PLC - CURSO AUTOMATAS PROGRAMABLES

Autómatas programables

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1

Contenido del curso Teoría : n n n n n n

Introducción al Control Industrial Arquitectura de los autómatas programables Programación de autómatas: Introducción al Grafcet Diseño estructurado de sistemas de control GEMMA Sensores y actuadores

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Contenido del curso Práctica : n n n n n

Introducción a los autómatas Siemens S7-200 Lenguajes de programación. Operaciones básicas. Entorno de programación Step 7-Micro/Win 32 Subrutinas y rutinas de interrupción Programación de ejemplos reales.

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3

Bibliografía n

Título: “Autómatas Programables: Teoría y Práctica” Autor: Nicolás García, Miguel Almonacid, Roque Saltarén, Rafael Puertol Editorial: Universidad Miguel Hernandez Año: 2000 Texto base de la asignatura

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Bibliografía n

n

Título: “Autómatas Programables” Autor: Josep Balcells, Jose Luis Romeral Editorial: Marcombo Año: 1997 Titulo: “Automatización : Problemas resueltos con autómatas programables” Autor: J. Pedro Romera, J. Antonio Lorite, Sebastian Montoro Editorial: Paraninfo Año: 1996

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Introducción al Control industrial n

Introducción al Control Industrial

n

Arquitectura de los autómatas programables

n

Programación de autómatas: Introducción al Grafcet

n

Sensores y actuadores

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Introducción al Control Industrial n

Introducción al Control Industrial – Introducción n n

Definición Antecedentes históricos

– Topología de los sistemas de control n

Tipos de topologías

– Tipos de sistemas de control n n

Lógica cableada Lógica programada

– El autómata programable – Control por Ordenador

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Introducción Definición de control n

Se puede definir control como “la manipulación indirecta de las magnitudes de un sistema llamado planta a través de otro sistema llamado sistema de control”

SISTEMA DE CONTROL

OPERADOR

CONSIGNAS

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PLANTA

SEÑALES DE CONTROL

RESPUESTA

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Introducción Antecedentes Históricos (I) n

Primeros sistemas de control ⇒ Revolución industrial finales del siglo XIX y principios del XX. n

n

Basados en componentes mecánicos y electromagnéticos, básicamente engranajes, palancas, pequeños motores, relés, contadores y temporizadores.

Uso de contadores, relés, temporizadores, ... para automatizar tareas fue aumentando a lo largo del tiempo. PROBLEMAS DERIVADOS : n n n n n

Armarios donde se alojaban muy grandes y voluminosos Probabilidad de avería muy alta Localización de la avería muy difícil y complicada Stock de material muy importante. Costo económico muy alto No flexibles

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Introducción Antecedentes Históricos (II) n

A partir de los años 50 ⇒ semiconductores y los primeros circuitos integrados. Sustituirían las funciones realizadas por los relés. – Mejoras n n

Sistemas de menor tamaño y con menor desgaste. Reducía el problema de fiabilidad y de stock.

– Problema de estos sistemas: su falta de FLEXIBILIDAD. n

n

A finales de los años 60, la industria estaba demandando cada vez más un sistema económico, robusto, flexible y fácilmente modificable. En 1968 nacieron los primeros autómatas programables (APIs o PLCs). – General Motors y Ford paralelamente Bedford Associates Inc. Inc. R.E. Moreley

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Introducción Antecedentes Históricos (III) n

n

Los primeros PLCs: memoria cableada y una unidad central constituida por circuitos integrados. A principios de los 70, PLCs incorporan el MICROPROCESADOR – Más prestaciones, elementos de comunicación hombre-máquina más modernos, manipulación de datos, cálculos matemáticos, funciones de comunicación, etc.

n

Segunda mitad de los 70 n

n

más capacidad de memoria, posibilidad de entradas/salidas remotas, analógicas y numéricas, funciones de control de posicionamiento, aparición de lenguajes con mayor número de instrucciones más potentes y, desarrollo de las comunicaciones con periféricos y ordenadores.

Década de los 80 la mejora de las prestaciones se refire a: n

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velocidad de respuesta, reducción de las dimensiones, mayor concentración concentración de número de entradas/salidas en los módulos respectivos, desarrollo desarrollo de módulos de control continuo, PID, servocontroladores, servocontroladores, y control inteligente, fuzzy 11

Introducción Antecedentes Históricos (IV) n

n

Debido al desarrollo de la electrónica. Hoy en día hay distintas variedades de autómatas que van desde: n

n

n

n

Más capacidad de diagnóstico en el funcionamiento e incremento en en los tipos de lenguajes de programación : desde los lenguajes de contactos, lenguajes lenguajes de funciones lógicas, lista de instrucciones basados en nemotécnicos, nemotécnicos, flujogramas, flujogramas, lenguajes informáticos, Grafcet, Grafcet, etc...

Microautómatas y Nanoautómatas que se utilizan en apertura y cierre de puertas, domótica, control de iluminación, control de riego de jardines, etc. Autómatas de gama alta ≈ prestaciones de un pequeño ordenador

Principal Virtud de un PLC es su robustez y facilidad de interconexión con el proceso Tendencia Actual es: dotarlo de funciones específicas de control y de canales de comunicación para que puedan conectarse entre sí y con ordenadores en red. Red de autómatas. CIM

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Introducción Antecedentes Históricos (V) n

Elaboración de un automatismo. ¿ Qué datos debo conocer ? INICIO

Especificaciones técnicas del sistema o proceso a automatizar Elección de las opciones tecnológicas más eficaces Evaluación de las opciones desde el punto de vista económico Toma de Decisiones

Lógica Cableada

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Lógica Programada FIN

Estudio preliminar Conocer con el mayor detalle posible las carácteristicas, carácteristicas, el funcionamiento, las distintas funciones, etc. , de la máquina o proceso a automatizar. Análisis técnico y económico Especificaciones técnicas del automatismo : materiales, aparatos, su adaptación al sistema, etc. Valoración económica. Toma de la decisión final - Ventajas e inconvenientes - Posibles ampliaciones - Rentabilidad de la inversión - etc

13

Introducción al Control industrial n

Introducción al Control Industrial – Introducción n n

Definición Antecedentes históricos

– Topología de los sistemas de control n

Tipos de topologías

– Tipos de sistemas de control n n

Lógica cableada Lógica programada

– El autómata programable – Control por Ordenador

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Topología de los sistemas de control Tipos de topologías (I) n

n

Objetivo de un sistema de control es: – gobernar la respuesta de una planta, sin que el operador intervenga directamente sobre sus elementos de salida. El operador manipula únicamente las magnitudes de consigna y el sistema de control se encarga de gobernar dicha salida a través de los accionamientos. – El sistema de control opera, en general, con magnitudes de baja potencia, llamadas genéricamente señales, y gobierna unos accionamientos que son los que realmente modulan la potencia entregada a la planta. Tipos de topologías : – Lazo Abierto – Lazo Cerrado

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Topología de los sistemas de control Tipos de topologías (II) n

Lazo Abierto – Sistema de control no recibe información del comportamiento de la planta ENERGIA

SISTEMA DE CONTROL

SEÑALES DE CONSIGNAS

ACCIONAMIENTOS

PLANTA

SEÑALES DE CONTROL

Elementos de señal

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Elementos de potencia

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Topología de los sistemas de control Tipos de topologías (III) n

Lazo Cerrado – Existe una realimentación a través de los sensores desde la planta hacia el sistema de control. ENERGIA

SEÑALES DE CONSIGNA ENTRADAS

SISTEMA DE CONTROL

SALIDAS ACCIONAMIENTOS

SENSORES

Elementos de señal Autómatas programables

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PLANTA

SEÑALES DE CONTROL

REALIMENTACIÓN INTERFACES

RESPUESTA

Elementos de potencia 17

Introducción al Control industrial n

Introducción al Control Industrial – Introducción n n

Definición Antecedentes históricos

– Topología de los sistemas de control n

Tipos de topologías

– Tipos de sistemas de control n n

Lógica cableada Lógica programada

– El autómata programable – Control por Ordenador

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Tipos de sistemas de control (I) n

Clasificación, según el tipo de señales que intervienen en la planta a controlar: – Sist. Control Analógicos: señales de tipo continuo (0 a 10 V, 4 a 20 mA, etc.) propocionales a unas determinadas magnitudes físicas (presión, temperaotura, velocidad, etc.) – Sist. Control Digitales: señales binarias (todo o nada) sólo pueden representar dos estados o niveles. – Sist. Control híbridos analógicos-digitales: Autómatas programables

n

Unidad de control esta formada por un microprocesador : – señales digitales de entrada y salida – señales análogicas de entrada previamente convertidas (A/D) – señales análogicas de salida previamente convertidas (D/A)

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Tipos de sistemas de control (II) n

Unidad de control: señales digitales y analógicas

SALIDAS DIGITALES

ENTRADAS DIGITALES UNIDAD DE CONTROL ENTRADAS ANALÓGICAS

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A/D

A/D

SALIDAS ANALÓGICAS

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Tipos de sistemas de control (III) n

Clasificación de los sistemas de control según la tecnología

CLASIFICACIÓN TECNOLÓGICA

Lógica Cableada

Neumática

Hidráulica

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Eléctrica

Electrónica

Lógica Programada

Autómata Prog.

Microprocesador

Computadora

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Tipos de sistemas de control (IV) Característica a Estudiar Programada Flexibilidad Posibilidad de ampliación Conexiones y cableado exterior Tiempo de desarrollo del sistema Mantenimiento Herramientas de simulación Coste para pequeñas series Estructuración en bloques independientes Autómatas programables

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Lógica Cableada

Lógica

Baja Baja Muchas Mucho Difícil No Alto

Alta Alta Pocas Poco Fácil Si Bajo

Difícil

Fácil 22

Introducción al Control industrial n

Introducción al Control Industrial – Introducción n n

Definición Antecedentes históricos

– Topología de los sistemas de control n

Tipos de topologías

– Tipos de sistemas de control n n

Lógica cableada Lógica programada

– El autómata programable – Control por Ordenador

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El Autómata programable n

Autómata programable – Juega el papel de UNIDAD DE CONTROL – Incluye total o parcialmente las intefaces con las señales de la planta (niveles de tensión e intensidad industriales, transductores y periféricos electrónicos) – Programable por el usuario – Entradas: señales de consigna y de realimentación – Salidas: señales de control – Hardware estándar y modular (módulos interconectables, configurar sistema a la medida de las necesidades)

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Introducción al Control industrial n

Introducción al Control Industrial – Introducción n n

Definición Antecedentes históricos

– Topología de los sistemas de control n

Tipos de topologías

– Tipos de sistemas de control n n

Lógica cableada Lógica programada

– El autómata programable – Control por Ordenador

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Control por Ordenador (I) n

Procesos complejos ⇒ sistemas de control con: n n n n n n

n

gran capacidad de cálculo conexión a estaciones gráficas múltiples canales de comunicación facilidad de adaptación capacidad multiproceso etc.

Para ellos se han utilizado miniordenadores, con interfaces específicas para la planta a controlar. – INCONVEIENTE: caro y poco estándar

n

La frontera entre autómatas de gama alta y los miniordenadores esta actualmente muy difusa

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Control por Ordenador (II) n

Actualmente – red de autómatas controlados por por uno o varios ordenadores, con lo que se consigue combinar las ventajas de ambos, facilidad de interfaces estándar (autómata) y la potencia de cálculo (ordenador). – El sistema resultante tiene las siguientes características : • • • • • • • • • •

Sistema programable con una capacidad de cálculo elevada Interfaces hombre-máquina estándar, proporcionados por el ordenador Software estándar para el manejo de datos y gestión de la producción Posibilidad de control descentralizado Sistemas de comunicación estándar : LAN o WAN Mantenimiento fácil Interface con la planta sencillo debido a los autómatas Visualización del proceso en tiempo real Multitud de herramientas para simulación y mantenimiento Flexibilidad

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Despertar!!!

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FUENTE DE ALIMENTACIÓN

BATERÍA

MEMORIA DE PROGRAMA

BUS INTERNO

INTERFACES DE ENTRADA

MEMORIA IMAGEN E/S

MEMORIA DE DATOS TEMPORIZADORES

UNIDAD CENTRAL CPU

INTERFACES DE ENTRADA

CONTADORES

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Arquitectura de los autómatas programables n

Arquitectura de los autómatas programables – Introducción a los autómatas programables n n

Estructura externa del autómata Bloques que forman un autómata programable

– Arquitectura interna de un autómata programable n n

Unidad central de proceso Memoria – Memorias internas – Memoria de programa

n n

Interfaces de entrada salida Fuente de alimentación

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Arquitectura de los autómatas programables n

Arquitectura de los autómatas programables – Introducción a los autómatas programables n n

Estructura externa del autómata Bloques que forman un autómata programable

– Arquitectura interna de un autómata programable n n

Unidad central de proceso Memoria – Memorias internas – Memoria de programa

n n

Interfaces de entrada salida Fuente de alimentación

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Introducción a los autómatas programables n

n

Un autómata programable es: “un equipo electrónico, basado en un microprocesador o microcontrolador, que tiene generalmente una configuración modular, puede programarse en lenguaje no informático y está diseñado para controlar procesos en tiempo real y en ambiente agresivo (ambiente industrial)” Una característica diferenciadora del autómata programable frente a otros sistemas de control programables está en la estandarización de su hardware, que permite la configuración de sistemas de control a medida.

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Introducción a los autómatas programables Esquema de un proceso controlado por un PLC

ACTUADORES

PROCESO

Información suministrada por el proceso

Acciones que se que se realizan sobre el proceso

SALIDAS

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SENSORES

AUTOMATA

ENTRADAS

5

Introducción a los autómatas programables n

Arquitectura de los autómatas programables – Introducción a los autómatas programables n n

Estructura externa del autómata Bloques que forman un autómata programable

– Arquitectura interna de un autómata programable n n

Unidad central de proceso Memoria – Memorias internas – Memoria de programa

n n

Interfaces de entrada salida Fuente de alimentación

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Introducción a los autómatas programables Estructura externa n

n

Aspecto físico exterior del mismo, los bloques en los que esta dividido, etc. Clasificación – Estructura compacta n

n

n

en un solo bloque todos sus elementos : fuente de alimentación, CPU, memorias, entrada/salida, etc. aplicaciones en el que el número de entradas/salidas es pequeño, poco variable y conocido a priori carcasa de carácter estanco, que permite su empleo en ambientes industriales especialmente hostiles

– Estructura modular n

n

Permite adaptarse a las necesidades del diseño, y a las posteriores actualizaciones. Configuración del sistema variable Funcionamiento parcial del sistema frente a averías localizadas, y una rápida reparación con la simple sustitución de los módulos averiados

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Introducción a los autómatas programables Estructura externa n

Estructura modular. Del autómata S7-224. MODULO CPU

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EXPANSIÓN

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Arquitectura de los autómatas programables n

Arquitectura de los autómatas programables – Introducción a los autómatas programables n n

Estructura externa del autómata Bloques que forman un autómata programable

– Arquitectura interna de un autómata programable n n

Unidad central de proceso Memoria – Memorias internas – Memoria de programa

n n

Interfaces de entrada salida Fuente de alimentación

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Introducción a los autómatas programables Bloques que forman un autómata programable n

Bloques principales – Bloque de entradas n

n

Adapta y codifica de forma comprensible para la CPU las señales procedentes de los dispositivos de entrada o captadores, como por ejemplo, pulsadores, finales de carrera, sensores, etc. Misión: proteger los circuitos internos del Autómata, proporcionando una separación eléctrica entre estos y los captadores.

– Bloque de salidas n

Decodifica las señales procedentes de la CPU, las amplifica y las envía a los dispositivos de salida o actuadores, como lámparas, relés, contactores, arrancadores, electroválvulas, etc.

– Unidad central de proceso (CPU) n n

Este bloque es el cerebro del autómata Su función es la interpretación de las instrucciones del programa de usuario y en función de las entradas, activa las salidas deseadas.

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Introducción a los autómatas programables Bloques que forman un autómata programable n

Bloques principales

Dispositivos de entrada o captadores

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Bloque Entradas

CPU

Bloque Salidas

Dispositivos de salida o actuadores

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Introducción a los autómatas programables Bloques que forman un autómata programable n

Bloques necesarios para el funcionamiento del autómata – Fuente de alimentación n

n

A partir de una tensión exterior proporciona las tensiones necesarias para el funcionamiento de los distintos circuitos electrónicos del autómata. Batería, condensador de alta potencia: para mantener el programa y algunos datos en la memoria si hubiera un corte de la tensión exterior.

– Consola de programación n

PC o consolas de programación

– Periféricos n

Son aquellos elementos auxiliares, físicamente independientes del autómata, que se unen al mismo para realizar una función específica y que amplían su campo de aplicación o facilitan su uso. Como tales no intervienen directamente ni en la elaboración ni en la ejecución del programa

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Introducción a los autómatas programables Bloques que forman un autómata programable – Interfaces n

circuitos o dispositivos electrónicos que permiten la conexión a la CPU de los elementos periféricos descritos.

Dispositivos de entrada o captadores

F. Alimentación Bloque Entradas

CPU

Bloque Salidas

Dispositivos de salida o actuadores

Interfaces

Consola de programación

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Dispositivos periféricos

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Arquitectura de los autómatas programables n

Arquitectura de los autómatas programables – Introducción a los autómatas programables n n

Estructura externa del autómata Bloques que forman un autómata programable

– Arquitectura interna de un autómata programable n n

Unidad central de proceso Memoria – Memorias internas – Memoria de programa

n n

Interfaces de entrada salida Fuente de alimentación

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Arquitectura interna de un autómata programable n

Esquema de la arquitectura interna de un PLC FUENTE DE ALIMENTACIÓN

BATERÍA

MEMORIA DE PROGRAMA

BUS INTERNO

INTERFACES DE ENTRADA

MEMORIA IMAGEN E/S

MEMORIA DE DATOS TEMPORIZADORES

UNIDAD CENTRAL CPU

INTERFACES DE SALIDA

CONTADORES

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Arquitectura de los autómatas programables n

Arquitectura de los autómatas programables – Introducción a los autómatas programables n n

Estructura externa del autómata Bloques que forman un autómata programable

– Arquitectura interna de un autómata programable n n

Unidad central de proceso Memoria – Memorias internas – Memoria de programa

n n

Interfaces de entrada salida Fuente de alimentación

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Arquitectura interna de un autómata programable Unidad central de proceso (CPU) n

La CPU (Crontrol Processing Unit) es la encargada de ejecutar el programa de usuario y activar el sistema de entradas y salidas – Tiene la misión, en algunos tipos de autómatas, de controlar la comunicación con otros periféricos externos, como son la unidad de programación, LCDs, LCDs, monitores, teclados, otros autómatas u otros ordenadores, etc. etc.

n

La CPU esta formada por el microprocesador ( µP), la memoria y circuitos lógicos complementarios – El microprocesador se sustituye por dispositivos lógicos programables programables (DLP), o redes de puertas lógicas (gate (gate array), array), también llamados circuitos integrados de aplicación específica ASIC.

n

n

La CPU ejecuta el programa de usuario, que reside en la memoria, adquiriendo las instrucciones una a una. El funcionamiento es de tipo interpretado, con decodificación de las instrucciones cada vez que son ejecutadas

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Arquitectura interna de un autómata programable Unidad central de proceso (CPU) n

Lenguaje compilado vs interpretado – Compilado n

programa fuente ⇒ compilación ⇒ programa objeto ⇒ enlazado ó linkado ⇒ programa ejecutable

– Interpretado n

n

analiza y ejecuta un programa sentencia a sentencia

Bloques fundamentales de una CPU – – – – – –

ALU (Arithmetic Logic Unit) Acumulador Flags Contador de programa (PC) Decodificadores de instrucciones y secuenciador Programa ROM

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Arquitectura interna de un autómata programable Unidad central de proceso (CPU) n

Esquema de los bloques fundamentales que componen una CPU BUS DE DIRECCIONES BUS DE DATOS BUS DE CONTROL

ACUMULADOR DECODIFICADOR ALU FLAGS REGISTROS DE LA PILA

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RELOJ PROGRAMA

CONTADOR DE PROGRAMA

MONITOR SISTEMA

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Arquitectura interna de un autómata programable Unidad central de proceso (CPU) n

ALU – unidad aritmético lógica, es la parte de la CPU donde se –realizan los cálculos y las decisiones lógicas (combinaciones Y, O, sumas, comparaciones, etc.).

n

ACUMULADOR – almacena el resultado de la última operación realizada por la ALU.

n

FLAGS – indicadores de resultado de operación (mayor que, positivo, negativo, resultado cero, etc.). El estado de estos flags puede ser consultado por el programa.

n

CONTADOR DE PROGRAMA (PC) – direccionamiento de la memoria donde se encuentran las instrucciones del programa de control, y del cual depende la secuencia de ejecución de ellas.

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Arquitectura interna de un autómata programable Unidad central de proceso (CPU) n

DECODIFICADOR DE INSTRUCCIONES Y SECUENCIADOR – cableado y/o programado, donde se codifican las instrucciones leídas en la memoria y se generan las señales de control pertinentes.

n

PROGRAMA ROM – El fabricante suele grabar una serie de programas ejecutables fijos, firmware o software del sistema y es a estos programas a los que accederá el microprocesador para realizar las funciones ejecutivas. – El software de sistema de cualquier Autómata consta de una serie de funciones básicas que realiza en determinados tiempos de cada ciclo: n n n

en el inicio o conexión durante el ciclo o ejecución del programa y a la desconexión.

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Arquitectura interna de un autómata programable Unidad central de proceso (CPU) n

PROGRAMA ROM – Este software o programa del sistema es ligeramente variable para cada autómata, pero, en general, contiene las siguientes funciones : n

n n

n n n

Supervisión y control de tiempo de ciclo (watchdog), table de datos, alimentación, batería, etc. Autotest en la conexión y durante la ejecución del programa. Inicio del ciclo de exploración de programa y de la configuración del conjunto. Generación del ciclo base de tiempo. Comunicación con periféricos y unidad de programación. Etc.

– Hasta que el programa del sistema no ha ejecutado todas las acciones necesarias que le corresponden, no se inicia el ciclo de programa de usuario. Autómatas Programables

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Arquitectura de los autómatas programables n

Arquitectura de los autómatas programables – Introducción a los autómatas programables n n

Estructura externa del autómata Bloques que forman un autómata programable

– Arquitectura interna de un autómata programable n n

Unidad central de proceso Memoria – Memorias internas – Memoria de programa

n n

Interfaces de entrada salida Fuente de alimentación

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Arquitectura interna de un autómata programable Memoria n

Definición “cualquier tipo de dispositivo que permita almacenar información en forma de bits (unos y ceros), los cuales pueden ser leídos posición a posición (bit a bit), o por bloques de 8 (byte) o dieciséis posiciones (word)”

n

Clasificación – RAM (Random Access Memory), memoria de acceso aleatorio o memoria de lectura-escritura. Pueden realizar los procesos de lectura y escritura por procedimientos eléctricos. Su información desaparece al faltarle la alimentación. – ROM (Read Only Memory), o memoria de sólo lectura. En estas memorias se puede leer su contenido, pero no se puede escribir en ellas; los datos e instrucciones los graba el fabricante y el usuario no puede alterar su contenido. Aunque haya un fallo en la alimentación.

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Arquitectura interna de un autómata programable Memoria n

Clasificación (lectura/escritura) – – –

Memorias de lectura/escritura, RAM Memorias de sólo lectura, no reprogramables, ROM Memorias de sólo lectura, reprogramables, con borrado por ultravioletas, EPROM – Memorias de sólo lectura, reprogramables, alterables por medios eléctricos, EEPROM. Tienen un número máximo de ciclos de borrado/grabado.

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Arquitectura interna de un autómata programable Memoria MEMORIA VOLÁTIL

LECTURA/ESCRITURA

SÓLO LECTURA

RAM

Datos internos Memoria Imagen E/S

NO VOLÁTIL

ROM

Monitor Intérprete

EPROM

Programa de usuario (Lo Guarda una vez depurado)

RAM + BATERIA RAM + EEPROM EEPROM

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APLICACIONES

Programa de usuario (RAM + Batería) Datos internos mantenidos Parámetros Más RAM + EEPROM respalda a la RAM Programa usuario Parámetros

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Arquitectura interna de un autómata programable Memoria Programas firmware y de sistema. (ROM o EPROM)

Programa o memoria del sistema firmware

Memorias temporales (RAM o EPROM) Memoria imagen o tabla de estados de E/S (RAM) Memoria de datos numéricos y variables internas (RAM) Memoria del programa de usuario (RAM)

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Memoria de la tabla de datos MEMORIA INTERNA Memoria de usuario Memoria del programa de usuario MEMORIA DE PROGRAMA

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Arquitectura de los autómatas programables n

Arquitectura de los autómatas programables – Introducción a los autómatas programables n n

Estructura externa del autómata Bloques que forman un autómata programable

– Arquitectura interna de un autómata programable n n

Unidad central de proceso Memoria – Memorias internas – Memoria de programa

n n

Interfaces de entrada salida Fuente de alimentación

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Arquitectura interna de un autómata programable Memorias internas n

n

Se almacena el estado de las varibles que maneja el autómata : entradas, salidas, contadores, relés internos, señales de estado, etc. Clasificación por el tipo de variables que almacena y el número de bits que ocupa la variable: – Posiciones de 1 bit (bits internos). n n n

Memoria imagen entradas/salidas Relés internos Relés especiales/auxiliares

– Posiciones de 8,16 o más bits (registros internos). n n n

Temporizaciones Contadores Otros registros de uso general

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Arquitectura interna de un autómata programable Memorias internas n

n

Las variables contenidas en la memoria interna pueden ser consultadas y modificadas continuamente por el programa, cualquier número de veces. RAM Memoria Imagen – almacena las últimas señales leídas en la entrada y enviadas a la salida, actualizandose tras cada ejecución completa del programa.

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Arquitectura interna de un autómata programable Memorias internas n

Ciclo de tratamiento de las señales de entrada/salida a través de las memorias imagen: – Antes de la ejecución del programa de usuario, la CPU consulta los estados de las entradas físicas y carga con ellos la memoria imagen de entradas. MEMORIA DE PROGRAMA IMAGEN DE ENTRADAS

INTERFAZ DE ENTRADAS

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CPU

MEMORIA DE DATOS

IMAGEN DE SALIDAS

INTERFAZ DE SALIDAS

31

Arquitectura interna de un autómata programable Memorias internas – Durante la ejecución del programa de usuario, la CPU realiza los cálculos a partir de los datos de la memoria imagen y del estado de los temporizadores, contadores y relés internos. El resultado de estos cálculos queda depositado en la memoria imagen de salidas. MEMORIA DE PROGRAMA

IMAGEN DE ENTRADAS

INTERFAZ DE ENTRADAS

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CPU

MEMORIA DE DATOS

IMAGEN DE SALIDAS

INTERFAZ DE SALIDAS

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Arquitectura interna de un autómata programable Memorias internas – Finalizada la ejecución, la CPU transfiere a las interfaces de salida los estados de las señales contenidos en la memoria imagen de salidas, quedando el sistema preparado para comenzar un nuevo ciclo MEMORIA DE PROGRAMA IMAGEN DE ENTRADAS

INTERFAZ DE ENTRADAS

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CPU

MEMORIA DE DATOS

IMAGEN DE SALIDAS

INTERFAZ DE SALIDAS

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Arquitectura interna de un autómata programable Memorias internas n

Ciclo real (Optimizar)

Interfaz de entradas a Memoria imagen de entradas

Memoria imagen de salidas a Interfaz de salidas

Ejecución del programa

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Arquitectura interna de un autómata programable Memorias internas n

Carga en la memoria imagen de entradas de las entradas digitales. Cuando se cierra el interruptor se guarda un 1 en el Bit 1 del Byte 0

MODULO DE ENTRADAS DIGITALES

MEMORIA DE ENTRADAS (Bit) 0

7 D

Byte 0

E0 E1 E2 E3 E4 E5 E6

0

7

. . . . . . . Byte N

E7 Masa

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Arquitectura interna de un autómata programable Memorias internas n

Carga en la memoria imagen de entradas de las entradas analógicas.

+ -

MEMORIA DE ENTRADAS (Bit) EA 0 Masa

CONVERSOR D/A

0 7 D D D D D D D D

0

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7

Byte 0 . . . . . . . Byte N

36

Arquitectura interna de un autómata programable Memorias internas n

Esquema de la transferencia de los datos contenidos en la memoria de salidas a las salidas digitales

MODULO DE SALIDAS DIGITALES

MEMORIA DE SALIDAS (Bit) 0

7 D

Byte 0

E0 E1 E2 E3

Si el dato almacenado es un 1, el contacto E1 esta cerrado

E4 E5 E6

0

7

. . . . . . . Byte N

E7 Masa

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Arquitectura interna de un autómata programable Memorias internas n

Esquema de la transferencia de los datos contenidos en la memoria de salidas a las salidas analógicas

MEMORIA DE SALIDAS (Bit) EA 0

0-10V

Masa

CONVERSOR A/D

0 7 D D D D D D D D

0

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7

Byte 0 . . . . . . . Byte N

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CONVERTIDOR A/D n

CONVERTIDOR A/D

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CONVERTIDOR D/A

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Arquitectura interna de un autómata programable Memorias internas n

OTRAS VARIABLES QUE SE ALMACENAN EN LA MEMORIA INTERNA : – relés internos ocupan posiciones RAM de 1 bit, y son utilizados como área de datos temporales, como salida de resultados de operaciones intermedias, y para controlar otros bits o registros, temporizadores y contadores. – relés auxiliares/especiales se guardan en posiciones de 1 bit, y mantienen información sobre señales necesarias para el sistema, como relojes, bits de control, flags de estados de la CPU, e información sobre el autómata (Run, Stop, Halt, errores, etc.). Estos relés pueden consultarse y utilizarse desde el programa usuario. – Area de temporizadores y contadores ocupa posiciones de 16 bits o más bits, capaces de almacenar los valores de preselección y estado actualizados de estos elementos.

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Arquitectura de los autómatas programables n

Arquitectura de los autómatas programables – Introducción a los autómatas programables n n

Estructura externa del autómata Bloques que forman un autómata programable

– Arquitectura interna de un autómata programable n n

Unidad central de proceso Memoria – Memorias internas – Memoria de programa

n n

Interfaces de entrada salida Fuente de alimentación

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Arquitectura interna de un autómata programable Memorias de programa n

Almacena el programa de usuario. – Además puede contener datos alfanuméricos y textos variables, y también información parametrizada sobre el sistema, por ejemplo nombre o identificación del programa escrito, indicaciones sobre la configuración de E/S o sobre la red de autómatas, si existe, etc.

n

Cada instrucción del programa de usuario ocupa un paso o dirección del programa y necesita para ser almacenada dos posiciones de memoria (dos bytes o lo que es lo mismo una palabra (word) ).

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Arquitectura interna de un autómata programable Memorias de programa

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Arquitectura interna de un autómata programable Memorias de programa n

n

memoria de usuario es siempre de tipo permanente RAM + batería o EPROM/EEPROM Secuencia normal de trabajo n

n

n

en la fase de desarrollo y depuración del programa de control se utilizan las memorias RAM respaldadas por batería una vez se este seguro del funcionamiento correcto del programa se pasa este a las memorias no volátiles EPROM o EEPROM. Cartuchos de memoria

A todas las posiciones de memoria que es capaz de direccionar el autómata se le denomina mapa de memoria. n

Depende de varios factores: La capacidad de direccionamiento de la CPU, que determina el número de direcciones asignadas a los dispositivos internos. El número de entradas/salidas conectadas, que determina la longitud de la memoria imagen de E/S. La longitud de la memoria de usuario utilizada.

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Arquitectura de los autómatas programables n

Arquitectura de los autómatas programables – Introducción a los autómatas programables n n

Estructura externa del autómata Bloques que forman un autómata programable

– Arquitectura interna de un autómata programable n n

Unidad central de proceso Memoria – Memorias internas – Memoria de programa

n n

Interfaces de entrada salida Fuente de alimentación

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Arquitectura interna de un autómata programable Interfaces de entrada y salida n

misión establecer un puente de comunicación entre el autómata y el proceso n

n

n

interfaces de entrada filtran, adaptan y codifican de forma comprensible para la CPU las señales procedentes de los elementos de entrada. Las interfaces de salida son las encargadas de decodificar, y amplificar las señales generadas durante la ejecución del programa antes de enviarlas a los elementos de salida.

En los autómatas pequeños, el tipo de interfaces disponibles suele ser limitado, siendo las más frecuentes, clasificadas por entradas y salidas: – Entradas n

Corriente continua a 24 o 48 Vcc.Corriente alterna a 110 o 220 Vca. Analógicas de 0-10 Vcc o 4-20 mA

– Salidas n

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Por relé. Estáticas por triac a 220 Vca máximo. Colector abierto para 24 o 48 Vcc. Analógicas de 0-10 V o 4-20 mA. 47

Arquitectura interna de un autómata programable Interfaces de entrada y salida Criterios Por el tipo de señales

- Digitales de 1 bit. - Digitales de varios bits. - Analógicas.

Por la tensión de alimentación

- De corriente continua (estáticas de 24/110 Vcc) - De corriente continua a colector abierto(PNP/NPN) - De corriente alterna (60/110/220 Vca) - Salidas por relé (libres de tensión) - Con separación galvánica (optoacopladores). - Con acoplamiento directo.

Por el aislamiento

Por la forma de comunicación con la - Comunicación serie. - Comunicación paralelo. unidad central Por la ubicación - Locales - Remotos

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48

Arquitectura de los autómatas programables n

Arquitectura de los autómatas programables – Introducción a los autómatas programables n n

Estructura externa del autómata Bloques que forman un autómata programable

– Arquitectura interna de un autómata programable n n

Unidad central de proceso Memoria – Memorias internas – Memoria de programa

n n

Interfaces de entrada salida Fuente de alimentación

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Arquitectura interna de un autómata programable Fuente de Alimentación n

n

Misión: proporcionar las tensiones necesarias pare el funcionamiento de los distintos circuitos del sistema Debido a: – autómatas formados por bloques que requieren niveles de tensión y de potencia diferentes – están en ambientes con un alto contenido en ruido electromagnético.

n

Por estos motivos normalmente la alimentación se obtiene de diferentes fuentes separadas, procurando aislar o independizar las siguientes partes del circuito : – – –

Unidad central e interfaces E/S (alimentación autómata). Alimentación de entradas. Alimentación de salidas (cargas) de tipo electromagnético.

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Arquitectura interna de un autómata programable Fuente de Alimentación n

La alimentación de la CPU: – puede ser continua a 24 Vcc o alterna a 110/220 Vca – la propia CPU la que alimenta las interfaces conectadas a través del bus interno.

n

n

La alimentación de los circuitos de E/S puede realizarse, según tipos , en alterna a 48/110/220 Vca, o en continua a 12/24/48 Vcc. Formas de de alimentar a un autómata y a sus unidades de expansión de entradas/salidas locales (unidas por el bus interno del autómata), con sus sensores y actuadores: – Una única fuente incorporada en el autómata alimenta a la CPU con sus interfaces de entrada y salida y a los sensores y actuadores. A la unidad de expasión le llega la tensión a través del bus interno.

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Arquitectura interna de un autómata programable Fuente de Alimentación – Varias fuentes de alimentación diferentes para : n n n n

n

La propia del autómata La auxiliar para alimentación de E/S Fuente de alimentación CC para los actuadores de salida Fuente de alimentación de CA para los actuadores de salida

La elección de uno u otro sistema de alimentación depende de los siguientes aspectos : – –

Niveles de potencia necesarios para la aplicación. Compatibilidad entre la tensión auxiliar suministrada por el autómata y las necesarias en el sistema de E/S – Funcionamiento o no de sensores y cargas a igual tensión de alimentación – Necesidad de aislamiento galvánico en el sistema de E/S Autómatas Programables

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Despertar!!!

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M-

0

0 B 1

M

A⋅p M C BR

Y M C BL

3

BR- BL+ Z

Z 4

C+ BR+

2

Y 3

M+

1

A⋅p 2

SR- C-

B

M C SR X

4

BL-

SR+

X

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1

Programación de autómatas: Introducción al Grafcet n

Introducción a la programación del autómata – Definición del sistema de control n n n n n n

n

n

Descripciones literales Funciones algebraicas Esquemas de relés Diagramas lógicos Diagramas de flujo Grafcet

Definir las variables que intervienen y asignarles direcciones de de memoria Lenguajes de programación n n n

Lista de instrucciones Diagramas de contactos y funciones Lenguajes de alto nivel

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2

1

Programación de autómatas: Introducción al Grafcet n

Grafcet – – – –

Introducción Símbolos normalizados Reglas de evolución del Grafcet Posibilidades de representación de automatismos con Grafcet n

Estructuras base – Estructuras de secuencia única – Estructuras de secuencias paralelas

n

Estructuras lógicas – – – – –

n

Divergencia OR Convergencia OR Divergencia en AND Convergencia en AND Saltos Condicionales

Ejemplo

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3

Programación de autómatas: Introducción al Grafcet – – –

Implementación del Grafcet sobre autómatas programables Niveles de Grafcet Representación de situaciones especiales en Grafcet n n

Secuencias exclusivas Temporizadores y contadores en Grafcet

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4

2

Programación de autómatas: Introducción al Grafcet n

Introducción a la programación del autómata – Definición del sistema de control n n n n n n

n

n n

Descripciones literales Funciones algebraicas Esquemas de relés Diagramas lógicos Diagramas de flujo Grafcet

Definir las variables que intervienen y asignarles direcciones de de memoria Lenguajes de programación Grafcet

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5

Introducción a la programación del autómata n

Sistemas y recursos envueltos en la transferencia de información que rodean al autómata Análisis

Especificaciones MODELO DE CONTROL

Asignación de direcciones AUTÓMATA SISTEMA OPERATIVO

Editor Monitor

PROCESADOR PROCESO

INTERFACES E/S

MEMORIA DE PROGRAMA UNIDAD DE PROGRAMACIÓN Lenguaje de programación

SEÑALES DE EMERGENCIA -Paradas de urgencia -Alarmas

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PROGRAMA BINARIO

6

3

Introducción a la programación del autómata n

Podríamos dividir la programación del autómata en varios pasos : – Definir el sistema de control ( que debe hacer, en que orden, etc.): etc.): diagrama de flujo, la descripción literal o un grafo GRAFCET. – Identificar las señales de entrada y salida del autómata. – Representar el sistema de control mediante un modelo, indicando todas las funciones que intervienen, las relaciones entre ellas, y la secuencia que deben seguir. Algebraica (instrucciones literales) o gráfica (símbolos gráficos). – Asignar las direcciones de entrada/salida o internas del autómata autómata a las correspondientes del modelo. – Codificar la representación del modelo. Lenguaje de programación. programación. – Cargar el programa en la memoria del autómata desde la unidad de programación. – Depurar el programa y obtener una copia de seguridad.

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7

Introducción a la programación del autómata n

Esquema del desarrollo de un proceso controlado por un autómata INICIO Documentación del proceso: -Memoria de funcionamiento -Planos -Etc.

-Interpretación del proceso a controlar -Determinación de E/S, temporizadores, contadores, etc., necesarios

-Elección del autómata

-Asignación de E/S, temporizadores, contadores, etc., necesarios

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8

4

Introducción a la programación del autómata -Programación : -Diagrama -Lista de instrucciones -Etc.

-Esquema eléctrico: -de potencia -de proceso

-Autómata : - puesta en funcionamiento

-Plano distribución componentes del automatismo

-Puesta en modo RUN

-Esquema de conexionado E/S al Autómata. -Montaje

-Proceso a Controlar FIN Autómatas Programables ISA-UMH © TDOC-99

9

Programación de autómatas: Introducción al Grafcet n

Introducción a la programación del autómata – Definición del sistema de control n n n n n n

n

n n

Descripciones literales Funciones algebraicas Esquemas de relés Diagramas lógicos Diagramas de flujo Grafcet

Definir las variables que intervienen y asignarles direcciones de de memoria Lenguajes de programación Grafcet

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5

Definición del sistema de control n n n

Sistemas sin complejidad ⇒ lenguaje vulgar (descrip. Literal) Herramienta de representació representación basadas en sí símbolos(+ complejos) Clasificació Clasificación segú según los sí símbolos utilizados: – Preposicional : descripciones literales. – Algebraicas : funciones booleanas y aritméticas. – Gráfica : esquemas de contactos, diagramas lógicos o funciones lógicas, ordinogramas, técnicas GRAFCET

n

Descripciones literales – La descripción literal de un proceso y de su control puede hacerse hacerse enumerando literalmente las acciones a desarrollar por el mismo, expuestas secuencialmente y con indicación de las condiciones de habilitación o validación en cada caso. – Exhaustivamente o no define bien. Si se hace, difícil comprensión. comprensión.

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Definición del sistema de control – Se complementa con otras formas de representación n

Funciones algebraicas

Y = ( BC + B C ) ⋅ A

– Las funciones algebraicas de cada una de las salidas se obtienen: obtienen: n n

o bien directamente de la descripción literal del proceso a controlar controlar o bien se aplican métodos de síntesis basados en el álgebra de Boole Boole (tablas de verdad, Karnaugh, etc.).

– Difícil de analizar y sintetizar sistemas secuenciales. Limitado a la representación de combinaciones de variables independientes del tiempo (condiciones de alarma, operaciones aritméticas con variables variables analógicas, etc.) n

Esquemas de relés – Origen: en la representaciones electromecánicas de sistemas de mando

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6

Definición del sistema de control n

Esquemas de relés – representación de sistemas sencillos: señales lógicas binarias t odo nada (digitales), o bloques secuenciales predefinidos, como temporizadores y contadores. – Deficiencias en cuanto a la representación de funciones secuenci ales complejas y sobre todo en la manipulación de señales digitales d e varios bits (por ejemplo, las obtenidas de una conversión A/D). – Utilizado por electricistas o ingenieros con formación eléctrica

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Definición del sistema de control n

Esquema de relés

X1

Función Lógica :

X2

[( X 1 ⋅ X 2 ) + ( X 4 ⋅ X 5 ) + Y 1]⋅ X 3 = Y 1

X4

Y1

X5

X3

Y1

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7

Definición del sistema de control n

Diagramas lógicos – Este tipo de representación del sistema de control se utiliza en la documentación de las especificaciones y representación de los mismos – En muy pocos casos los usuarios finales de autómatas utilizan es ta representación

15

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T D O C - 99

Definición del sistema de control n

Diagramas de flujo – Organigrama y flujograma, es un sistema de representación que se basa en una serie de símbolos que según un convenio establecido tienen un determinado significado.

INICIO FIN

– 2 Niveles : n

ACCIONES

TOMA DE DECISIONES

NO

SI

Nivel 1: – secuencia de acciones a realizar – representar el funcionamiento general del sistema

n

Nivel 2: – especificadas las acciones en forma de instrucción: instrucciones instrucciones entendibles directamente por el autómata o en forma de funciones lógicas.

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8

Definición del sistema de control n

Grafcet (Graphe (Graphe de Comande Etape Transition, cuya traducción literal es Gráfico de Orden Etapa Transición) – “es una secuencia de etapas que tienen asociadas unas determinadas determinadas acciones a realizar sobre el proceso junto con las condiciones o transiciones que provocan que se produzca el paso de una etapa a otra” – Normalizado:International Electrotechnical Commision IEC 848 – Una de las mejores herramientas para representar automatismos secuenciales

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Definición del sistema de control n

Grafcet 0

Etapa inicial Transición o Condición asociada

Etapa

1

Acción asociada

Transición o Condición asociada

2

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Acción asociada

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9

Programación de autómatas: Introducción al Grafcet n

n

Introducción a la programación del autómata Definir las variables que intervienen y asignarles direcciones de memoria

n

Lenguajes de programación

n

Grafcet

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Definir las variables que intervienen y asignarles direcciones de memoria n

Definir las variables que intervienen y asignarles direcciones de de memoria – Con los métodos anteriores: n n

descripción funcional del sistema de control fijadas las entradas y salidas que tendrán nombres simbólicos

– Ejemplo: “Control de una puerta corredera accionada por medio de un motor. motor. El contactor S1 produce la apertura de la puerta, el contactor S2 controla controla el cierre de la puerta. El interruptor E3 de final de carrera se activa activa cuando la puerta esta abierta, y el interruptor E2 de fin de carrera se activa cuando la puerta esta cerrada......

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10

Definir las variables que intervienen y asignarles direcciones de memoria La puerta se abre al aplicar una determinada presión sobre un sensor sensor de paso de vehículos E1 situado enfrente de la puerta. Si el sensor E1 no se activa, la puerta se cierra– cierra–después de transcurridos 10 segundos. Si se activa E1, se cierra el contactor S2 y se mantiene cerrado hasta que el interruptor E3 de final de carrera desactive el contacator S2. Cuando Cuando se esta abriendo la puerta, o bien cuando una vez abierta haya detectado detectado un vehículo con el sensor E1, el temporizador T1 no se activa. Si Si no se dan estas circunstancias y la puerta esta abierta E3 activado, se se activa el temporizador T1, y transcurridos 10 segundos, la puerta se cierra cierra mediante el contactor S1 por el temporizador T1. La acción de cerrar cerrar se produce hasta que o bien se detecta fin de carrera E2 o bien se detecta otro vehículo mediante la activación de E1 en cuyo caso se abre la puerta activando para ello el contactor S2. Las lámparas LED1 y LED2 indican cuando se está cerrando o abriendo abriendo la puerta respectivamente.”

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Definir las variables que intervienen y asignarles direcciones de memoria n

Tabla de asignación de variables

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11

Definir las variables que intervienen y asignarles direcciones de memoria n

n

Posteriormente se asignan las direcciones físicas a estas variables variables

Además de estas variables: necesitare un contador que cuente los periodos de temporización. En las tablas anteriores este contador contador no se ha tenido en consideración.

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Programación de autómatas: Introducción al Grafcet n n

n

Introducción a la programación del autómata Definir las variables que intervienen y asignarles direcciones de de memoria Lenguajes de programación n n n

n

Lista de instrucciones Diagramas de contactos y funciones Lenguajes de alto nivel

Grafcet

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12

Lenguajes de programación n

n

“Conjunto de instrucciones y/o símbolos que están disponibles para escribir el programa, se denomina lenguaje de programación”

Si unidad de programación acepta directamente la representación del sist. de control, se carga en la CPU. Si no hay que traducirla traducirla al lenguaje de programación pertinente.

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Lista de instrucciones n

“Es un lenguaje booleano al cual se le ha añadido una serie de instrucciones que permiten la manipulación de datos y variables digitales y gestión del programa.”

Y = ( BC + B C ) ⋅ A

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LD "B” AN "C" LDN B" A "C” OLD A "A" = "Y"

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13

Diagrama de contactos. Diagrama de funciones n

n

Es un lenguaje gráfico procedente del lenguaje de relés que en base símbolos que representan contactos, bloques funcionales, etc. codifican la secuencia de control.

Diagrama de funciones: deriva de la representación lógica utilizada por los técnicos en electrónica digital

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Lenguajes de alto nivel n

n

Lista de instrucciones, diagramas de contactos, ... Insuficientes Insuficientes para programar aplicaciones complejas para autómatas de gama media y alta. Herramientas de ingeniería: – S7S7-SCL: lenguaje de alto nivel que se asemeja al Pascal – M7M7-ProC/C++: Entorno Borland C/C++ y depurador multitarea.

n

Casi todos los fabricantes de autómatas este tipo de herramientas herramientas que permiten programar en Basic, C, Pascal, Fortran, etc. mediante el uso de los interpretes o compiladores respectivos. Estas herramientas permiten resolver tareas de cálculo científico científico de alta resolución, clasificaciones y tratamiento de datos, estadísticas, etc., con acceso a subrutinas específicas de lenguajes lenguajes informáticos.

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Programación de autómatas: Introducción al Grafcet n n

n n

Introducción a la programación del autómata Definir las variables que intervienen y asignarles direcciones de de memoria Lenguajes de programación Grafcet – – – – – – –

Introducción Símbolos normalizados Reglas de evolución del Grafcet Posibilidades de representación de automatismos con Grafcet Implementación del Grafcet sobre autómatas programables Niveles de Grafcet Representación de situaciones especiales en Grafcet

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Grafcet Introducción n

n

n

n

El Grafcet es un método gráfico de modelado de sistemas de control secuenciales Surgió en Francia a mediados de los años 70, y fue creado por una agrupación de algunos fabricantes de autómatas, en concreto Telemecanique y Aper, Aper, junto con dos organismos oficiales, AFCET (Asociación Francesa para la Cibernética, Economía y Técnica y ADEPA (Agencia Nacional para el Desarrollo de la Producción Automatizada). Fue homologado en Francia (NFC), Alemania (DIN), y con posterioridad por la Comisión Electrotecnia Internacional ( IEC 848, 848, en 1998). Describe la evolución de un proceso que se pretende controlar, indicando las acciones que hay que realizar sobre dicho proceso y que informaciones provocan el realizar una u otra acción

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30

15

Programación de autómatas: Introducción al Grafcet n n

n n

Introducción a la programación del autómata Definir las variables que intervienen y asignarles direcciones de de memoria Lenguajes de programación Grafcet – – – – – – –

Introducción Símbolos normalizados Reglas de evolución del Grafcet Posibilidades de representación de automatismos con Grafcet Implementación del Grafcet sobre autómatas programables Niveles de Grafcet Representación de situaciones especiales en Grafcet

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Grafcet Símbolos normalizados n

Etapas – La evolución de un proceso representada mediante un gráfico Grafcet, esta formada por una sucesión de etapas que representan cada uno de sus estados, llevando cada una de ellas asociada una o varias acciones a realizar sobre el proceso. – Las etapas se representan con un cuadro y un número o símbolo con con un subíndice numérico en su interior, en ambos casos el número indica el orden que ocupa la etapa dentro del Grafcet – Las etapas iniciales, aquellas en las que se posiciona el sistema sistema al iniciarse el proceso, se representan con un cuadro doble. 1

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0

32

16

Grafcet Símbolos normalizados n

Acción asociada – Son una o varias acciones a realizar sobre el proceso, cuando la etapa de la cual dependen dichas acciones se encuentra activada. – Dichas acciones correspondientes a una etapa, se simbolizan mediante rectángulos conectados y situados a la derecha de dicha etapa. En el interior de estos rectángulos se indica, bien de forma forma literal, bien de forma simbólica, las acciones a realizar.

1

Activar Motor

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Grafcet Símbolos normalizados n

En una primera clasificación se puede dividir las acciones en dos dos tipos : – Incondicionales : acciones que se ejecutan con solo quedar activadas activadas las etapas correspondientes. – Condicionales : son las acciones que necesitan el cumplimiento de de una condición además de la propia activación de la etapa correspondiente. A 1

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Activar Motor1

Activar Motor2

34

17

Grafcet Símbolos normalizados n

Clasificar las acciones en : – Internas : acciones que se producen en el equipo de control, por ejemplo temporizaciones, contadores, cálculos matemáticos, etc. – Externas : las acciones que se producen sobre el proceso, por ejemplo abrir o cerrar una válvula, activar o desactivar una bomba, bomba, etc.

n

Transición y Condición de transición – En el diagrama Grafcet, un proceso se compone de una serie de etapas secuenciales que se activan una tras otra unidas mediante una transición. – El paso de una etapa a la siguiente se realiza dependiendo de si se cumple o no la condición de transición entre ellas. ellas

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Grafcet Símbolos normalizados

1

Activar Motor1 Condición de transición

2

n

n

Desactivar Motor1

Toda transición lleva asociada una condición de transición o función lógica booleana que se denomina receptividad, receptividad, y que puede ser verdadera o falsa. Se dice que la transición está validada, cuando la etapa o etapas etapas anteriores a la transición están activadas. El franqueamiento de la transición se producirá si, y sólo si, la transición esta validada validada y la receptividad es verdadera.

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18

Grafcet Símbolos normalizados n

Diferentes formas de anotar la receptividad: 1

1 E1

Literal (a)

1

(b)

1

1 =1

E1 (c)

(d)

1

1 E1↓

E1↑

(f)

n

(e)

a) Descripción literal. b) Condición de transición activa. E1 E2 E3 c) Condición de transición inactiva. d) Incondicional, siempre se activa la etapa siguiente. e) Condición de transición en forma de función lógica de varias variables. f) Condición de transición de flanco descendente, la señal pasa de 1 a 0. g) Condición de transición de flanco ascendente, la señal pasa de 0 a 1.

(g)

Arco – Es el segmento de recta que una transición (con su condición de transición) con una etapa y viceversa, pero nunca dos elemento iguales entre sí. Los arcos pueden ser o verticales u horizontales, horizontales, además los arcos verticales deben llevar una flecha indicando su sentido en el caso de ser este ascendente

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Grafcet Símbolos normalizados n

Esquema de elementos que componen el Grafcet Etapa Arco ascendete

Arco

Marca

Acción

0•

Activar Motor1

1

Desactivar Motor1

La situación de etapa activada, se indica mediante la colocación de una marca en el interior del gráfico representativo de la etapa etapa

Transición

n

Líneas paralelas (concurrencia )

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1

2

3

4

38

19

Programación de autómatas: Introducción al Grafcet n n

n n

Introducción a la programación del autómata Definir las variables que intervienen y asignarles direcciones de de memoria Lenguajes de programación Grafcet – – – – – – –

Introducción Símbolos normalizados Reglas de evolución del Grafcet Posibilidades de representación de automatismos con Grafcet Implementación del Grafcet sobre autómatas programables Niveles de Grafcet Representación de situaciones especiales en Grafcet

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Grafcet Reglas de evolución del Grafcet n

Reglas – La etapa inicial de un Grafcet se activan de forma incondicional. incondicional. Esta situación inicial se corresponde en general con una situación de reposo. – Una transición esta en disposición de ser validada cuando todas las etapas inmediatamente precedentes, unidas a dicha transición, están están activadas. La activación de una transición se produce cuando está está validada y la condición de transición o receptividad es verdadera. verdadera. Se podría definir una etapa como activable cuando la transición precedente esta validada.

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40

20

Grafcet Reglas de evolución del Grafcet n

Reglas – Franquear una transición implica la activación de todas las etapas etapas siguientes inmediatas, y la desactivación de las inmediatas precedentes. – Transiciones conectadas en paralelo, se activan de forma simultánea simultánea si se cumplen las condiciones para ello. – Una o varias acciones se asocian a cada etapa. Estas acciones sólo sólo están activas cuando la etapa esta activa.

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Programación de autómatas: Introducción al Grafcet Grafcet n

Grafcet – – – –

Introducción Símbolos normalizados Reglas de evolución del Grafcet Posibilidades de representación de automatismos con Grafcet n n n

– – –

Estructuras base Estructuras lógicas Ejemplo

Implementación del Grafcet sobre autómatas programables Niveles de Grafcet Representación de situaciones especiales en Grafcet

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42

21

Grafcet Estructuras base n

Grafcet soporta diferentes tipos de estructura secuencial: – Estructura base: trata conceptos de secuencialidad y concurrencia concurrencia – Estructura lógica: trata conceptos de concatenación de estructuras estructuras

n

Estructuras base – Estructuras de secuencia única n

Son estructuras formadas por secuencias de etapas que se van activando activando una tras otra, sin interacción con ninguna otra estructura

– Estructuras de secuencia paralela n

Son un conjunto de estructuras únicas activadas por una misma transición de forma simultanea. Después de la activación de las distintas secuencias su evolución se produce de forma independiente

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43

Grafcet Estructuras base

11

21

31 ......

1

12

22

32

2

. . . .

. . . .

. . . .

Estructura de secuencia única

xx

yy

11

xx

yy

yy

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Estructura de secuencias paralelas

44

22

Programación de autómatas: Introducción al Grafcet Grafcet n

Grafcet – – – –

Introducción Símbolos normalizados Reglas de evolución del Grafcet Posibilidades de representación de automatismos con Grafcet Estructuras base Estructuras lógicas Ejemplo

n n n

– Implementación del Grafcet sobre autómatas programables – Niveles de Grafcet – Representación de situaciones especiales en Grafcet

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45

Grafcet Estructuras lógicas n n

Funciones lógicas OR, AND y saltos condicionales Divergencia OR – Se utiliza cuando lo que se trata es de modelar la posibilidad de de tomar dos o más secuencias alternativas a partir de una etapa común. n1

x n

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y

La etapa n pasará a estar activa si estando activa la etapa n1, n1, se satisface la condición de transición o receptividad x. De igual forma la etapa n2 pasará a estar activa si estando activa la etapa n1 se satisface la condición de transición o receptividad y.

n2

46

23

Grafcet Estructuras lógicas n

Convergencia OR n

la etapa n1 pasará a estar activa, si estando activa la etapa n se satisface la condición de transición o receptividad x; o si estando activa la etapa n2 se satisface la condición de transición o receptividad y.

n2

x

y

n1

n

Divergencia AND – Permite la implementación de procesos concurrentes síncronos, de forma que dos o más subprocesos del sistema, representados por las las secuencias paralelas, pueden activarse de forma sincronizada.

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47

Grafcet Estructuras lógicas n

Grafcet. Divergencia en AND n1

La etapa n2 y n pasarán al estado activo, si estando activa la etapa n1 se satisface la condición de transición o receptividad d+c

d+c

n

n

n2

Convergencia en AND n

n2

La etapa n1 pasará a estar activa, si estando las etapas n-1 y n-2 activas se satisface la condición de transición o receptividad x

x n1

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48

24

Grafcet Estructuras lógicas n

Saltos Condicionales i x

i x

i+1 y

. . . .

i+1 y

. . . .

i+j z

(a) se implementa un salto condicional a la etapa i+j+1 si esta activada la etapa i y se cumple la condición de transición o receptividad (b) se implementa un bucle que permite la repetición de la secuencia secuencia de etapas hasta que x sea igual a 1.

i+j z

i+j+1 u

i+j+1 u

(a)

(b)

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49

Programación de autómatas: Introducción al Grafcet Grafcet n

Grafcet – – – –

Introducción Símbolos normalizados Reglas de evolución del Grafcet Posibilidades de representación de automatismos con Grafcet n n n

– – –

Estructuras base Estructuras lógicas Ejemplo

Implementación del Grafcet sobre autómatas programables Niveles de Grafcet Representación de situaciones especiales en Grafcet

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50

25

Grafcet Ejemplo n

El siguiente ejemplo, dos montacargas se mueva cuando se pulsa un botón (x1 o x2) en sentido ascendente hasta el final de recorrido (s,t), y de inmediato se descendiende a la situación inicial (q,r). s D1

t

U1

D2

X1

U2

X2

q

r

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51

Grafcet Ejemplo n

Primer supuesto: – La pulsación de x1 o x2 deberá iniciar el movimiento ascendente del montacargas m1 o m2 respectivamente. Sólo un montacargas debe estar en funcionamiento a la vez. También inicialmente se supone que el accionamiento simultáneo de los dos pulsadores no puede ocurrir. 0 X1 ⋅ q

X2 ⋅ r

U1

1

t

s 2

D1 q

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U2

3

4

D2 r

52

26

Grafcet Ejemplo n

Variación: se requiere un sólo pulsador X para iniciar el movimiento de los dos montacargas, sincronismo en el inicio del movimiento y la única restricción que se impone es que para cada ciclo de funcionamiento ambos montacargas deben estar situados en su posición incial (q y r). Además se deja abierta la posibilidad posibilidad de que los dos montacargas posean movimientos con distintas s t velocidades. D1

U1

D2

U2

X

q

r

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53

Grafcet Ejemplo n

Ejemplo con un solo pulsador

n

Con acciones condicionales

5

0

X⋅q⋅r

U1

1 0 s

X⋅q⋅r

1

U1 s

2

U2

3

q

t

D1

4

t D1

2 q

U2

3

D2

4 r

r D2

q⋅r

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54

27

Grafcet Ejemplo n

Si en el ejemplo anterior se pretende que exista también sincronismo en el moviento de descenso del montacargas, para ello el sistema debe esperar a que ambos montacargas se encuentren en la posición (s, t) antes de iniciar el movimiento de descenso simultáneo hasta la situación inicial (q, r).

0

s

t

X⋅q⋅r 1

U1 U2 q

s⋅t r 2

D1 D2 q⋅r

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55

Grafcet Ejemplo 0

U1

1

U2

5

s

t

2

6

1

D1

3 q

r

4

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D2

7

8

1

56

28

Programación de autómatas: Introducción al Grafcet Grafcet n

Grafcet – – – – – – –

Introducción Símbolos normalizados Reglas de evolución del Grafcet Posibilidades de representación de automatismos con Grafcet Implementación del Grafcet sobre autómatas programables Niveles de Grafcet Representación de situaciones especiales en Grafcet

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57

Grafcet Implementación del Grafcet sobre A.P.I n

n

n

Diagrama Grafcet que representa el proceso ⇒ en un algoritmo de control y su posterior programación sobre un API. Para ello a cada una de las etapas en las que se divide el Grafcet Grafcet se le asocia una variable interna. La condición de transición es la encarga de activar la etapa siguiente y desactivar la anterior; para ello se utilizan las instrucciones Set y Reset que poseen todos los autómatas programables.

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58

29

Grafcet Implementación del Grafcet sobre A.P.I n

En el Siemens S7S7-200 las instrucciones SET y RESET son: n

n

Cuando se ejecutan las operaciones “Set” (Poner a 1 (S)) y “Reset” (Poner a 0 (R)), se activa (se pone a 1) o se desactiva (se pone a 0) el número indicado de salidas (N) a partir del valor indicado por el bit o por el parámetro OUT.El margen de E/S que se pueden poner a 0 está comprendido entre 1 y 255. Las instrucciones Set y Reset se utilizan para activar o desactivar las variables internas que en este autómata son las marcas internas (M0.0, M0.1,...., etc.).

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59

Grafcet Implementación del Grafcet sobre A.P.I

0 . . .

a

Activa la etapa “y” y desactivar la etapa “x”

x b y

Activa la etapa “z” y desactivar la etapa “y”

c z d

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60

30

Grafcet Implementación del Grafcet sobre A.P.I n

Para activar la etapa inicial “0” existen diferentes formas : – Como última línea del programa de control del autómata, se pone a cero “Reset” de la marca asignada a la última etapa, siempre que la condición de transición se cumpla. Además añadimos una línea más donde se active la marca correspondiente a la etapa inicial siempre siempre que todas las etapas anteriores estén desactivadas.

....

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61

Grafcet Implementación del Grafcet sobre A.P.I – Otra posibilidad es que cuando se cumpla la última condición de transición se desactive la última etapa activa y se active la etapa etapa inicial.

– Existe otra posibilidad de activación de la etapa inicial, que se se realiza mediante el uso de variables internas del sistema. Esta última opción opción depende del tipo de autómata utilizado. Autómatas Programables ISA-UMH © TDOC-99

62

31

Grafcet Implementación del Grafcet sobre A.P.I n

Varios ejemplos de cómo codificar en lenguajes de contactos algunos casos que se pueden dar en diagramas Grafcet – Divergencia OR

n1

x

x

n

n2

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63

Grafcet Implementación del Grafcet sobre A.P.I – caso de secuencias paralelas 10 a

11

12

13

14

. . . .

. . . .

21

22

23

24

b Autómatas Programables ISA-UMH © TDOC-99

25

64

32

Grafcet Implementación del Grafcet sobre A.P.I – Saltos condicionales a otras etapas 1 x

11

2 y

(a)

x

. . . .

12 y

8 z

. . . . 25

(b)

z 9

u

26 u

(a)

(b)

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Grafcet Implementación del Grafcet sobre A.P.I n

Mediante funciones lógicas en un diagrama de escalera – La ecuació ecuación de activació activación o desactivació desactivación asociada a la etapa ené enésima :

En = En −1 ⋅ Tn −1 + En +1 ⋅ En

"La etapa En se activará activará, si estando activada la etapa En-1 y desactivada la En+1 se satisface la transició transición Tn-1. Apartir de este instante permanecerá permanecerá activada hasta que se active la En+1" – Aparte se tiene que afrontar las ecuaciones de activació activación de las acciones asociadas a las etapas. etapas. La expresió expresión de estas ecuaciones dependerá dependerá del cará carácter condicional o incondicional de estas acciones.

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66

33

Grafcet Implementación del Grafcet sobre A.P.I Etapa nú número 5

Etapa nú número 3 0 . . .

Ta E3

A1

A1 = E3

A5 = E5

E4 = E3 ⋅ Tb + E4 E5 A2 A3 A4

Tc E5

E5 = E 4 ⋅ Tc + E5 E6

Etapa nú número 4

Tb E4

E3 = E 2 ⋅ Ta + E3 E 4

x A5

A6

Td

A6 = x ⋅ E5

A2 = E 4 A3 = E 4 A4 = E 4

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Grafcet Implementación del Grafcet sobre A.P.I n n

Si Grafcet ª estructuras ló lógicas, saltos, etc ª Fun. Log. +Complejas Partiendo de Ecuac. Ecuac. General: En t + ∆t = Cond A + Cond D ⋅ En

(

)

– CondA: CondA: condició condición de activació activación – CondD, condició condición de manteniemiento y desactivació desactivación

n

DIVERGENCIA OR

(t )

i

Cond D = (E1 + E 2 + ..... + Ei ) = ∑ E n n =1

E0

x1 E1

MORGAN xi

x2 E2

Ei

i

Cond D = ∏ E n n =1

i

E 0 (t + ∆t ) = Cond A + ∏ E n ⋅ E 0 (t ) n =1

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68

34

Grafcet Implementación del Grafcet sobre A.P.I n

CONVERGENCIA OR i

E1

E2 x1

Cond A = ( E1 ⋅ x1 + E 2 ⋅ x 2 + .... + E j ⋅ xi ) = ∑ E n ⋅ x n

Ei

n =1

xi

x2

i

E0

E0 (t + ∆t ) = ∑ En ⋅ xn + Cond D ⋅ E0 (t ) n =1

n

DIVERGENCIA AND E0

i

Cond D = ∏ E n n =1

x

i

E 0 (t + ∆t ) = Cond A + ∏ E n ⋅ E 0 (t )

E2 ......... En

E1

n =1

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Grafcet Implementación del Grafcet sobre A.P.I n

CONVERGENCIA AND E1

E2

........

En

. x

 i  Cond A =  ∏ E n  ⋅ x  n =1 

E0

 i  E 0 (t + ∆t ) =  ∏ E n  ⋅ x + Cond D ⋅ E0 (t )  n =1 

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70

35

Grafcet Implementación del Grafcet sobre A.P.I n

Etapas iniciales – La etapa/as inicial/es deben quedar activadas cuando se inicializa el sistema. – las etapas iniciales no tienen ninguna etapa ni transición precedente que puedan incluirse en las condiciones de activación (CondA (CondA)) de la expresión general. – Para solucionar este problema se introducen unas condiciones de activación iniciales CondAI, CondAI, adicionales a las condiciones de activación CondA. CondA. – Este tipo de etapas se implementan, mediante la siguiente expresión:

E 0 (t ) = Cond AI + Cond A

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Grafcet Implementación del Grafcet sobre A.P.I n

La expresió expresión de las condiciones de activació activación iniciales se puede obtener de dos formas: – Aprovechando el hecho de que, en la fase de inicializació inicialización del programa las variables está están inicializadas a cero y por tanto, tambié también todas las variables internas representativas de las diversas etapas etapas existentes estará estarán inicializadas a cero.

Cond

AI

=

i

i

∏

n =1

En

E 0 (t ) = ∏ E n + Cond A n =1

Esta expresió expresión puede llegar a ser laboriosa de implementar, si el Grafcet que se está está realizando dispone de un gran nú número de etapas. Autómatas Programables ISA-UMH © TDOC-99

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36

Grafcet Implementación del Grafcet sobre A.P.I – Otra posibilidad, aparece por el hecho de que los autó autómatas programables disponen de una serie de marcas del sistema o marcas marcas especiales. Existe una de ellas que está está activa durante el primer ciclo de programa y desactiva en los restantes.

Cond AI = SM

E0 (t + ∆t ) = SM + Cond D ⋅ E0 (t ) + Cond A Autómatas Programables ISA-UMH © TDOC-99

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Grafcet Implementación del Grafcet sobre A.P.I

Ejemplo de implementar las etapas iniciales :

0

X1

X2

1

3 X3

a) E 0 (t ) = E1 ⋅ E 2 ⋅ E3 ⋅ E 4 + E 2 ⋅ X 5 + E 4 ⋅ X 6

X4

2

4 X5

b)

X6

E 0 (t + ∆t ) = SM + (E1 + E3 ) ⋅ E 0 (t ) + E 2 ⋅ X 5 + E 4 ⋅ X 6

(

ó

)

E0 (t + ∆t ) = SM + E1 ⋅ E3 ⋅ E0 (t ) + E2 ⋅ X 5 + E4 ⋅ X 6 Autómatas Programables ISA-UMH © TDOC-99

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37

Programación de autómatas: Introducción al Grafcet Grafcet n

Grafcet – – – – – – –

Introducción Símbolos normalizados Reglas de evolución del Grafcet Posibilidades de representación de automatismos con Grafcet Implementación del Grafcet sobre autómatas programables Niveles de Grafcet Representación de situaciones especiales en Grafcet

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Grafcet Niveles de Grafcet n

A la hora de representar mediante un grafcet el sistema de control es conveniente estructurarlo dos niveles : – Nivel 1 : En este nivel se representa solamente el funcionamiento lógico del sistema en una terminología próxima al lenguaje corriente, corriente, se realiza independientemente de las decisiones que a posteriori se tomen en cuanto a la tecnología a utilizar, a la nomenclatura y tipo de variables seleccionadas, etc – Nivel 2 : En este nivel se tienen en cuenta las decisiones tecnológicas tomadas, la nomenclatura y tipo de variables, etc. y se hace referencia a ellas en el diagrama grafcet de este nivel

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76

38

Grafcet Niveles de Grafcet n

Ejemplo: Sistema de control de una máquina taladradora

M BR BL SR

X Y Z C

P A

B

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Grafcet Niveles de Grafcet n

Funcionamiento de la taladradora: n

n

n

existe un pulsador “B”, “B”, de inicialización del sistema, con objeto de que el motor adquiera una velocidad de giro de régimen permanente, que se obtiene accionando M. El taladro posee varias velocidades en el sentido longitudinal del eje, léase bajada lenta del utensilio del taladro taladro BL, BL, bajada rápida BR y subida rápida SR. SR. La pieza en la que se va a realizar el taladro se detecta mediante mediante un detector inductivo P, y se sujeta mediante dos sujeciones accionadas por C. La tarea de realizar un taladro sigue la siguiente secuencia: primero se detecta la pieza mediante el detector inductivo, posteriormente posteriormente se pulsa el botón “A” de inicio de operación con lo que actúan las sujeciones de la pieza y al mismo tiempo se inicia el descenso rápido rápido de la broca “BR”. “BR”. Antes de empezar a realizar el taladro propiamente dicho a la pieza, pieza, el detector “Y” provoca el paso de descenso rápido de la broca a descenso lento “BL”, “BL”, el cual se interrumpe cuando se detecta el final de carrera “Z”. “Z”. Inmediatamente se produce la subida rápida de la broca hasta alcanzar la posición de reposo “X”. “X”.

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39

Grafcet Niveles de Grafcet n

Grafcet Nivel 1 0 Pulsador de inicialización Motor de giro reg. permanente

1

Inicio de operación y detectada pieza 2

Apresar pieza y descenso rápido broca Fin de descenso rápido

3

Descenso lento Final de carrera descendente

4

Ascenso rápido de la broca Final de carrera ascendente

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Grafcet Niveles de Grafcet n

Grafcet Nivel 2

0

0

M

1

A⋅p M C BR

2

M C BL

3

M C SR X

(a) Pr. monoestable Autómatas Programables ISA-UMH © TDOC-99

BR -

BL+

Z

Z 4

C+ BR+ Y

Y 3

M+

1

A⋅p 2

M - SR - C B

B

4

BL - SR+ X

(b) Pr. biestable

80

40

Programación de autómatas: Introducción al Grafcet Grafcet n

Grafcet – – – – – – –

Introducción Símbolos normalizados Reglas de evolución del Grafcet Posibilidades de representación de automatismos con Grafcet Implementación del Grafcet sobre autómatas programables Niveles de Grafcet Representación de situaciones especiales en Grafcet

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Grafcet Representación de situaciones especiales en Grafcet n

Secuencias exclusivas 9

a b 10

n

a b 11

Temporizadores y contadores – Función temporización en Grafcet se implementa a través del operador de temporización t / n / temp El valor de la temporización en seg, min u hor. Etapa a la cual esta referida la temporización. Indica la operación de temporización.

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82

41

Grafcet Representación de situaciones especiales en Grafcet n

Clasificación de las temporizaciones: – Temporización con retardo: retardo: Cada dispositivo de temporización tiene asociada una variable que en este tipo de temporización permanece permanece en estado bajo “0”, mientras que se efectúa la operación de temporización. temp Variable de temporización Etapa n

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Grafcet Representación de situaciones especiales en Grafcet – Temporización al arranque: arranque: Cada dispositivo de temporización tiene asociada una variable que en este tipo de temporización permanece permanece en estado lógico alto “1”, desde el mismo comienzo de la temporización, pasando a estado lógico bajo “0” cuando ha transcurrido la temporización establecida. Su funcionamiento es el mismo que la temporización con retardo si la variable asociada al al temporizador es complementada, por lo tanto este tipo de temporización se denota complementando la notación que representa la temporización con retardo. temp Variable de temporización Etapa n

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84

42

Grafcet Representación de situaciones especiales en Grafcet n

Incorporación de las temporizaciones al Grafcet: – Temporización de acciones: acciones: Es el caso en el cual se pretende temporizar la ejecución de la acción asociada a una etapa, de forma forma que no se ejecute la acción hasta que transcurra un cierto instante instante de tiempo. temp Variable de temporización t / n / temp Trn-1 n

Etapa n

A

Trn

Acción A Trn

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Grafcet Representación de situaciones especiales en Grafcet – Temporización de la transición de una etapa: etapa: Es el caso en el cual la receptividad asociada a una transición depende de que la variable variable de temporización sea activada. Si se trata de una temporización con retardo esta transición no será superada hasta que transcurra un cierto instante de tiempo. temp Variable de temporización

Trn-1 n

B

Etapa n

t / n / temp Acción A

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43

Grafcet Representación de situaciones especiales en Grafcet n

Contadores – Hay tres tipos, los que realizan la operación cuenta de forma ascendente, descendente o ambas a la vez.

Trn-1 n

Trn

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Trn-1 B = B+1

n

B = B-1

Trn

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44

Grupo de Tecnología Industrial

Autómatas Programables

1

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Grupo de Tecnología Industrial

Contenido n n

Introducción Modos de Marcha – Marchas automáticas n n

Funcionamiento semiautomático Funcionamiento automático

– Marchas de intervención n

n

Marchas de ajuste del sistema

Seguridad – Tratamiento de alarmas y emergencias

n

Diseño estructurado de sistemas de control – Macroetapas en los diagramas grafcet – Diagramas grafcet jerarquizados

Autómatas Programables

2

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1

Grupo de Tecnología Industrial

Contenido n n

Introducción Modos de Marcha – Marchas automáticas n n

Funcionamiento semiautomático Funcionamiento automático

– Marchas de intervención n

n

Marchas de ajuste del sistema

Seguridad – Tratamiento de alarmas y emergencias

n

Diseño estructurado de sistemas de control – Macroetapas en los diagramas grafcet – Diagramas grafcet jerarquizados

Autómatas Programables

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Introducción n

n

Anteriormente, nteriormente, diagrama Grafcet teniendo en cuenta só sólo funcionamiento normal, sin considerar posibles paradas de emergencia, tipos de funcionamiento manual o automá automático, etc. Diseñ iseño de los sistemas de control de una forma estructurada, – – –

n

diagrama grafcet de seguridad(paradas de emergencia) de modos de marcha de producció producción.

Ventajas: – diseñ diseño má más detallado de cada una de las tareas a atender por parte del sistema de control – permite y facilita su representació representación documentada de forma má más comprensible y legible para su posterior modificació modificación o mantenimiento.

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4

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2

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Introducción n

Como resulta obvio en todo diseñ diseño estructurado existen relaciones de intercambio de informació información y jerarquí jerarquía entre cada uno de los subsistemas. subsistemas. – Orden: Seguridad, Modos de marcha y funcionamiento normal

E1

. . .

EnEn-1 En

Grafcet de Seguridad

Grafcet de Modos de Marcha

Grafcet de Producción

Autómatas Programables

. . .

S1

SnSn-1 Sn

5

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Contenido n n

Introducción Modos de Marcha – Marchas automáticas n n

Funcionamiento semiautomático Funcionamiento automático

– Marchas de intervención n

n

Marchas de ajuste del sistema

Seguridad – Tratamiento de alarmas y emergencias

n

Diseño estructurado de sistemas de control – Macroetapas en los diagramas grafcet – Diagramas grafcet jerarquizados

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3

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Modos de Marcha n

n

Los modos de marcha son los distintos modos de funcionamiento que pueden darse en los sistemas automatizados(se excluye de esta definició definición todo comportamiento no determinista del sistema). Funcionamiento normal de un sistema de control es cíclico. clico. Segú Según como se ejecute este ciclo, ciclo, CLASIFICACIÓ CLASIFICACIÓN: – Sistemas que ejecutan el ciclo de funcionamiento indefinidamente a partir de una autorizació autorización del operador. – Sistemas que ejecutan un ciclo y requieren la autorizació autorización del operador, para realizar el siguiente y así así consecutivamente. – Sistemas en los que el operador tiene un control permanente sobre sobre la activació activación de cada una de las etapas.

n

Con estos modos multitud de combinaciones. Dividir en dos grandes grupos: marchas automá automáticas y marchas de intervenció intervención.

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7

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Contenido n n

Introducción Modos de Marcha – Marchas automáticas n n

Funcionamiento semiautomático Funcionamiento automático

– Marchas de intervención n

n

Marchas de ajuste del sistema

Seguridad – Tratamiento de alarmas y emergencias

n

Diseño estructurado de sistemas de control – Macroetapas en los diagramas grafcet – Diagramas grafcet jerarquizados

Autómatas Programables

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4

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Marchas automáticas n

n

Es el modo de funcionamiento normal, para el cual el sistema ha sido diseñ diseñado. Se puede realizar una clasificació clasificación dentro de las marchas automá á ticas en: autom – Funcionamiento semiautomá semiautomático – Funcionamiento automá automático

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Funcionamiento semiautomático n

n

En este modo de funcionamiento cada ciclo necesita la autorizació autorización del operador para ejecutarse. La ejecució ejecución de cada uno de los ciclos: ciclos: mediante la variable CC (Comienzo de ciclo). ciclo). n

Introducida ntroducida en la transició transición inicial junto con las condiciones iniciales (CI) de inicio de ciclo. 0

Para evitar que el operador no tenga un control total sobre la ejecució ejecución del ciclo o que se ejecuten ciclos no deseados: deseados:

CC ⋅ CI 1

Comienzo de Ciclo(CC) mediante un flanco de subida Se introduce una etapa de "anti "anti--repetició repetición" cuya acció acción asociada consiste en desactivar la condició condición de comienzo de ciclo (CC) activada al inicio de ciclo para poder pasar al ciclo siguiente.

Las condiciones iniciales(CI) pueden ser la comprobació comprobación de que los distintos elementos que componen el automatismo se encuentran en la posició posición inicial para asegurar un correcto funcionamiento del sistema.

N FIN N+1

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N

10

CC

5

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Funcionamiento automático n

C u a n d o se ejecuta la orden de comienzo de ciclo(CC), el sistema p e r m a n e c e f u n c i o n a n d o d e f o r m a ininterrumpida , hasta que se produce una orden de parada, complementaria de la anterior. n

n

La parada, es este modo de funcionamiento detiene el sistema al final del ciclo en curso, a diferencia de las paradas de emergencia, c u y o objeto es parar de inmediato la ejecuci ó n del ciclo sea cual sea su situaci ó n.

Para implementar este modo de funcionamiento se utiliza una estructura jerarquizada de dos diagramas Grafcet , donde el de orden superior(maestro), controla el funcionamiento del de orden inferior(esclavo).

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Funcionamiento automático n

2 Grafcet , donde el de orden superior(maestro), controla el funcionamiento del de orden inferior(esclavo). Parada 10

0 E11 ⋅ CI 1

CC ⋅ CI ⋅ PC

Marcha Automática

11 PC

Parada de Ciclo

N FIN

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Contenido n

Introducción

n

Modos de Marcha – Marchas automáticas n

Funcionamiento semiautomático

n

Funcionamiento automático

– Marchas de intervención n

n

Marchas de ajuste del sistema

Seguridad – Tratamiento de alarmas y emergencias

n

Diseño estructurado de sistemas de control – Macroetapas en los diagramas grafcet – Diagramas grafcet jerarquizados

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Marchas de intervención n

Son modos de funcionamiento especiales, utilizados en los per í odos de ajuste del funcionamiento de los sistemas de control a u t o m á ticos. – Una vez implementado un sistema autom á tico, pueden aparecer as í ncronismos en su funcionamiento, de dif í cil previsió previsi ó n a priori, derivados entre otros motivos de la clase de tecnolog í a utilizada. – A d e m á s estos as í ncronismos tambi é n pueden aparecer por envejecimiento, deterioro o falta de mantenimiento de los elemen tos integrantes del proceso.

n

“ Marchas de ajuste del sistema ”

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Marchas de ajuste del sistema n

El operador ejerce un control estricto no ya sobre la ejecuci ó n de un ciclo, sino sobre la ejecuci ó n de una etapa o conjunto de ellas en un mismo ciclo.

n

Es la forma de operaci ó n utilizada, sobre todo en los procesos de ajuste y puesta a punto de los sistemas automatizados , mediante el cual se corrigen funcionamientos imprevistos, fallos, aver í as o correcciones precisas en el funcionamiento de las m á quinas o dispositivos de control.

n

F r e c u e n t e m e n t e la parada del sistema, bien sea por inhibici ó n de las acciones asociadas a las etapas, o bien por congelaci ó n del automatismo impidiendo el franqueamiento de determinadas transiciones. n

Este modo de funcionamiento requiere un conocimiento exhaustivo del sistema, por parte del operador, as í c o m o l a i m p l e m e n t a c i ó n del sistema mediante una tecnolog í a que haga posible una f á cil intervenci ó n.

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Contenido n

Introducción

n

Modos de Marcha – Marchas automáticas n

Funcionamiento semiautomático

n

Funcionamiento automático

– Marchas de intervención n

n

Marchas de ajuste del sistema

Seguridad – Tratamiento de alarmas y emergencias

n

Diseño estructurado de sistemas de control – Macroetapas en los diagramas grafcet – Diagramas grafcet jerarquizados

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Seguridad n

El sistema de control dise ñ ado ha de tener en cuenta situaciones imprevistas, aver í as, emergencias, etc de forma que se garantice el buen funcionamiento del sistema. n

n

H ay del que asegurar la integridad de los operadores humanos al cargo de los sistemas o bien la seguridad de las propias instalaciones industriales donde se ubique el sistema, cuya reparaci ó n p u e d e s u p o n e r un coste elevado.

S eguridad engloba: – S e guridad : anular el posible peligro para las personas e instalaciones – Disponibilidad: eliminar las paradas como consecuencia de fallos del sistema

n

El estudio de la seguridad del sistema tiene que abordar tanto el a n á lisis de riesgos(probabilidad y gravedad en la aparici ó n), as í como el cumplimiento de la normativa legal al respecto.

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Tratamiento de alarmas y emergencias n

S e g ú n el grado en que la alarma pueda afectar al sistema: – Alarmas locales : son las que afectan s ó lo parcialmente al sistema. – Alarmas generales : son las que afectan a la totalidad del sistema y por lo general ser á n prioritarias.

n

I m p l e m e n t a r mediante la introducci ó n de una nueva variable de la forma siguiente: n

Introducci ó n de la variable asociada en las condiciones de desactivaci ó n de la funci ó n l ó gica activadora / desactivadora de etapa.

(

E n = A L ⋅ AT ⋅ E n −1 ⋅ T n −1 + E n ⋅ E n +1 Alarma local

n

n

Introducci ó n de la variable asociada en las funciones l ó gicas asociadas a las receptividades. Introducci ó n de la variable asociada como condici ó n adicional a la ejecuci ó n de las acciones asociadas a las etapas.

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)

Alarma total

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Tratamiento de alarmas y emergencias n

El tratamiento de las alarmas producidas en el sistema frente a situaciones de emergencia puede se r : – Sin secuencia de emergencia : ante una situaci ó n de alarma, el sistema se limita a detener su evoluci ó n y suspende las operaciones b á sicas, asociadas a la etapa donde se produce la suspensi ó n. n

Inhibici ó n de acciones

n

Congelaci ó n del automatismo AT

AT A

2 T2

B T3

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B

AT

AT 4

T 4 ⋅ AT

C T4

Autómatas Programables

3 T 3 ⋅ AT

AT

4

A

T 2 ⋅ AT

AT

3

2

Inhibici ó n de acciones

C

Congelaci ó n del automatismo

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Tratamiento de alarmas y emergencias – Con secuencia de emergencia : n

A l a r m a deriva hacia la ejecuci ó n de una secuencia de emergencia, constituida por una o m á s etapas, cuyas acciones est á n orientadas a situar a los operadores y al proceso mismo en las mejores condic iones posibles, en orden a salvaguardar su integridad.

T2 ⋅

T3 ⋅

T4 ⋅

2

AT

3

AT

4

AT

AT

AT

AT 10 Secuencia de Emergencia

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Contenido n

Introducción

n

Modos de Marcha – Marchas automáticas n

Funcionamiento semiautomático

n

Funcionamiento automático

– Marchas de intervención n

n

Marchas de ajuste del sistema

Seguridad – Tratamiento de alarmas y emergencias

n

Diseño estructurado de sistemas de control – Macroetapas en los diagramas grafcet – Diagramas grafcet jerarquizados

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Diseño estructurado de sistemas de control

n

D ise ñ o estructurado de un sistema de control . – representaci ó n separada de los diversos aspectos del modelo del sistema, tales como: n

funcionamiento normal

n

modos de marcha posibles

n

paradas de emergencia, etc.

– Este dise ñ o se consigue realizar con ayuda de diagramas funcionales parciales , as í como las relaciones existentes entre ellos.

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Diseño estructurado de sistemas de control n

Macroetapas – Las macroetapas , sustituyen secuencias de etapas, cuya aparici ó n se repite en varias ocasiones a la largo del diagrama grafcet . El objetivo que se persigue es la simplicidad y legibilidad de los diagramas grafcet .

M3

– R eglas : n

2

E3

T2

=1

n n

3 M3

T3

=1

La expansi ó n de una m a c r o e t a p a s i e m p r e t e n d r á una sola etapa de entrada y una sola etapa de salida. La etapa de entrada (E) se activar á cuando se active la m a c r o e t a p a . La activaci ó n de la etapa de salida (S) implicar á la validaci ó n de las transiciones inmediatamente posteriores a la m a c r o e t a p a .

4 T4

6 T7

5 T5 S3

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Diseño estructurado de sistemas de control n

Diagramas Grafcet Jerarquizados – Entre cada uno de estos diagramas grafcet parciales debe haber una relaci ó n jerarquica . F orzado de estados de uno u otro gracet .

n

La jerarquización debe respetar una serie de reglas : – Si un grafcet tiene la posibilidad de forzar otro, este no tendrá ninguna posibilidad de forzar al anterior – en todo instante un grafcet sólo podrá ser forzado por un unico grafcet .

2

F/G2:{8,10}

(1)

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F/G2:{ }

3

(2)

F/G2:{ * }

4

(3)

C uando este activa la etapa 3 del grafcet actual, el grafcet G2 pasa a tener todas sus etapas desactivadas hasta que se desactiva la etapa 3 del grafcet actual

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Diseño estructurado de sistemas de control Grafcet de Producción (G2)

0

Grafcet de Seguridad (G0) F/G2:{0} F/G1:{40}

10 E11 ⋅ CI

1

Parada

Rearme

Marcha

11 PC

Grafcet de Modos de Marcha (G1)

40

41 N FIN

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