Estacion Procesamiento

Estación de procesamiento Curso "IMS 5: Estación de procesamiento"

Curso No.: SO2800-5E versión 2.0 Autores: Prof. Dr. N. Becker, Ingeniero titulado (FH) M. Eggeling Lucas-Nülle GmbH · Siemensstrasse 2 · D-50170 Kerpen (Sindorf) · Tel.: +49 2273 567-0 www.lucas-nuelle.com www.unitrain-i.com Copyright © 2013 LUCAS-NÜLLE GmbH. All rights reserved.

Índice Breve descripción Datos técnicos Asignación de interfaces La estructura Fundamentos para la ejecución de los experimentos Descripciones de experimentos Prueba sencilla de funcionamiento Notas fundamentales acerca del control de secuencia Control convencional de secuencia Notas fundamentales acerca de GRAPH Control de secuencia en GRAPH Copyright

1 3 5 9 13 17 19 21 31 41 47 49

Breve descripción Las metas de aprendizaje del presente curso, denominado “IMS 5: Estación de procesamiento”, radican en lograr la automatización de esta estructura por medio de un control lógico programable. Dado que el subsistema de procesamiento representa un proceso de fabricación que marcha por pasos, se necesita aquí, en primer lugar, la especificación e implementación de un control de secuencia relevante para este caso.

Nota: La descripción breve se basa en la utilización de un equipo básico de control lógico programable formado en este caso por el SIMATIC S7 CPU 313C-2DP y el cableado que se indicará a continuación. Si se emplea otro equipo, se deben modificar correspondientemente las direcciones de las entradas y salidas indicadas en las siguientes listas de asignaciones. Por otra parte, en lo sucesivo, se presupone que, en la configuración del hardware del control, el rango de direcciones de las 16 entradas y salidas binarias se ha ajustado con los números de byte 0 y 1. Los controles SIMATIC S7 se programan con el software SIMATIC Step 7.

Requisitos: Se presuponen los siguientes fundamentos: 

Conocimientos básicos de tecnología de controles (operaciones lógicas, flip flop, temporizadores, contadores, controles de secuencia, diagramas lógicos). Estos conocimientos básicos se pueden adquirir, por ejemplo, en los cursos Unitrain "PLC y tecnología de buses" y "Mecatrónica 1.2: Sistema de transporte con accionamiento de corriente continua".



Conocimientos básicos de programación con el SIMATIC Step 7.



Posesión de un software de programación SIMATIC Step 7 con licencia válida.



Conocimientos básicos de la norma internacional EN 61131-3, en la que, entre otros aspectos, se establecen los símbolos gráficos del lenguaje de programación FBD (diagrama de bloques funcionales).

Datos técnicos Equipamiento básico del PLC: Entradas y salidas

16 entradas digitales de 24 V de c.c. 16 salidas digitales de 24 V de c.c.

Tensión de alimentación

24 V de c.c.

Consumo de corriente

1A

Cable de conexión

SUB-D de 25 y 9 polos y un cable de conexión M12

Estación de procesamiento: Longitud

350 mm

Anchura

200 mm

Altura

280 mm

Aire comprimido

0,5 MPa no aceitado

Peso

aprox. 4200 g

Cinta doble de transporte: Longitud

600 mm

Anchura

160 mm

Altura

140 mm

Pista

120 mm

Peso

aprox. 6000 g

n° de pedido:

Equipamiento básico del PLC

SO3713-8D

Segmento de cinta doble transportadora de 24V

LM9606

Estación de procesamiento

LM9682

Cable de conexión SUB-D de 25 polos para la estación de procesamiento

LM9061

Asignación de interfaces Entradas del PLC:

Nombre simbólico

PIN Medio Dirección Denominación conector de Asignación del PLC SUB-D servicio

3/25

Sensor magnético de cilindro de -B3 parada en posición superior

activado -> señal 1

4/25

Sensor mecánico, contenido del almacén

-B6

activado -> señal 1

5/25

Sensor magnético, cilindro de presión en posición de reposo

-B4

activado -> señal 1

6/25

Sensor magnético, cilindro de presión en posición de avance

-B5

activado -> señal 1

I_IMS5_EMSTOP I1.2

Interruptor de parada de emergencia (contacto normalmente cerrado)

-S5

activado -> señal 0

I_IMS5_IL

I1.3

1/9

Sensor izquierdo de posición final -B8 2

activado -> señal 1

I_IMS5_IR

I1.4

2/9

Sensor derecho -B9

activado

I_IMS5_B3

I_IMS5_B6

I_IMS5_B4

I_IMS5_B5

I0.2

I0.3

I0.4

I0.5

de posición final 1

-> señal 1

Nombre simbólico

I_IMS5_INIT

I_IMS5_START

I_IMS5_ACK

PIN Dirección conector del PLC SUB-D

Denominación

Medio de Asignación servicio

I1.5

Pulsador de inicio de cadena de pasos (contacto -S2 normalmente abierto)

activado -> señal 1

I1.6

Pulsador de puesta en marcha (contacto -S1 normalmente abierto)

activado -> señal 1

I1.7

Pulsador de acuse de recibo (contacto normalmente abierto)

activado -> señal 1

-S3

Nota: Para evitar denominaciones duplicadas, en la tabla anterior se han definido las caracterizaciones de los medios de servicio de I_IMS5_IL por medio de -B8 y, las de I_IMS5_IR, por medio de -B9. Éstas se encuentran también más adelante en los diagramas de conexiones de bornes. En la unidad real de transporte es posible que se encuentren rotuladas otras designaciones para identificación de los dos sensores de posición final. I_IMS5_INIT se encuentra en la entrada del sensor de pulsos del sistema de transporte. Dado que aquí no se necesita el sensor de pulsos se debería retirar la conexión de dicho sensor.

Salidas del PLC:

Nombre simbólico

PIN Medio Dirección conector Denominación de Asignación del PLC SUB-D servicio

Q_IMS5_M1 Q0.0

14/25

Descenso de cilindro de parada

Q_IMS5_M2 Q0.2

16/25

Activación de cilindro de compresión

5/9

Salida de marcha -K1 a la derecha

Señal 1 de marcha a la derecha Señal 1 de marcha lenta a la izquierda o a la derecha

Q_IMS5_QR Q1.0

-M1

-M2

Q_IMS5_QS Q1.2

7/9

Salida de marcha -K3 lenta

0V

8/9

Alimentación de tensión

+24 V

9/9

Alimentación de tensión

0V

23/25

Alimentación de tensión

+24V

25/25

Alimentación de tensión

Nota: Por ejemplo, la denominación 1/25 de la columna "PIN conector SUB-D" significa "Pin 1 en conector SUB-D de 25 polos". Las direcciones aquí indicadas rigen en caso de empleo del equipo básico PLC con la configuración representada en el esquema de distribución (apartado D) de las presentes instrucciones. Si se utiliza otro PLC u otra configuración de las tarjetas (en muchos controles, las direcciones de las entradas y salidas dependen de la posición de los terminales de conexión), las direcciones de las entradas y salidas variarán en la forma correspondiente.

En lo concerniente a la denominación de las direcciones, se presupone que la nemotecnia del administrador del SIMATIC se encuentra en inglés (Administrador SIMATIC: Extras -> Preferencias -> Idioma -> Nemotecnia: Inglés).

Si se realizan modificaciones ulteriores de las direcciones de las entradas y salidas o de los marcadores, no es necesario que las efectúe también posteriormente en su programa SIMATIC Step 7 si observa el siguiente procedimiento: - Pulse la carpeta de "Componentes" del Administrador SIMATIC. - A continuación, llame el menú Edición --> Propiedades del objeto --> Ficha "Operandos preferentes" --> y seleccione la opción por la que el símbolo se vuelve preferente en todos los accesos. - La modificación de la dirección sólo se debe realizar en la tabla de símbolos para proceder a continuación a su almacenamiento. y almacenarla. A continuación, Step 7 lleva a cabo automáticamente estas modificaciones en su programa. Esquema de conexión de bornes: Las imágenes siguientes muestran el diagrama de conexión de bornes válido para todos los experimentos.

La estructura A continuación se muestra una fotografía del subsistema de “Procesamiento”.

El subsistema consta de una unidad de transporte con una plataforma elevadora integrada, además de la estación de procesamiento. La tarea de esta estructura consiste en introducir un perno entre las partes superior e inferior previamente acopladas de una pieza de trabajo. El sistema de transporte ha llevado el material a la posición indicada. La imagen siguiente contiene la estructura básica del sistema de transporte.

El sistema consta de los componentes esenciales 

Motor de corriente continua para marcha hacia adelante y atrás de la cinta transportadora. Ambos sentidos se ponen en movimiento a través de dos relés, que se excluyen mutuamente por medio del hardware (salidas binarias QR, QS).



1 relé para la marcha lenta en ambas direcciones (salida binaria QS).



1 portador desmontable de piezas de trabajo (paleta). Para este ensayo, este portador debe transportar la parte inferior y la superior de la pieza en cuestión.



2 sensores de posición final (relés de láminas flexibles) para el portador de piezas de trabajo (entradas binarias IL, IR).



1 sensor de impulsos para medición de posición y/o de velocidad del portador de piezas de trabajo. Este sensor no es necesario en este experimento.



Enchufe SUB-D de 9 polos para la conexión del sistema de transporte al equipo básico por medio de un cable SUB-D.

Coloque siempre el portador de piezas de trabajo sobre la cinta transportadora de manera que el imán individual se encuentre del lado del conmutador de posición final (ver imagen siguiente).

La siguiente imagen muestra un bosquejo de la estación de procesamiento.

Esencialmente, la estación de procesamiento consta de los siguientes elementos: 

1 sensor magnético (-B3) para reconocimiento de la posición final superior del cilindro de parada,



1 sensor mecánico (-B6) para el control de llenado del almacén,



2 sensores magnéticos (-B4, -B5) para control de la posición final del émbolo de presión,



1 cilindro neumático de parada de doble acción (activado por medio de la válvula de 4 a 2 vías -M1),



1 cilindro neumático de doble acción para someter el perno a presión (activado por medio de la válvula de 4 a 2 vías –M2)



2 válvulas de 4 a 2 vías -M1 y -M2,

Establezca la conexión de la unidad básica del PLC con el modelo mecatrónico de acuerdo con la imagen siguiente. También se encuentran representadas las conexiones neumáticas.

Fundamentos para la ejecución de los experimentos La imagen siguiente muestra el procedimiento común, es decir, el desarrollo paso a paso del proyecto, que se debe adoptar para la implementación de un control.

En primer lugar, mediante conversaciones, se deja anotado por escrito la funcionalidad deseada para el control. La descripción verbal, de acuerdo con la experiencia, no es suficientemente inequívoca y resulta poco clara e incompleta para la implementación de todos los detalles necesarios. Por esta razón, la siguiente tarea esencial del técnico en automatización consiste en realizar una descripción gráfica de la funcionalidad básica recogida por escrito durante el primer paso del proceso, es decir, debe trazar el diagrama lógico.

El diagrama lógico de un control es una descripción gráfica de la funcionalidad del control, compuesta por elementos visuales fundamentales de la tecnología de control (por ejemplo, operaciones AND, OR, negación, temporizadores, biestables, contadores) definidos por normas (por ejemplo, DIN EN 61131-3). Por lo tanto, el diagrama lógico documenta el control de manera

gráfica.

Este diagrama también se denomina plan de funciones o plan lógico. Esta representación gráfica es generalmente común y, en relación con una descripción textual de las funciones del control, ofrece las ventajas siguientes: 

Su comprensión es mucho más sencilla (una imagen dice más que mil palabras).



Tiene una claridad mucho mayor.



Es inequívoca y exhaustiva.



Está compuesta por elementos básicos definidos por una norma.

Durante la creación del diagrama lógico, realizado a partir de lo que se estableció previamente por escrito, se generan frecuentemente preguntas que deben ser planteadas al comitente del encargo, puesto que sin su aclaración y consideración, probablemente, el control no funcionaría como es debido. Omitir este paso conllevaría a la necesidad de implementar modificaciones posteriores que se reflejarían en los costes. El diagrama lógico constituye la base del contrato entre el comitente y el encargado de su realización. El diagrama lógico también se denomina especificación del control. Con excepción de pequeñeces no importantes en este momento, como, por ejemplo, el direccionamiento de las entradas y salidas, etc., esta especificación contiene toda la información relevante para la elaboración posterior del control automático.

El diagrama lógico es independiente de la forma en que se lo implemente, esto significa que la funcionalidad del control, establecida en el diagrama, se puede realizar por medio de los lenguajes de programación IL, LD, FBD, ST y, dado el caso, SFC o también con módulos de control de programa cableado.

En el diagrama lógico, por razones de claridad, se omiten en los bloques funcionales las instancias (por ejemplo, biestables, temporizadores, contadores), dado que éstas no son necesarias para la representación de la lógica de control.

Si el lenguaje de programación seleccionado es de naturaleza gráfica (por ejemplo, lenguaje FBD) la implementación del diagrama se vuelve especialmente sencilla, es decir, resulta prácticamente idéntica al plan. En este curso, para la implementación de cada experimento individual, se procederá exactamente paso por paso, como se describió anteriormente: 

La formulación de la tarea se realiza verbalmente.



El estudiante debe convertir la formulación verbal de la tarea en un diagrama lógico.



Como posibilidad de control, existe la posibilidad de seleccionar uno de varios diagramas lógicos de entre los que el estudiante puede encontrar la solución correcta.



A continuación sigue la implementación técnica del programa en lenguaje FUP para Step7 y la prueba de funcionamiento.



Tras cada experimento pueden plantearse preguntas en un test, con la finalidad de que la respuesta conduzca a una profundización mayor de la materia.

Como se mencionó anteriormente, en este curso, se lleva a cabo la implementación en el lenguaje gráfico de programación de diagrama de bloques funcionales (FBD) Step 7. Los símbolos gráficos de control más empleados difieren en algo de la norma internacional. La siguiente tabla de traducción contiene las correspondencias necesarias.

Para todos los experimentos se presupone que se han establecido todas las conexiones expuestas en el apartado D entre el equipo básico y el sistema de transporte.

Descripciones de experimentos

Este curso contiene los siguientes experimentos: 

Prueba sencilla de funcionamiento de plantas por medio de la tabla de variables.



Especificación e implementación del control de secuencia completo (cadena de pasos). La implementación se lleva a cabo en el lenguaje de programación de diagrama de bloques funcionales S7 (denominado en lo sucesivo FBD).



Implementación del control de secuencia en el lenguaje de programación S7-GRAPH (denominado en lo sucesivo GRAPH).

Nota: Para los experimentos individuales, por favor, oriéntese por medio de la tabla de símbolos denominada “Symbols.pdf”, que encontrará en el CD adjunto. Esta tabla de símbolos, entre otros detalles, contiene la asignación de interfaces del apartado C. La observación de las distribuciones de nombres y direcciones enumerados en esta tabla es muy importante, en especial, para el posterior funcionamiento en conjunto con otros subsistemas IMS.

1

Prueba sencilla de funcionamiento

La meta de este experimento consiste en verificar las funciones elementales de la instalación por medio de la activación sencilla de las salidas binarias. Esto se lleva a cabo, sin necesidad de programar, por medio de una tabla de variables (VAT). Mientras se activan los actuadores individuales, adicionalmente, se puede verificar el correcto funcionamiento de los sensores ligados a ellos. Esta última acción se puede ejecutar, en parte, de manera meramente manual. Este ensayo le servirá de preparación para los experimentos de control de secuencia. La comprobación del funcionamiento de la instalación se lleva a cabo aquí de manera muy sencilla, sin programación. Para ello sirve la tabla de variables de Step7. Realización del experimento: a) Cargue un módulo de organización OB1 vacío en la CPU. b) Inserte una tabla de variables VAT1 en la carpeta "Módulos" de su proyecto Step7 e introduzca ahí los bytes de entrada y salida relevantes, esto es: IB0, IB1, QB0 y QB1, como se muestra en la imagen siguiente.

c) Active la tabla de variables en línea, como se representa bajo el punto 1 de la imagen anterior. Ahora es posible activar las salidas binarias por medio de la introducción de la entrada correspondiente en el valor de control y la subsiguiente activación del botón 2. A manera de ejemplo, proceda como se indica a continuación (paralelamente, controle también el funcionamiento correcto de los sensores): 

En primer lugar, retire el portador de piezas del sistema de transporte y active la marcha hacia la derecha (Q_IMS5_QR (Q1.0)) y la marcha lenta (Q_IMS5_QS (Q1.2)). Detenga el sistema de transporte.



Coloque en el extremo izquierdo el portador de piezas, cargado con la parte inferior y superior de una pieza ya montada. Haga descender el cilindro de parada (Q_IMS5_M1 (Q0.0)).



Active la marcha a la derecha (Q_IMS5_QR (Q1.0)) hasta que el portador de piezas llegue hasta el cilindro de parada.



Introduzca a presión un perno en la pieza de trabajo (Q_IMS5_M3 (Q0.2).

Nota: Debido a la automatización real de la instalación, el sensor B5 debe desactivar el cilindro de presión en el momento en el que el perno se aloja exactamente en la pieza de trabajo. A continuación, vuelva a desactivar el cilindro de presión. 

Desactive el cilindro de presión (Q_IMS5_M2 (Q0.2)).



Eleve el cilindro de parada (Q_IMS5_M1 (Q0.0)).



Desactive la marcha hacia la derecha (Q_IMS5_QR (Q1.0)).

Normalmente, ahora sucedería que la marcha a la derecha continuaría hasta que se active el sensor de posición final ubicado en ese extremo. Sin embargo, en este caso, podemos prescindir de ello.

Notas fundamentales acerca del control de secuencia

La meta de este apartado es la de resumir algunas observaciones básicas para la representación e implementación de controles de secuencia (mandos paso a paso). Al respecto se habla muy detalladamente, por ejemplo, en el curso UniTrain "Mecatrónica 1.2: Sistema de transporte con accionamiento de corriente continua". El presente apartado sólo resume una vez más los aspectos más importantes de este tema. Un control de secuencia (o de pasos) es un mando con un desarrollo forzado entre una etapa y la siguiente, y en donde la transición entre un paso y el que se encuentra a continuación, según lo indique el programa, depende del cumplimiento de ciertas condiciones de transición. En la práctica industrial se encuentran controles de secuencia muy frecuentemente, dado que muchas plantas de fabricación y de procesos poseen por sí mismas un desarrollo secuencial. También la instalación aquí presente trabaja en función de una secuencia. Los procesos secuenciales se pueden describir clara y sencillamente por medio de la representación de cada paso de la cadena. Una vez que se ha establecido el diagrama lógico del control de secuencia (es decir, se lo ha especificado) su conversión al programa técnico en el control lógico es posible de manera muy sistemática. El diagrama lógico de un control de secuencia se puede representar en conformidad con las normas EN 61131-3 ó EN 60848 (GRAFCET(GRAphe Fonctionel de Commande Etape Transition)) Si uno se limita a circunstancias sencillas, al final, las diferencias en el resultado serán escasas (véase también el curso UniTrain "Mecatrónica 1.2: Sistema de transporte con accionamiento de corriente continua"). Aquí se opta por la representación en conformidad con EN

60848. El final de este apartado contiene un resumen de estas diferencias escasas. El diagrama lógico de un control de secuencia consta de los siguientes elementos (la imagen siguiente contiene un ejemplo general):



Pasosrepresentados por medio de recuadros y unidos por líneas. El paso que se debe poner en el nivel lógico 1 al conectarse el control está identificado por un recuadro doble. El ejemplo contiene tres pasos, identificados con los números 1, 2 y 3.



Condiciones de transición, indicadas como líneas cortadas por una pequeña línea transversal. Junto a la línea de corte se encuentra la expresión lógica de la condición de transición respectiva (en el ejemplo: Trans12, Trans 23, Trans34).



Instrucciones o comandos, representados de igual manera en recuadros y subordinados a un paso determinado. Esta subordinación también se representa por medio de una línea.

La salida del paso, denominada X y unida al nombre o número del paso, se conoce también como marcador o variable (tipo de datos BOOL) del paso (por ejemplo, X3). Normalmente, en el diagrama lógico no se representan los marcadores. En el ejemplo anterior se los ha tomado en cuenta con la finalidad de contribuir a la claridad. La secuencia básica de una cadena de pasos se puede explicar de la siguiente manera por medio del control ficticio aquí representado: 

Si el paso 1 está activo, es decir, su marcador es X1=1, y se ha cumplido con la condición de transición TRANS12, entonces se activa el paso 2 (esto es, X2=1) y el paso 1 vuelve a ponerse en cero (es decir, X1=0)



A continuación se activa el paso 3, si la condición de transición TRANS23 se ha cumplido.

Nota: Si, por ejemplo, la condición de transición TRANS23 tiene un tiempo de espera de 3 segundos, esto significa que, tras la activación del paso 2, una vez transcurridos los 3 segundos, se continúa con el paso 3, lo cual se expresa abreviadamente por medio de 3s/X2. En las plantas técnicas de fabricación se deben tomar frecuentemente en consideración tiempos de espera. Mientras una etapa se encuentre activa, partiendo de ella, se pueden ejecutar uno o más comandos. Un comando sirve para excitar a los actuadores (válvulas y motores) de la instalación. La manera en que esto ocurra dependerá de la respuesta de la instrucción. La manera en la que un comando actúa se denomina también tipo de instrucción. Y esto se describe por medio de los correspondientes signos gráficos adicionales. Aquí sólo se observan los tipos de respuesta de comandos que se presentan con mayor frecuencia: 

Instrucción continua durante la duración de la etapa (que aquí definiremos también como no memorizada). Instrucción mantenida o memorizada.

Una instrucción de activación no memorizada se representa por medio de un rectángulo sencillo. En el ejemplo anterior se trata de los comandos que activan Q2 y Q3. Este tipo de instrucción indica que la acción sólo se ejecuta mientras el comando se encuentre activo. A partir de la instrucción del paso 2, esto se puede representar de la siguiente manera:

Una instrucción no memorizada indica que el actuador controlado se activa solamente mientras el paso correspondiente se encuentre puesto en 1. Si el paso ya no continúa puesto en 1, ya no se excita el actuador. Las instrucciones de activación memorizada se representan por medio de una flecha dirigida hacia arriba. En el ejemplo anterior se trata de los comandos que activan Q1. Para Q1 esto significa que, cuando se inicia el paso 1, Q1 se pone en 1, durante el paso 2, de la misma manera, Q1 continúa siendo igual a 1 y sólo cuando se inicia el paso 3 se vuelve a poner a 0. El tipo de instrucciones memorizadas, en el caso de Q1, se puede describir detalladamente de la siguiente manera:

Una instrucción memorizada provoca una activación permanente del actuador a lo largo de algunos pasos, hasta que se indique lo contrario por medio de otra instrucción. Se recurre de manera razonable a este tipo de comando si un actuador debe permanecer activo a lo largo de varias etapas. Si se trabajara solamente con instrucciones no memorizadas, sería necesario introducir la instrucción de activación del actuador en cada paso. Nota: La flecha dirigida hacia arriba de la representación gráfica de una instrucción memorizada indica que ésta se lleva a cabo inmediatamente después de que se inicie el paso. Existe también la variante por medio de la que, al abandonar el paso respectivo, el comando se lleva a cabo como acción memorizada, lo cual se representa por medio de una flecha dirigida hacia abajo. En la práctica, este tipo de instrucción se presenta muy pocas veces, motivo por el que no se aborda aquí este comando en detalle. Con esto se ha aclarado la representación fundamental de un control de secuencia en el diagrama lógico y su comprensión. Se debe observar aquí que, en el diagrama lógico del control de secuencia, sólo se deben describir las señales importantes para el normal funcionamiento de la instalación. Los interbloqueos adicionales, como por ejemplo, desconexiones de emergencia o de seguridad, a cargo de interruptores de final de carrera, no aparecen en este diagrama en aras de la claridad en la representación. Estos elementos se pueden tomar en cuenta adicionalmente y sin problemas en las salidas de las instrucciones, lo cual se explicará más adelante.

En la siguiente implementación técnica del programa de un control de secuencia, la cadena de pasos se establece separadamente de las instrucciones. En primer lugar, se ignoran por completo las instrucciones y se observan únicamente los pasos. A continuación se establece cada paso con su condición de transición, como se muestra más abajo en el diagrama lógico del ejemplo en cuestión. En este caso se ha tomado en cuenta el pulsador de inicio INIT , que se debe activar antes de que se ponga en marcha el control para que el paso 1 opere y los demás pasos pasen al estado lógico 0.

Se puede reconocer que cada paso se implementa a través de un biestable, cuya entrada de activación se habilita por el marcador del paso precedente, a través de una puerta lógica AND. Si la condición de transición es verdadera, entonces se puede activar el paso actual y desactivar el anterior. El funcionamiento del pulsador INIT es evidente.

Ahora es necesario implementar las instrucciones o comandos. Esto se realiza en la denominada salida de instrucciones, conocida también como interbloqueo.

La salida de instrucciones se comunica con la secuencia de pasos a través de los marcadores.

Si un actuador se ve excitado por una instrucción no memorizada, entonces, en la salida del comando, la salida del actuador se debe vincular al paso que debe entrar en procesamiento por medio de una operación lógica OR del marcador del paso (variables del paso). De esta manera se asegura que el actuador sólo sea sujeto de excitación durante la activación de los pasos previstos. En el caso de que sólo se tenga una instrucción no memorizada, el marcador correspondiente es idéntico a la salida del actuador. La implementación de una instrucción de activación memorizada se lleva a cabo por medio de un biestable.

Con las reglas expuestas, para la salida de instrucciones de nuestro ejemplo, se obtiene lo siguiente:

En la salida de instrucciones se pueden tomar en cuenta, sin problemas, otras operaciones lógicas (interbloqueos), que normalmente no se representan en el diagrama lógico del control de secuencia (con la finalidad de preservar la claridad del diagrama). Ejemplos de esto son las señales de desconexión de emergencia, los bloqueos de seguridad establecidos por los interruptores de final de carrera, etc. La realización ejemplar del anterior control ficticio de secuencia con el SIMATIC Step7 se encuentra expuesta en los ficheros PDF denominados EXP_FC1, EXP_FC2 y EXP_OB1 del CD adjunto. La cadena de pasos contiene el módulo FC1 y la salida de instrucciones de FC2. FC1 y FC2 se subordinan a OB1.

Relación entre diagramas lógicos de un control de secuencia en conformidad con las normas EN 60848 y EN 61131-3 Limitándonos a los elementos básicos aquí observados del lenguaje de secuencia AS, según EN 60848, se enumeran aquí los elementos fundamentales correspondientes de la norma EN 61131-3.

Paso: Los símbolos de los pasos son idénticos en ambas normas. Condición de transición: Los símbolos son idénticos en ambas normas. Variables de paso (marcadores): Ejemplo de EN 60848: X4 Ejemplo de EN 61131-3: 4.X (marcador del paso 4) Retardo de tiempo como condición de transición: Ejemplo de EN 60848: 3s/X4 Ejemplo de EN 61131-3: 4T > 3s (la condición de transición se activa 3 segundos después de la activación del paso 4. La variable T es el tiempo necesario para la activación del paso 4). Instrucción de activación no almacenable:

Ejemplo de EN 60848: (idéntico a EN 61131-3, sin caracteres de determinación)

Ejemplo de EN 61131-3: (N significa "no memorizada"; estas letras se denominan también carácteres de determinación de la instrucción) :

Instrucción de activación memorizada: Ejemplo de EN 60848:

Ejemplo de EN 61131-3, puesta a 1 ("set") y puesta a 0 ("reset"). Se emplea la S para set y la R para reset:

Conteste las siguientes preguntas: ¿Los controles de secuencia se pueden implementar en cualquier lenguaje de programación que respete la norma DIN EN 61131-3? Sí

No

¿Se puede separar la implementación de la cadena de pasos del establecimiento de la salida de instrucciones? No

Sí

¿A través de qué elemento se implementa un paso? Flip flop

Temporizador

¿Qué es lo característico de un control de secuencia? Las operaciones lógicas elementales (AND, OR)

Procesos que se desarrollan paso a paso

Procesos estocásticos

¿Cómo se denomina también la salida de instrucciones? Nivel de dirección de producción

Nivel de dirección de procesamiento

Interbloqueo

2

Control convencional de secuencia

La meta de este apartado consiste en implementar y comprobar el funcionamiento de un control de secuencia para el subsistema mecatrónico de "Procesamiento". La implementación se realiza de manera convencional en el lenguaje de programación FBD. En el capítulo siguiente se observará la implementación en el lenguaje S7-GRAPH. Tarea requerida: Nota 1: Las siguientes denominaciones de entradas, salidas y marcadores (por ejemplo, I_IMS5_IL) se basan en la asignación de interfaces anotada en el apartado C. Nota 2: La salida del cilindro de presión puede ocurrir, eventualmente, de manera muy rápida. Esto tendría como consecuencia que el cilindro llegue mucho más allá de la posición –B5, aunque ésta sea la meta que el control desea alcanzar. En este caso, la velocidad de salida del émbolo se debe reducir por medio del ajuste de la válvula manual de mariposa (asignada a –B5). El control de secuencia se compone en total de seis etapas. Tras el sexto paso, se debe volver a activar la etapa 1, de manera que, tal como sucede en un tren de fabricación, todo se pueda volver a repetir. Se tienen las siguientes exigencias para el control de secuencia: 

Condición de transición del paso 6 -> paso 1: el portador de piezas llega hasta el sensor derecho de posición final (I_IMS5_IR=1). Instrucción paso 1: ninguna.



Condición de transición del paso 1 -> paso 2: el portador de piezas se encuentra en el extremo izquierdo (I_IMS5_IL=1) y el sensor -B6 indica que

el almacén está lleno (I_IMS5_B6=1) y el cilindro de presión no está activado (I_IMS5_B4). Éste es el punto de partida de este sistema. Si se activa ahora la tecla de puesta en marcha (I_IMS5_START=1), el control continúa hacia el paso 2.

Instrucción paso 2: el tope desciende obedeciendo a una instrucción memorizable (Q_IMS5_M1), mientras que la marcha a la derecha se activa por medio de una instrucción no memorizable (Q_IMS5_QR). 

Condición de transición del paso 2 -> paso 3: después de un tiempo de espera de 1 segundo, el control activa el paso 3.

Instrucción paso 3: la marcha a la derecha (Q_IMS5_QR) y la marcha lenta (Q_IMS5_QS) se activan por medio de una instrucción no memorizable. 

Condición de transición del paso 3 -> paso 4: después de un tiempo de espera de 1 segundo, el control activa el paso 4.

o

Instrucción paso 4: el paso 4 excita el cilindro de presión por medio de una instrucción no memorizable (Q_IMS5_M2).

o

Paso 4 -> condición de transición del paso 5: el sensor que detecta la salida del cilindro de presión (I_IMS5_B5) muestra un 1 lógico.



Instrucción paso 5: ninguna.



Condición de transición del paso 5 -> paso 6: si el sensor I_IMS5_B4 se activa, entonces el control avanza hacia el paso 6.

Instrucción paso 6: el descenso del tope se pone a cero por medio de una

instrucción memorizable (Q_IMS5_M1). Durante el paso 6, la marcha hacia la derecha continúa (Q_IMS5_QR).

Nota 3: Si el subsistema de “Procesamiento” se emplea posteriormente en conjunción con otras estructuras IMS, dado el caso, todavía será necesario llevar a cabo pequeñas modificaciones en el control de secuencia. No obstante, esto no se abordará en estas páginas sino que será materia del curso que describe dicho trabajo conjunto. Realización del experimento: a) Bosqueje un diagrama lógico para el control de secuencia. Acto seguido, compruebe su resultado a partir de la siguiente selección de diagramas. Nota: A continuación se encuentra una solución correcta. ¿Cuál de los siguientes diagramas lógicos es correcto para el control de secuencia solicitado?

b) Programe la cadena de pasos en FC35 y la salida de instrucciones en FC36. Integre estas dos funciones en el módulo OB1. Adicionalmente, tenga en cuenta lo siguiente: 

Considere en la salida de instrucciones FC36 la presencia de la señal de parada de emergencia (I_IMS5_EMSTOP (¡contacto normalmente cerrado!)). Éste debe poner un flip flop en el nivel lógico 1 (marcador de flip flop M_IMS5_EMSTOP). Si se activa la función de parada de emergencia (por medio de M_IMS5_EMSTOP), se debe suspender la excitación de todos los actuadores.



Además, por medio de M_IMS5_EMSTOP se debe evitar que continúe la activación de la cadena de pasos en FC35 por medio del retardo de conexión de la condición de transición. Esto se consigue integrando la operación lógica AND entre la señal de entrada de cada retardo de conexión y la señal M_IMS5_EMSTOP invertida.



Tras el acuse de recibo (I_IMS5_ACK=1) el flip flop se vuelve a poner a 0.

Nota: Por favor, a manera de ayuda, oriéntese por medio de la tabla de símbolos denominada “Symbols.pdf” que se encuentra en el CD adjunto. Entre otras informaciones, esta tabla contiene la asignación de interfaces del apartado C. Las soluciones se encuentran en los archivos "FC35.pdf", "FC36.pdf" y "Symbols.pdf" del CD. c) Compruebe el funcionamiento del control de secuencia. Nota: En primer lugar es necesario iniciar la cadena de pasos por medio del pulsador I_IMS5_INIT. El portador de piezas debe encontrarse en el extremo izquierdo y en el almacén debe descansar por lo menos la parte inferior de una pieza de trabajo. Si esto se cumple, debe ser posible que el control se active por medio del pulsador de puesta en marcha I_IMS5_START. d) Conteste las siguientes preguntas: ¿Para la implementación de un control de secuencia se realiza por separado la programación de la cadena de pasos y el establecimiento de la salida de instrucciones? Sí

No

Observemos la salida Q_IMS5_QR que activa la marcha hacia la derecha. ¿En la salida de instrucciones, qué operación lógica se debe establecer entre la señal de parada de emergencia I_IMS5_EMSTOP y Q_IMS5_QR? Se debe integrar directamente la operación lógica

AND.

Se debe enviar la señal de parada de emergencia a la entrada de activación de un flip flop. También se debe enlazar la entrada de puesta a 0 con la señal de acuse de recibo I_IMS5_ACK e incluir la operación AND entre la salida negada del flip flop y Q_IMS5_QR.

Se debe integrar directamente la operación lógica OR.

1. Complemento del control de secuencia: En la práctica resulta común que, por ejemplo, el control de los procesos de fabricación se realice durante el máximo tiempo posible de marcha de la cadena de pasos dado por el contexto, puesto que, por ejemplo, podría ocurrir que el portador de carga se trabe en algún sitio. Si ha transcurrido el tiempo de vigilancia (tiempo de marcha) de la cinta transportadora establecido por el contexto (en este caso, 10 segundos), esto debería tener las mismas consecuencias que la activación del interruptor de parada de emergencia. Esto significa que, si se sobrepasa el tiempo máximo de marcha de 10 segundos, M_IMS5_EMSTOP debe pasar al estado lógico 1 y, con ello, se debe suspender la excitación de todos los actuadores y la continuidad de la activación de la cadena de pasos. Tras el acuse de recibo, que se realiza por medio del pulsador I_IMS5_ACK, la instrucción M_IMS5_EMSTOP se vuelve a desactivar. Ejecución de la primera instrucción complementaria: a) Bosqueje un diagrama lógico para este control del tiempo de marcha. A continuación, compruebe su resultado a partir de la siguiente selección de diagramas. Implemente y compruebe el funcionamiento de la solicitud complementaria en la salida de instrucciones FC36. Durante la prueba es posible retener sencillamente el portador de piezas mientras marcha hacia la derecha. Nota: A continuación se encuentra una solución correcta. ¿Cuál de los siguientes diagramas lógicos es correcto?

2. Complemento del control de secuencia: Complete la salida de instrucciones del control de secuencia de manera que el sistema de transporte se detenga en la posición derecha (I_IMS5_IR) independientemente de la cadena de pasos.

Conteste las siguientes preguntas: ¿Cómo se puede implementar la segunda instrucción complementaria? Integrando directamente la operación lógica OR entre la salida Q_IMS5_QR e I_IMS5_IR.

Integrando directamente la operación lógica AND entre la salida Q_IMS5_QR e I_IMS5_IR.

Integrando directamente la operación lógica AND

entre la salida Q_IMS5_QR y la variable I_IMS5_IR negada.

Notas fundamentales acerca de GRAPH

Para la siguiente tarea, usted sólo debe poseer algunos conocimientos básicos acerca del software de programación GRAPH. Por razones de espacio, este capítulo no trata todos los detalles necesarios para el manejo de este programa y, por lo tanto, no constituye un reemplazo del manual original. Por ejemplo, en la ayuda que se ofrece en línea, en el enlace en el que se analiza el bosquejo de un control de secuencia a partir de una taladradora, se encuentra una introducción a GRAPH basada en un ejemplo práctico. Por otra parte, en www.automation.siemens.com/fea se puede descargar documentación útil para la capacitación profesional.

GRAPH es un lenguaje gráfico de programación y ha sido especialmente desarrollado para la creación de controles de secuencia. La representación se orienta a los diagramas lógicos de este tipo de controles, en conformidad con la norma EN 61131-3 (véase también el apartado “Notas fundamentales acerca del control de secuencia” o el curso Unitrain “Mecatrónica 1: Sistema de transporte con accionamiento de corriente continua”). La siguiente imagen es una captura de pantalla de uno de los ejemplos.

Se reconocen directamente tres pasos con las denominaciones S1, S2 y S3. S1 es el paso inicial. Entre los pasos se encuentran las condiciones de transición (marcadas por guiones) Trans1, Trans2 y Trans3, cuya estructura lógica se puede observar a la izquierda de cada una de ellas: 

Trans1 consta de una operación AND entre las señales I_IMS5_B5, I_IMS5_IL, I_IMS5_B4 e I_IMS5_START.

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Trans2 es idéntica a la operación lógica S2.T>1s Y NO M_IMS5_EMSTOP (Step2.T es el tiempo de activación del paso S2, CMP es un comparador).

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Trans3 es idéntica a la operación lógica S3.T>1s Y NO M_IMS5_EMSTOP.

Las instrucciones aparecen a la derecha de cada paso. Existe la posibilidad de introducir un texto de comentario encima de las instrucciones (en este caso, por ejemplo, para S1: “Paso 1: posición inicial”). Cada instrucción obedece a un tipo de comando. En la imagen sólo se representan los tipos de instrucción N (no memorizable) y S (memorizable), ya conocidos por el estudiante (es posible integrar otros tipos de comandos). Si aparece la letra C después de un tipo de instrucción (por ejemplo, N C), esto significa que el comando todavía se encuentra

ligado a una condición adicional, establecida de manera separada como código de programa para el paso en cuestión (véase más adelante). Los elementos individuales del control de secuencia se pueden programar empleando las barras de menú superior y lateral. Su manejo es intuitivo. Puede encontrar más detalles en la sección de ayuda en línea. Aquí sólo se debe enunciar brevemente cómo se introducen las condiciones para las instrucciones. Como ejemplo sirven los dos comandos "N C, Q_IMS5_QR" y "S C, Q_IMS5_M1" del paso S2. La C indica que se ha establecido una condición para S2 (ésta podría ser, por ejemplo, una señal de parada de emergencia). Esta C también está marcada en el paso 2. La orden sólo se ejecutará si S2 se encuentra activo y se ha cumplido la condición. Si se activa S2 y se selecciona la representación de los pasos individuales en la barra superior de menú (punto 2, puesto que punto 1 es la representación total de la cadena de pasos) se obtiene la imagen que se encuentra a continuación y que, por ejemplo, muestra el código de programa de las condiciones.

¿Cómo se puede crear y cargar un programa en GRAPH? Para ello es necesario proceder de la siguiente manera (véase también la imagen siguiente):



Introduzca un módulo funcional (FB) en la carpeta de módulos del administrador SIMATIC (en la imagen siguiente, éste aparece como FB37). El lenguaje de programación de este bloque funcional se llama GRAPH.



Implemente y almacene en ese lugar el control de secuencia en lenguaje GRAPH.

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En el módulo funcional anterior (FB37 en la imagen) abra el menú Extras -> Preferencias de los módulos ... y seleccione las opciones que se muestran en la imagen siguiente.



Introduzca un módulo de datos de instancia (DB) en la carpeta de módulos del administrador SIMATIC. Este módulo DB se subordina al FB superior (en la imagen se trata de DB37).

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Introduzca el FB del control de secuencia en OB1, para que se produzca su procesamiento. Los mandos de secuencia creados en GRAPH se pueden controlar a distancia por medio de señales externas; por ejemplo, es posible poner en marcha la cadena de pasos a través de la entrada INIT_SQ empleando una señal externa. Ahora observaremos este aspecto. La siguiente imagen muestra la implementación en OB1.



Cargue todos los datos. La cadena de pasos se encuentra siempre automáticamente en el inicio, esto es, tras la carga, no es necesario iniciar externamente la cadena de acciones.

3

Control de secuencia en GRAPH

Aquí se debe implementar el tipo de mando especificado en el apartado “Control convencional de secuencia” empleando el lenguaje de programación GRAPH. El diagrama lógico del control de secuencia allí establecido, salvo pequeños detalles, se puede tomar prácticamente sin modificaciones de GRAPH. GRAPH ha sido diseñado especialmente para diseñar controles de secuencia (véase también el apartado “Notas fundamentales acerca de GRAPH”. Tarea requerida: Implemente en lenguaje de programación GRAPH el control de secuencia especificado en el apartado “Control convencional de secuencia”. En primera instancia, el resultado no debe contener la función de parada de emergencia. Realización del experimento: Implemente y compruebe el funcionamiento del control de secuencia en FB37 con el bloque DB37 de datos de instancia asignados. La puesta en marcha manual de la cadena de pasos por medio de I_IMS5_INIT se debe definir también en OB1. Complemento del control de secuencia: Tome ahora en cuenta la función de parada de emergencia y compruebe su funcionamiento al igual que el del control del tiempo de funcionamiento del sistema de transporte. El efecto deseado de ambos está descrito en el apartado “Control convencional de secuencia”.

Ejecución de la instrucción complementaria: La función de parada de emergencia y el control del tiempo de funcionamiento del sistema de transporte se pueden integrar en FC37. Programe el efecto de la función de parada de emergencia como condición para la activación de los pasos e instrucciones relevantes. Los listados a tomar en consideración se encuentran en los archivos PDF