sencilla. Finalmente se imponía que trabajaran sin problemas en entornos industriales adversos. La solución fué el empleo de una técnica de programación familiar que reemplazaran los relés mecánicos por relés de estado sólido. A mediados de los 70 las tecnologías dominantes de los PLC eran máquinas de estado secuenciales y CPU basadas en desplazamiento de bit. Los AMD 2901 y 2903 fueron muy populares en el Modicon y PLC's A-B. Los microprocesadores convencionales tienen la capacidad necesaria para resolver de forma rápida y completa la lógica de los pequeños PLC's. Por cada modelo de microprocesador había un modelo de PLC basado en el mismo. Las habilidades de comunicación comenzaron a aparecer aproximadamente en 1973. El primer sistema fué el bus Modicon (Modbus). El PLC podía ahora dialogar con otros PLC's y en conjunto podían estar aislados de las máquinas que controlaban. También podían enviar y recibir señales de tensión variables, entrando en el mundo analógico. Desgraciadamente, la falta de un estándar acompañado con un continuo cambio tecnológico ha hecho que en la comunicación de PLC's exista una variedad de sistemas físicos y protocolos incompatibles entre si. No obstante fué una gran década para los PLC's. En los 80 se produjo un intento de estandarización de las comunicaciones con el protocolo MAP (Manufacturing Automation Protocol) de General Motor's. También fué un tiempo en el que se redujeron las dimensiones del PLC y se pasó a programar con programación simbólica a través de computadores personales en vez de los clásicos terminales de programación. Hoy día el PLC más pequeño es del tamaño de un simple relé, en algunos casos un chip. Los 90 han mostrado una gradual reducción en el número de nuevos protocolos, y en la modernización de las capas físicas de los protocolos más populares que sobrevivieron a los 80. El último estándar (IEC 1131-3) intenta unificar el sistema de programación de todos los PLC en un único estándar internacional. Ahora disponemos de PLC's que pueden ser programados en: diagramas de bloques, lista de instrucciones y texto estructurado al mismo tiempo.

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10 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS Los PC están comenzando a reemplazar al PLC en algunas aplicaciones, incluso la compañía que introdujo el Modicon 084 ha cambiado al control basado en PC. Por lo cual, no sería de extrañar que en un futuro no muy lejano el PLC como es en la actualidad, desaparezca frente al cada vez más potente y de pequeño tamaño que resultan los PC, y es en la actualidad una tendencia futura.

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11 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS TEMA 2: ESTRUCTURA. CONCEPTOS GENERALES La mejor opción para el control de procesos industriales es el empleo de autómatas programables. Estos aparatos se basan en el empleo de un microcontrolador para el manejo de las entradas y salidas. La memoria del aparato contendrá tanto el programa de usuario que le introduzcamos como el sistema operativo que permite ejecutar secuencialmente las instrucciones del programa. Opcionalmente, en la mayoría de los autómatas, también se incluyen una serie de funciones pre-implementadas de uso general (como reguladores PID). La mayor ventaja es que si hay que variar el proceso basta con cambiar el programa introducido en el autómata(en la mayoría de los casos). Otra ventaja es que el autómata también nos permite saber el estado del proceso, incluyendo la adquisición de datos para un posterior estudio. ESTRUCTURA EXTERNA Todos los autómatas programables, poseen una de las siguientes estructuras: • •

Compacta: en un solo bloque están todos lo elementos. Modular: o Estructura americana: separa las E/S del resto del autómata. o Estructura europea: cada módulo es una función (fuente de alimentación, CPU, E/S, etc.).

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12 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS Exteriormente nos encontraremos con cajas que contienen una de estas estructuras, las cuales poseen indicadores y conectores en función del modelo y fabricante. Para el caso de una estructura modular se dispone de la posibilidad de fijar los distintos módulos en riel normalizado tipo DIN, para que el conjunto sea compacto y resistente. Los micro-autómatas suelen venir sin caja, en formato tipo kit, ya que su empleo no es determinado y se suele incluir dentro de un conjunto más grande de control o dentro de la misma maquinaria que se debe controlar ESTRUCTURA INTERNA DIAGRAMA EN BLOQUES MEMORIA DEL PROGRAMA

FUENTE DE ALIMENTACIÓN BATERIA

BUS INTERNO

INTERFAZ DE E/S

MEMORIA DE DATOS

UNIDAD CENTRAL

TIMER

CPU

MEMORIA IMAGEN

E/S

CONTADORES

EXPANSION E/S ADICIONAL Y ESPECIALES

SENSORES ACTUADORES

Los elementos esenciales, que todo autómata programable posee como mínimo, son: •

•

Sección de entradas: se trata de líneas de entrada, las cuales pueden ser de tipo digital o analógico. En ambos casos tenemos unos rangos de tensión característicos, los cuales se encuentran en las hojas de características del fabricante. A estas líneas conectaremos los sensores. Sección de salidas: son una serie de líneas de salida, que también pueden ser de carácter digital o analógico. A estas líneas conectaremos los actuadores.

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13 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS •

Unidad central de proceso (CPU): se encarga de procesar el programa de usuario que le introduciremos. Para ello disponemos de diversas zonas de memoria, registros, e instrucciones de programa.

Adicionalmente, en determinados modelos más avanzados, podemos disponer de funciones ya integradas en la CPU; como reguladores PID, control de posición, etc ESTRUCTURA INTERNA EL PROGRAMADOR COMO UNIDAD

Tanto las entradas como las salidas están aisladas de la CPU según el tipo de autómata que utilicemos. Normalmente se suelen emplear opto acopladores en las entradas y relés / opto acopladores en las salidas. Aparte de estos elementos podemos disponer de los siguientes: • • • •

Unidad de alimentación (algunas CPU la llevan incluida. Unidad o consola de programación: que nos permitirá introducir, modificar y supervisar el programa de usuario. Dispositivos periféricos: como nuevas unidades de E/S, más memoria, unidades de comunicación en red, etc. Interfaces: facilitan la comunicación del autómata mediante enlace serie con otros dispositivos (como un PC).

En los siguientes apartados comentaremos la estructura de cada elemento.

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14 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS MEMORIA Dentro de la CPU vamos a disponer de un área de memoria, la cual emplearemos para diversas funciones: •

Memoria del programa de usuario: aquí introduciremos el programa que el autómata va a ejecutar cíclicamente.

•

Memoria de la tabla de datos: se suele subdividir en zonas según el tipo de datos (como marcas de memoria, temporizadores, contadores, etc.).

•

Memoria del sistema: aquí se encuentra el programa en código máquina que monitoriza el sistema (programa del sistema). Este programa es ejecutado directamente por el microprocesador / microcontrolador que posea el autómata.

•

Memoria de almacenamiento: se trata de memoria externa que empleamos para almacenar el programa de usuario, y en ciertos casos parte de la memoria de la tabla de datos. Suele ser de uno de los siguientes tipos: EPROM, EEPROM, o FLASH.

Cada autómata divide su memoria de esta forma genérica, haciendo subdivisiones específicas según el modelo y fabricante.

CPU La CPU es el corazón del autómata programable. Es la encargada de ejecutar el programa de usuario mediante el programa del sistema (es decir, el programa de usuario es interpretado por el programa del sistema). Sus funciones son:

•

Vigilar que el tiempo de ejecución del programa de usuario no excede un determinado tiempo máximo (tiempo de ciclo máximo). A esta función se le suele denominar Watchdog (perro guardián).

•

Ejecutar el programa de usuario.

•

Crear una imagen de las entradas, ya que el programa de usuario no debe acceder directamente a dichas entradas.

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15 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS •

Renovar el estado de las salidas en función de la imagen de las mismas obtenida al final del ciclo de ejecución del programa de usuario.

•

Chequeo del sistema.

CICLO DE TRABAJO BASICO Todo autómata

Imagen de las entradas

posee un ciclo de trabajo, que ejecutará de forma continua:

Ejecución del programa de usuario

ENTRADAS

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Imagen de las salidas

Watchdog

SALIDAS

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16 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS UNIDADES DE E/S (ENTRADA Y SALIDA DE DATOS)

Generalmente vamos a disponer de dos tipos de E/S: - Digital. - Analógica. Las E/S digitales se basan en el principio de todo o nada, es decir o no conducen señal alguna o poseen un nivel mínimo de tensión. Estas E/S se manejan al nivel de bit dentro del programa de usuario. Las E/S analógicas pueden poseer cualquier valor dentro de un rango determinado especificado por el fabricante. Se basan en conversores A/D y D/A aislados de la CPU (opt acoplados o por etapa de potencia). Estas señales se manejan al nivel de byte o palabra (8/16 bits) dentro del programa de usuario. Las E/S son leídas y escritas dependiendo del modelo y del fabricante, es decir pueden estar incluidas sus imágenes dentro del área de memoria o ser manejadas a través de instrucciones específicas de E/S.

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17 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS INTERFACES Todo autómata, salvo casos excepcionales, posee la virtud de poder comunicarse con otros dispositivos (como un PC). Lo normal es que posea una E/S serie del tipo RS-232 / RS-422. A través de esta línea se pueden manejar todas las características internas del autómata, incluida la programación del mismo, y suele emplearse para monitorización del proceso en otro lugar separado. EQUIPOS O UNIDADES DE PROGRAMACIÓN

El PLC debe disponer de alguna forma de programación, la cual se suele realizar empleando alguno de los siguientes elementos: •

•

Unidad de programación: suele ser en forma de calculadora. Es la forma más simple de programar el autómata, y se suele reservar para pequeñas modificaciones del programa o la lectura de datos en el lugar de colocación del autómata. Consola de programación: es un terminal a modo de ordenador que proporciona una forma más cómoda de realizar el programa de usuario y observar parámetros internos del autómata. Desfasado actualmente.

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18 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS •

•

PC: es el modo más potente y empleado en la actualidad. Permite programar desde un ordenador personal estándar, con todo lo que ello supone: herramientas más potentes, posibilidad de almacenamiento en soporte magnético, impresión, transferencia de datos, monitorización mediante software SCADA, etc. Para cada caso el fabricante proporciona lo necesario, bien el equipo o el software /cables adecuados. Cada equipo, dependiendo del modelo y fabricante, puede poseer una conexión a uno o varios de los elementos anteriores. En el caso de los micro-plc se escoge la programación por PC o por unidad de programación integrada en la propia CPU.

DISPOSITIVOS PERIFÉRICOS El autómata programable, en la mayoría de los casos, puede ser ampliable. Las ampliaciones abarcan un gran abanico de posibilidades, que van desde las redes internas (LAN, etc.), módulos auxiliares de E/S, memoria adicional... hasta la conexión con otros autómatas del mismo modelo.

Cada fabricante facilita las posibilidades de ampliación de sus modelos, los cuales pueden variar incluso entre modelos de la misma serie.

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19 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS EJECUCIÓN DEL CICLO DE TRABAJO DE UN AUTÓMATA El autómata va a ejecutar nuestro programa de usuario en un tiempo determinado, el cual va a depender sobre todo de la longitud del programa. Esto es debido a que cada instrucción tarda un tiempo determinado en ejecutarse, por lo que en procesos rápidos será un factor crítico. En un sistema de control mediante autómata programable tendremos los siguientes tiempos: 1. 2. 3. 4. 5.

Retardo de entrada. Vigilancia y exploración de las entradas. Ejecución del programa de usuario. Transmisión de las salidas. Retardo en salidas.

Los puntos 2,3 y 4 sumados dan como total el tiempo de ciclo del autómata. Tras este ciclo es cuando se modifican las salidas, por lo que si varían durante la ejecución del programa tomarán como valor el último que se haya asignado. Esto es así debido a que no se manejan directamente las entradas y las salidas, sino una imagen en memoria de las mismas que se adquiere al comienzo del ciclo (2) y se modifica al final de éste (retardo). En la etapa de vigilancia (watchdog) se comprueba si se sobrepasó el tiempo máximo de ciclo, activándose en caso afirmativo la señal de error correspondiente. volver

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20 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS TEMA 3 LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN SEGÚN NORMAS IEC1131-3 El aumento de la complejidad en la programación de los autómatas programables requiere más que nunca de la estandarización de la misma. Bajo la dirección del IEC el estándar IEC 1131-3 (IEC 65) ha sido definida para la programación de PLC's. Alcanzó el estado de Estándar Internacional en Agosto de 1992. Los lenguajes gráficos y textuales definidos en el estándar son una fuerte base para entornos de programación potentes en PLC's. Con la idea de hacer el estándar adecuado para un gran abanico de aplicaciones, cinco lenguajes han sido definidos en total: • • • • •

Gráfico secuencial de funciones (grafcet) Lista de instrucciones (LDI) Texto estructurado Diagrama de flujo Diagrama de contactos ( Ladder )

GRÁFICO SECUENCIAL DE FUNCIONES (GRAFCET) El gráfico secuencial de funciones (STL, SFC o Grafcet) es un lenguaje gráfico que proporciona una representación en forma de diagrama de las secuencias del programa. Soporta selecciones alternativas de secuencia y secuencias paralelas. Los elementos básicos son pasos y transiciones. Los pasos consisten de piezas de programa que son inhibidas hasta que una condición especificada por las transiciones es conocida. Como consecuencia de que las aplicaciones industriales funcionan en forma de pasos, el SFC es la forma lógica de especificar y programar al más alto nivel de un programa para PLC. LISTA DE INSTRUCCIONES La lista de instrucciones (IL ) es un lenguaje de bajo nivel, similar al lenguaje ensamblador. Con IL solo una operación es permitida por línea (ej. Almacenar (Store) cargar un valor en un registro). Este lenguaje es adecuado para pequeñas aplicaciones y para optimizar partes de una aplicación. TEXTO ESTRUCTURADO El texto estructurado (structured text o ST) es un lenguaje de alto nivel estructurado por bloques que posee una sintaxis parecida al PASCAL. El ST puede ser empleado para realizar rápidamente sentencias complejas que manejen variables con un amplio rango de diferentes tipos de datos, incluyendo valores analógicos y digitales. También se especifica tipos de datos para el manejo de horas, fechas y temporizaciones, algo importante en procesos industriales. El lenguaje posee soporte Introducción a Programadores Lógicos

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21 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS para bucles repetitivos como: REPEAR UNTIL, ejecuciones condicionales empleando sentencias IF-THEN-ELSE-FOR-NEXT y funciones como SQRT(raíz cuadra) y SIN(seno). DIAGRAMA DE CONTACTOS El diagrama de contactos (ladder diagram LD) es un lenguaje que utiliza un juego estandarizado de símbolos de programación. En el estándar IEC los símbolos han sido racionalizados (se ha reducido su número). DIAGRAMA DE FUNCIONES LÓGICAS El diagrama de funciones (function block diagram o FBD) es un lenguaje gráfico que permite programar elementos que aparecen como bloques para ser cableados entre si de forma análoga al esquema de un circuito. FBD es adecuado para muchas aplicaciones que involucren el flujo de información o datos entre componentes de control. ORGANIZACIÓN DE TAREAS El estándar también define una nueva arquitectura para la organización e interacción de tareas con PLC's. Una tarea controla la ejecución de un programa ejecutándolo periódicamente o en respuesta a un evento específico. Para optimizar los recursos del controlador, una aplicación puede ser fragmentada en un número de pequeños programas concretos. Cada programa está bajo el control de una tarea que se ejecuta a la velocidad que requiera la E/S asociada. BLOQUES DE FUNCIONES Los bloques de funciones (FB's) son bloques estándar que ejecutan algoritmos como reguladores PID. El estándar IEC asegura que los FB's son definidos empleando una metodología estándar. Hay controles empleando parámetros externos, mientras que los algoritmos internos permanecen ocultos empleando Programación Orientada a Objetos.

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22 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS ESTRUCTURA

DEL PROGRAMA EN EL PLC

ENTRADAS Y SALIDAS DESIGNACIONES SEGÚN FABRICANTES X para entra Mitsubishi e I para entrada Allen Bradley o Klockner. La letra Y para salida Mitsubishi , Q para Klockner y O para Allen. La línea Siemens identifica a las entradas como E E32.0 , E32.1 etc y las salidas como A siendo posible A 32.0, A 32.1 etc. •

•

Salvo excepciones y ampliaciones, los autómatas presentan 8 entradas normales (X, I, E ) de 1bit algunos con con entradas especiales de 1bit: . Estas últimas tienen la peculiaridad de funcionar como entradas digitales o como entrada de alarma y entrada rápida. La denominación depende de la marca del PLC por lo tanto se debe verificar en manual del fabricante Hay 6 salidas típicamente empleando las letras (Y, Q, O, A ), de 1bit cada una

MARCAS DE MEMORIA (MERKER) También son denominadas como variables de memoria. Son de propósito general, es decir, podremos emplearlas en lo que deseemos. Se distinguen dos tipos de marcas de memoria: •

• •

Remanentes: Estas marcas permanecerán en memoria aunque apaguemos el autómata. Hay diferentes denominaciones de memoria, según el fabricante, por lo tanto se debe verificar en el respectivo manual, en algunos casos son configurables por el usuario No remanentes: Estas marcas en memoria se borrarán en cuanto apaguemos el autómata. Designación de memorias Usualmente a las memorias se les designa con la letra M .Se organizan en forma básica como bit M0, M1 ...... M15 etc en Melsec , Siemens y Klockner Moeller otra designación es como B es decir B0,B1...en Allen Bradley y Telemecanique Etc

Hay que destacar que las marcas se ponen a cero cada vez que reseteamos el PLC Esta característica nos puede ser de mucha utilidad en algunos casos.

Registros y acumuladores Todas las operaciones que hagamos con las entradas y las salidas se deben efectuar en algún sitio. Para ello, se definen: •

Registro de estado Su tamaño es de 1 bit. Aquí es donde efectuaremos las instrucciones combinacionales, la carga de entradas y la asignación de salidas a nivel de bit.

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23 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS •

Acumuladores (D, R, AKKU1 y AKKU2): Sus tamaños son de 16 y 32 bits cada uno. Cada vez que carguemos un dato en los acumuladores se seguirá la siguiente secuencia:

Contenido de D2===> Se pierde el contenido Contenido de D1 ===> D2 DATO ===> D1 A su vez, cuando realicemos una operación entre registros(como suma o resta) el resultado se introducirá en el D1, perdiéndose el valor antes allí contenido.

TEMPORIZADORES Y CONTADORES Varían en función de marcas y modelos, pero los más usados suelen incorporar 32 temporizadores: T0 ... T31 y 32 contadores: C0...C31 para Melsec y Allen Bradley En Siemens se designan como T y Z Existen contadores, que no se borran al desconectar el autómata (son remanentes), dichos contadores también deben verificarse en los respectivos manuales. Para consultar el estado de cada uno de ellos podremos usarlos como si fueran entradas (mediante operaciones combinacionales) o introduciendo su valor en los registros Constantes A la hora de cargar datos en acumuladores, temporizadores, registros, etc. Se tendrá varias posibilidades en la forma de introducir el dato: • • • •

KB: 8 bits (0 a 255 en decimal). KW 16 bit Como numero decimal Como numero Hexadecimal

La modalidad de trabajar con constantes también depende del fabricante, existen diversas practicas para ello. En general caso todos admiten trabajar con valores de 8 bit (0-255) , 16 bit (0-64535 ) y 32 bit

Estructura del programa Vamos a tener dos opciones para escribir el programa:

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24 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS •

•

Lineal: Se emplea un único módulo de programa ( Principal). Este módulo se procesa cíclicamente, es decir, tras la última instrucción se volverá a ejecutar la primera. Si la tarea a controlar es simple esta es la mejor forma. Estructurada: Para el caso de tareas complejas es más conveniente dividir el programa en módulos ( Sub programas). Mediante esta forma logramos un programa más claro y adquirimos la posibilidad de poder llamar a un módulo desde distintas partes del programa (lo que evita repetir código).

• • • • • • •

OB1 SPA PB10 SPB PB5 SPA PB22

NIVEL 1 •

• •

• •

PB10

FB11

PB5

FB11

PB22

DB63

NIVEL 2

NIVEL 3

FB2

NIVEL 4

En la programación estructurada se comienza y termina en el módulo principal llamados OB1 en Siemens, desde el cual saltaremos y retornaremos a los módulos, que nos interesen. Por supuesto se podrá saltar desde un módulo a otro (anidado), siempre que no superemos determinada cantidad de niveles de salto que permite como máximo un autómata. Otras limitaciones son: El salto de un módulo a otro debe ser siempre hacia adelante (ej. Se podrá saltar de PB1 a PB2 Siemens), pero no a la inversa). No se pueden dar dos saltos a un mismo módulo desde el módulo actual. (ej. No se podrá saltar dos veces a PB3 desde Pb2, pero si puede saltarse a PB3 desde distintos módulos). Tanto en la programación lineal como en la estructurada los módulos acabarán mediante la instrucción BE en Siemens o usualmente con END . La memoria de un autómata generalmente está limitada a 2K bytes como mínimo. Cada instrucción ocupa generalmente 2 bytes, por lo que se dispone 1000 líneas de programa aproximadamente.

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25 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS TIPOS DE MÓDULOS

Generalmente, existen cuatro tipos de módulos en cualquier autómata programable Siemens:. •

Módulos : Fuente de Poder Este modulo incluye fuente de alimentación para todo el programador y sus módulos

•

Módulos de programa (CPU ): Son los que incluyen el programa de usuario dividido, normalmente, según aspectos funcionales o tecnológicos. Módulos de entradas: Son módulos de características especiales según tipo de entrada digital, análoga, lector de código barras etc. Módulos de salidas : al igual que el anterior tienen características especiales según tipo de salida

• •

Las características de estos módulos son diferentes por su función en disposición de ubicación física y de hardware propio. La línea Siemens denomina como módulos •

Módulos de organización (OB): Son los que gestionan el programa de usuario. Numerados OB1, OB3, OB21 y OB22. Destacar el OB1, que es el módulo del programa principal, el OB3, que es el que contiene el programa controlado por alarma, y el OB13, que es el módulo para programas controlados por tiempo. El OB22 es empleado por el sistema operativo.

•

Módulos de programa (PB): Son los que incluyen el programa de usuario dividido, normalmente, según aspectos funcionales o tecnológicos. PB0 ... PB63

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26 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS •

•

Módulos funcionales (FB): Son módulos de programa especiales. Aquí se introducen las partes de programa que aparecen con frecuencia o poseen gran complejidad. Poseen un juego de instrucciones ampliado. FB0 ... FB63 Módulos de datos (DB): En ellos se almacenan datos para la ejecución del programa, como valores reales, textos, etc. Adoptan los valores: DB0 ... DB63 Los módulos DB1 y DB2 se emplean para definir las condiciones internas del autómata, por lo que no deben emplearse.

•

256 palabras de datos. Para emplear un módulo de datos es necesario activarlo previamente (como se verá más adelante).

La mayor ventaja que aportan es la facilidad para variar el proceso que controlan, ya que basta con cambiar el programa introducido en el autómata (en la mayoría de los casos). Otra ventaja es que el autómata también nos permite saber el estado del proceso, incluyendo la adquisición de datos para un posterior estudio.

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27 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS TEMA 4: SISTEMAS LÓGICOS. ÁLGEBRA DE BOOLE FUNCIONES GENERALES Estas funciones como el AND OR OREX INVERSORES y sus combinaciones se han visto en la lógica digital y en álgebra de Boole, se entenderá, que el alumno tiene conocimientos en sus aspectos funcionales básicos Las operaciones combinacionales más comunes se realizan con los bloques de funciones básicas, conexión serie, paralelo, negación, etc. Todas las funciones AND, OR, XOR, NAND y NOR tienen tres entradas y una salida. Si deseamos realizar operaciones con más de tres entradas, se conectan varios bloques en cascada: Ejemplo según Normas DIN Y NEMA

La función inversora, NOT, tiene una entrada Y la función OR exclusiva (XOR) posee dos entradas y una salida.

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y

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una

salida.

28 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS FUNCIONES ESPECIALES DIN (SIEMENS) Temporizador con retardo a la conexión Activa la salida Q una vez que ha transcurrido el tiempo programado. Temporizador con retardo a la desconexión Desactiva la salida una vez transcurrido el tiempo programado. El temporizador se pone en marcha en flanco descendente Relé de impulsos Tiene el mismo funcionamiento que un telerruptor. La salida cambia de estado, de 0 a 1, cada vez que cambia la señal en la entrada Trg. Reloj Permite controlar los instantes de activación y desactivación de la salida en un día de la semana y a una hora determinada.

.

Relé de automantenimiento Función biestable R-S. Permite realizar la función paro-marcha típica de los automatismos a contactores. La situación no permitida R=1 S=1 se soluciona dando preferencia a R. Generador de pulsos Genera pulsos de reloj a intervalos iguales. Funcionamiento similar a un intermitente. Temporizador a la conexión con memoria De funcionamiento similar al temporizador a la conexión, pero con la característica que no es necesario mantener la señal en Trg. Contador progresivo/regresivo Permite contar y descontar los pulso aplicados a su entrada CNT. Contador de horas de servicio Permite medir el tiempo que está activada la entrada En. Esta función solamente se puede utilizar como bloque inicial. Relé de supresión Activa la salida hasta que haya transcurrido el tiempo de T. Si éste no ha terminado y Trg se pone a 0 la salida también lo hace. Esta función solamente se puede utilizar como bloque inicial. Conmutador de valor de umbral para frecuencias Permite contar los impulsos aplicados a su entra y dependiendo de éstos conmutar la salida. En el Logo! L con entras a 24v, la entrada I12 esta preparada para procesos de cómputo rápidos: máx. 150 Hz Esta función solamente se puede utilizar como bloque inicial.

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29 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS TEMPORIZADOR CON RETARDO A LA CONEXIÓN( ALLEN BRADLEY) Activa la salida DN (Done) una vez que ha transcurrido el tiempo programado. 100 seg

CONTADOR ASCENDENTE Activa la salida DN una vez que se alcanza la cuenta 20000

TEMPORIZADOR CON RETARDO A LA CONEXIÓN( MITSUBISHI)

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30 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS TEMA 5: LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN SEGÚN FABRICANTES LENGUAJE DE PROGRAMACION LADDER Y NEMÓNICO Los lenguajes de programación básicos más convencionales son el Ladder, y el Nemónico cuyas instrucciones son equivalentes a los símbolos para contactos usados en los relés (lógica cableada) para el primero y similar a las definiciones del álgebra de Boole (lógica digital). En un diagrama, se hace a representación típica de una línea, que implemente una función de control, para una salida en lenguajes Ladder y Nemónico como se aprecia en la figura

Nota: programa nemónico y ladder en marca Mitsubishi Los símbolos representados son muy parecidos al NEMA eléctrico, aún más son tan simples que emplean el símbolo de auxiliar abierto o cerrado para todo lo que se designe como “entrada” y para todo lo que es “salida” se emplea un circulo incompleto como se indica en la figura 5. A pesar de su gran semejanza y su simpleza hay diferencias. 1.-

Las salidas pueden ser del tipo interno y externo. Es decir salida del real (contactor, válvulas, etc.) o del tipo virtual (sólo en memoria).

tipo

2.-

El programa examina los contactos N.A. y los N.C. buscando encontrar 1 o un 0 lógicos.

un

3.-

La salida en una línea de control tradicional se activa si cualquier paso o camino tiene todos sus contactos cerrados.

4.-

La salida de un control programado se activa si cumple la lógica de la ecuación que ella representa.

booleana

5.-

Una salida interna se usa únicamente dentro del programa, pues no existencia real.

tiene

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31 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS 6.-

Los contactos de entrada pueden ser señales desde: entradas (reales), contactos de salida (virtuales o memorias), salidas conectadas (reales) etc.

7.-

A cada símbolo del programa le corresponde una dirección específica.

8.-

Cada entrada y cada salida (interna o externa) puede usarse en el cuantas veces se desee.

programa

Cuando surgieron los autómatas programables, lo hicieron con la necesidad de sustituir a los enormes cuadros de maniobra construidos con contactores y relés. Por lo tanto, la comunicación hombre-maquina debería ser similar a la utilizada hasta ese momento CONTROL CON LÓGICA CABLEADA El diagrama adjunto representa un circuito que responde a la llamada lógica cableada que se basa en la simbología NEMA y empleada por la tecnología basada en relés y contactores

. El lenguaje usado, debería ser interpretado, con facilidad, por los mismos técnicos electricistas que anteriormente estaban en contacto con la instalación. Estos lenguajes han evolucionado, en los últimos tiempos, de tal forma que algunos de ellos ya no tienen nada que ver con el típico plano eléctrico a relés. Introducción a Programadores Lógicos

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32 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS Los lenguajes más significativos son: LENGUAJE A CONTACTOS: LD Es el que más similitudes tienen con el utilizado por un electricista al elaborar sistemas de automatismos. Muchos autómatas incluyen módulos especiales de software para poder programar gráficamente de esta forma. PROGRAMA BÁSICOS MELSEC (MITSUBISHI)

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33 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS PROGRAMA EN ALLEN BRADLEY

LENGUAJE LADDER SIEMENS

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34 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS LENGUAJE POR LISTA DE INSTRUCCIONES O NEMÓNICO: IL En los autómatas de gama baja, es el único modo de programación. Consiste en elaborar una lista de instrucciones o nemónicos que se asocian a los símbolos y su combinación en un circuito eléctrico a contactos. También decir, que este tipo de lenguaje es, en algunos los casos, la forma más rápida de programación e incluso la más potente. LENGUAJE NEMÓNICO MELSEC

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35 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS LENGUAJE NEMÓNICO SIEMENS

GRAFCET Es el llamado Gráfico de Orden Etapa Transición. Ha sido especialmente diseñado para resolver problemas de automatismos secuenciales. Las acciones están asociadas a las etapas y las condiciones a cumplir en las transiciones. Este lenguaje resulta enormemente sencillo de interpretar por operarios sin conocimientos de automatismos eléctricos. Muchos de los autómatas que existen en el mercado permiten la programación en GRAFCET, tanto en modo gráfico o como por lista de instrucciones.

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36 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS LENGUAJE

STL MELSEC MITSUBISHI (GRAFCET)

También podemos utilizarlo para resolver problemas de automatización de forma teórica y posteriormente convertirlo a diagrama de contactos.

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37 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS PLANO DE FUNCIONES: FBD El plano de funciones lógicas, resulta especialmente cómodo de utilizar, a técnicos habituados a trabajar con circuitos de puertas lógicas, ya que la simbología usada en ambos es equivalente.

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38 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS CONTROL DE LOS MOVIMIENTOS DE SUBIDA Y BAJADA DE UN ASCENSOR Descripción: Cada planta tiene un pulsador de llamada, que cuando es accionado, la cabina se posiciona en dicha planta Los pulsadores del interior de la cabina, son los mismos que los que se encuentran en el exterior, por lo tanto no necesitan programación, ya que se conectarán en paralelo de forma cableada. MOTOR

I6

Q1 I5 Q2

I4

Leyenda: I1: Pulsador de llamada de Nivel 3 la 1ª planta. L3 Llamada I2: Pulsador de llamada de la 2ª planta. I3: Pulsador de llamada de la 3ª planta. I4: Final de carrera de la 1ª planta. I5: Final de carrera de la 2ª planta. Nivel 2 I6: Final de carrera de la l2 Llamada 3ª planta. Q1: Salida control para contactor de subida. Q2: Salida control paral contactor de bajada

Nivel 1 l1 llamada

.

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39 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS MOVIMIENTOS: Cada uno de los movimientos está controlado por un biestable. En la entrada Set se establece la condicion de funcionamiento y en el Reset la parada. Por ejemplo: para que el ascensor suba desde la primera planta a la tercera,

X1, será necesario que el final de carrera I4 esté accionado y se pulse I3 (S = I4*I3). Cuando la cabina llega arriba, el pulsador I6 es accionado deteniendo el

movimiento

movimiento.

Todos lo movimientos de subida (X1, X2 y X3) activarán Q1 y todos lo movimientos de bajada (X3, X4 y X5) activarán Q2. En las ecuaciones de las salidas, se realizará el producto negado de la variable de salida contraria, para evitar cortocircuitos en el circuito de fuerza. Hay que tener en cuenta, que se accionará un motor trifásico a 220v o bien a 380v. ECUACIONES LOGICAS

. X1

X3

X6

MOVIMIENTOS X1: S = I4*I3 R = I6 X2: S= I4*I2 R = I5

X2

X4

X5

X4: S = I6*I1 R = I4 X5: S = I5*I1 R = I4

X3: X6: S= I5*I3 S = I6*I2 R = I6 R = I5 RESULTADOS DE LAS SALIDAS

Q1 = ( X 1 + X 2 + X 3)Q 2 Q 2 = ( X 4 + X 5 + X 6)Q 1 .Circuito lógico: .

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40 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS

. TALADRO SEMIAUTOMÁTICO Descripción: Al accionar el pulsador S1 se activa la salida Q1 bajando el taladro. Un vez que la pieza es perforada, la salida Q2 se activa subiendo el taladro hasta la posición de reposo. El motor M2, que permite el giro del porta brocas, estará activo cuando el motor suba o baje en condiciones normales de funcionamiento. El pulsador de emergencia S2 tiene como función, detener la bajada del taladro, poner en marcha el contactor de subida para situar la máquina en posición de reposo, y detener el motor de giro M2. Se tendrá en cuenta que el inversor que controla los movimientos de subida y bajada, acciona un motor trifásico de 220v o 380v, por lo tanto es absolutamente necesario prever que las dos salidas que controlan estos movimientos, nunca puedan activarse a la vez. Si esto no se hace así, puede producirse un cortocircuito peligroso en el circuito de fuerza que controla el motor, que no esta representado.

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41 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS Ecuaciones lógicas: Movimientos Bajada de taladro: Q1 S = I1*I3*Q2 R = I2 + I4 Subida de taladro: Q2 S = ( I2 +I4 ) Q1 R = I1 Giro de la broca: Q3 S = I1*I3 R = (Q2*I1) + I4

.: . Circuito lógico volver

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42 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS TEMA 6: ELEMENTOS DEL GRAFCET

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43 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS ETAPAS INICIALES

Etapa retorno

• • • •

inicial

sin Etapa retorno

inicial

con

Etapa inicial con retorno y con activación forzada

Una etapa inicial se representa con un doble cuadrado. Las etapas iniciales de un sistema se activan al iniciar el GRAFCET. Una vez se han iniciado, las etapas iniciales tienen el mismo tratamiento que las otras etapas. Un sistema debe tener como a mínimo una etapa inicial.

Etapa normal

Etapa normal activa

ETAPAS NORMALES o o o

o

o

Las etapas representan los estados estables del sistema. Las etapas del GRAFCET se representen mediante un cuadrado numerado. Las etapas deben estar numeradas; aún que no necesariamente de forma correlativa. No puede haber dos etapas con el mismo número. Las etapas poden estar activas o inactivas. Al representar el estado del GRAFCET en un momento dado, se puede indicar que una etapa está activa, con un punto de color (etapa 4). En las etapas, puede o no haber acciones asociadas.

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44 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS ACCIONES ASOCIADAS

Etapa con una acción Etapa sin Etapa con dos acciones asociadas asociada acción Hacer girar el motor a la derecha y hacer Hacer girar el motor a asociada funcionar el ventilador la derecha •

• •

•

Una etapa sin ninguna acción asociada (etapa 2) puede servir para detener una acción mono estable que se realizaba en la etapa anterior, o como etapa de espera. Una acción asociada (etapa 3). Nos indica que al estar activa la etapa, el motor girara a la derecha. En una etapa puede haber múltiples acciones asociadas (etapa 4). Al estar la etapa 4 activa, el motor girara a la derecha, y al mismo tiempo el ventilador estará funcionando. Si en un sistema en un momento concreto solo hay una sola etapa activa, entonces, solo estarán funcionando las elementos activados por las acciones asociadas en esa etapa. (a no ser que en otra etapa se haya activado de forma bi estable otra acción)

ACCIONES ASOCIADAS CONDICIONADAS La acción a realizar en una o más de les acciones asociadas a una etapa, puede estar condicionada a una función booleana adicional. En esté caso el motor girara a la derecha mientras esté activa la etapa 3 y además la puerta no haya llegado ya a la derecha. •

En el rectángulo donde se representa la acción asociada, hay una entrada para las condiciones.

•

La norma IEC-848 propone las representaciones siguientes para las acciones asociadas condicionadas.

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45 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS

C Acción condicionada D L

Acción retardada Acción tiempo

limitada

en

el

P Impulso S Acción memorizada Acción condicionada Supongamos un sistema en que tenemos un cuadro electrónico, para la regulación de unas maquinas. Si estando activa la etapa de espera 2, y el termostato indica un sobre calentamiento, el ventilador se pondrá en marcha. Esta condición, la podemos representar dentro del recuadro de la acción, o bien fuera. Acción retardada El motor A es pondrá en marcha 5 segundos después de activar se la etapa 10; si la transición r se activa antes de ese tiempo el motor no llegara a ponerse en marcha. Acción limitada La bomba se pondrá en funcionamiento 10'' después de haberse activado la etapa 11, pasado este tiempo aún que no se active la transición s, la bomba dejará de funcionar. Acción de impulso Al activarse la etapa 12, se activará la electro válvula K con un impulso de señal.

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46 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS

Cuando se active la etapa 13, el motor A se pondrá en marcha de forma biestable (set), y al salir de la etapa, continuará funcionando hasta que se haga un reset a la acción. Al activarse la etapa 14, el motor A se detendrá, ya que en esa etapa, la acción hace un reset al funcionamiento del motor.

TRANSICIONES Las transiciones representan las condiciones que el sistema debe superar para poder pasar de una etapa a la siguiente. Al pasar una transición, el sistema deja de estar en una etapa y inmediatamente va a la siguiente. Validar la transición implica un cambio en las etapas activas del GRAFCET.

•

• •

Las transiciones se representan con un pequeño segmento horizontal que corta la línea de enlace entre dos etapas. Son etapas de entrada a una transición, todas las etapas que conducen a una transición. Son etapas de salida a una transición, las etapas que salen de una transición.

RECEPTIVIDADES ASOCIADAS A LAS TRANSICIONES La condición o condiciones que se deben superar para poder pasar una transición, reciben el nombre de receptividades. En una transición podemos tener: • • •

Una condición simple [Pm] Una función booleana [(Pm+Pk]*Pp] El señal de un temporizador o contador [T03] En este caso, es habitual que el temporizador se haya activado a contar de la acción asociada de la etapa de entrada.

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47 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS •

La activación de otra etapa del GRAFCET [ X12 ] Donde X nos indica que la receptividad esta condicionada al hecho que la etapa (en este caso la 12) esté activa.

Líneas de enlace

Líneas de enlace son líneas verticales o horizontales, que unen con una dirección significativa (a no ser que se indique lo contrario de arriba a abajo), las distintas etapas con las transiciones, y las transiciones con las etapas.

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48 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS DISEÑO Y ESTRUCTURAS o o ! ! ! ! ! ! !

Desarrollo del sistema Estructuras básicas Secuencia única Bifurcación en O. Selección de secuencia Bifurcación en Y. Trabajos en paralelo Saltos de etapas Bucles Subrutinas Macro etapas Diagramas paralelos

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49 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS DESARROLLO DEL SISTEMA El diagrama se dibuja con una sucesión alternada de etapas y transiciones. No puede haber dos etapas seguidas, ni tampoco dos transiciones seguidas

Entre las etapas 200 y 201 o entre las etapas 200 y 202 hay dos condiciones para la transición (000 y 001 o 000 y 002). En este caso esto se puede resolver haciendo que la receptividad de la transición se cumpla si es valida la función AND(000 * 001) o la (000 * 002) es decir 000 AND 001 además de 000 AND 002

Al superar la condición 003 de la transición, el motor debe girar a la derecha y también se debe accionar el ventilador. Para realizar esto se han de poner todas les acciones asociadas en la misma etapa. No puede haber dos etapas seguidas, ni tampoco dos transiciones seguidas. Volver Introducción a Programadores Lógicos

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50 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS EVOLUCIÓN DEL SISTEMA Para que el sistema pueda evolucionar es necesario: •

Validar la transición. Todas las etapas de entrada a la transición deben estar activas.

•

Que sea cierta la receptividad asociada. Deben ser ciertas las condiciones de la transición.

La primera transición se podrá validar, si la etapa 123 esta activa, y además se cumple la condición 000. En este momento deja de estar activa la etapa 123, y toma el relevo la 124. El GRAFCET evolucionara a la etapa 125, si estando activa la etapa 124 se cumple la condición 002 y también la 005 Las etapas 200 y 210 son etapas de entrada a la transición. Para validar la transición, deben estar activas las dos etapas. Para poder entrar a la etapa 220, la transición tiene que estar validada y se debe de cumplir la receptividad asociada (003) a la transición.

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51 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS SECUENCIA ÚNICA

Un GRAFCET será de secuencia única, cuando en el diagrama solo hay una sola rama; el conjunto de etapas se irán activando una tras la otra, después de validarse las recepciones asociadas a las transiciones.

BIFURCACIÓN EN O. SELECCIÓN DE SECUENCIA. Habrá una selección de secuencias, cuando al llegar a un punto encontremos una bifurcación en O, En el será necesario escoger cual, de les distintas sucesiones de etapas y transiciones se debe seguir. No es necesario que los diferentes caminos tengan el mismo número de etapas; pero sí conviene que las receptividades asociadas a las transiciones, sean excluyentes entre si. Giro a derecha o a izquierda de un motor. Para seleccionar el sentido de giro de un motor, utilizaremos la bifurcación en O. Un motor puede girar: A la derecha O a la izquierda

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52 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS BIFURCACIÓN EN Y. TRABAJOS EN PARALELO

En automatismo, habrá una bifurcación en Y o "Trabajos paralelos", cuando a partir de un punto, debe evolucionar de forma simultánea por todas les ramas. Al final de estas, encontraremos unas etapas de espera. (108, 132, 155) El sistema continuara su evolución, cuando cada una de les ramas haya llegado a su etapa de espera. El nombre de etapas de las diferentes ramas puede ser distinto de una a la otra.

MOTORES CON TRABAJOS SIMULTÁNEOS

Dos motores MA i MB, desplazan unas piezas. Primero el motor MA va desde FcAe a FcAd, entonces es el MB quien lo hace desde FcBe hasta FcBd. Después los dos vuelven a las posiciones iniciales FcAe y FcBe. El ciclo se re inicia cuando los dos están de nuevo en las posiciones iniciales.

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53 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS Saltos de etapas En un punto, puede haber una bifurcación que provoque un salto sobre un conjunto de etapas. Que se siga o no la secuencia completa o bien el salto, esta determinado por el estado de la condición a la transición (H). Hemos de tener presente que les condiciones de entrada o no, deben ser excluyen tes. (H y H') También puede realizarse el salto en sentido ascendente (en este caso lo indicaremos en las líneas de enlace) como pasa en los "bucles" En un tren de lavado de coches, si no esta activa la selección RBajos (Lavado a presión de los bajos y las ruedas del coche), al llegar a la etapa 5 el automatismo debe hacer un salto hasta la etapa 7. Por el contrario si esta activa esta selección, entrara a la etapa 6 y la Bomba de presión, y las pistolas dirigibles y el temporizador T04 actuaran. BUCLES Introducción a Programadores Lógicos

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54 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS

Habrá un "bucle" o estructura repetitiva (mientras), cuando una, o un conjunto de etapas se repitan, varias veces, (controladas por un temporizador, un contador, o hasta que es cumpla una condición determinada). El ciclo de lavado de una lavadora repite varias veces esta estructura (giro a la derecha, espera, giro a izquierda, espera)

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SUBRUTINAS Introducción a Programadores Lógicos

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55 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS Una subrutina es una parte de un programa que realiza una tarea concreta, a la que se puede invocar una o varias veces por parte del programa principal. Un vez realizadas las acciones de la subrutina el programa continua en el punto donde estaba. Los trabajos a desarrollar en un automatismo se pueden dividir entre diferentes diagramas. Puede haber un diagrama principal (0-5) y otros de secundarios (10-14) que hacen determinadas funciones que una vez realizadas devuelven el control al diagrama principal.

Al llegar a la etapa 2 o 4 del primer diagrama se valida la transición X2+X4 y empieza la subrutina. Al llegar a la etapa 14 se valida la transición X14 y continua la evolución del diagrama principal a las etapas 3 o 5 respectivamente.

MACRO-ETAPAS Introducción a Programadores Lógicos

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56 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS Al hacer la descripción del automatismo, el Grafcet permite empezar desde un punto de vista muy general y a partir de él hacer descripciones cada vez más concretas del proceso de control. El diseño se realiza de forma descendente, en grandes bloques que es van resolviendo de forma modular. Una Macro-etapa es la representación mediante una única etapa, de un conjunto de etapas, transiciones y acciones asociadas, a las que llamamos expansión de la macroetapa. La expansión de la macro-etapa, es en realidad una parte del diagrama del Grafcet, con sus etapas, transiciones y normas de evolución, pero que en un diseño descendiente hemos englobado en una macro-etapa. Podríamos decir que al hacer la expansión de la macro etapa, en realidad lo que hacemos es una especie de zoom, que nos enseña en detalle, etapas, transiciones y acciones concretas, a las que antes nos hemos referido de forma general. El diagrama principal evoluciona a partir de la etapa 0 a la transición a, una vez esta activa la etapa 1, la transición b estará receptiva, y al validarse, entraremos a la macro etapa M2, la etapa E2 estará activa, y según el estado de la transición d, evolucionara hacia la etapa 10 o la 12, y al llegar a la etapa S2 volverá al diagrama principal. La etapa E2 es la etapa de entrada a la macro 2, la etapa S2, es la etapa de salida de la macro 2. Volver

DIAGRAMAS PARALELOS

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57 INTRODUCCIÓN A PROGRAMADORES LÓGICOS Para resolver un automatismo, se pueden describir diferentes diagramas paralelos, que evolucionaran cada uno de ellos por separado y a su ritmo. Estos, pueden tener en varios puntos relación entre sí.

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