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AUTOMATAS PROGRAMABLES

supervision por un plc

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Autómatas programables ISA-UMH © T DOCDOC-99 99

Contenido del curso Teoría :

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Introducción Introducción al Control Industrial

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Contenido del curso Teoría : n n n n n n

Introducción 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

Autómatas programables ISA-UMH © TDOC-99

Contenido del curso Práctica :


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Introducción a los autómatas Siemens S7-200

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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.


Bibliografía n

Título: “Autómatas Programables: Programables y Práctica”  Programables:: Teoría Sign up to vote on this title useful  Useful  Not Autor: Nicolás , Roque Saltarén , Rafa Nicolás García, García, Miguel Miguel Almonacid Puertol

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Bibliografía n

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


Bibliografía n

Título: “Autómatas Programables” Autor: Josep Balcells, Jose Luis Romeral Sign up to vote on this title  Useful  Not useful Editorial: Marcombo Año: 1997

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Bibliografía n

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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


Introducción al Control industrial n

Introducción al Control Industrial Sign up to vote on this title

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 Useful  Not useful Arquitectura de los autómatas programables

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Introducción al Control Industrial Arquitectura de los autómatas programables

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Programación de autómatas: Introducción al Grafcet

n

Sensores y actuadores


Introducción al Control Industrial n

Introducción Introducción al Control Industrial – Introducción n

n

Definición Antecedentes históricos

Topología de los sistemas de control


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Introducción al Control Industrial n


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– 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


Introducción Definición de control n

Se puede definir control como “la manipulación indirecta de la magnitudes de un sistema llamado planta a través de otro  sis Sign up to vote on this title llamado sistema de control”  Useful  Not useful

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Introducción Definición de control n

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

SISTEMA DE CONTROL

OPERADOR

CONSIGNAS

PLANTA

SEÑALES DE CONTROL

RESPUESTA


Introducción Antecedentes Históricos (I) n

Primeros sistemas de control siglo XIX y principios del XX. n

⇒

Revolución industrial finales d Sign up to vote on this title



Basados en componentes mecánicos yelectromagnéticos, básicame Useful  Not useful engranajes, palancas, pequeños motores, relés, contadores y temporizadores.

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Introducción Antecedentes Históricos (I) n

Primeros sistemas de control siglo XIX y principios del XX. n

n

⇒

Revolución industrial finales d

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

Uso de contadores, relés, temporizadores, ... para automatiza 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 comp licada Stock de material muy importante. Costo económico muy alto No flexibles


Introducción Antecedentes Históricos (II) n

A partir de los años 50 ⇒ semiconductores semiconductores y los primeros circuitos integrados. integrados. Sustituirían las funciones realizadaspor Sign up to vote on this title relés.  Useful  Not useful – Mejoras Sistemas de menor tamaño y con menor desgaste.

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Introducción Antecedentes Históricos (II) n

A partir de los años 50 ⇒ semiconductores semiconductores y los primeros circuitos integrados. integrados. Sustituirían las funciones realizadas por 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 más un sistema económico, robusto, flexible y fácilmente modificable. En 1968 nacieron los primeros autómatas programables ( APIs PLCs). PLCs).

– General Motors y Ford paralelamente Bedford Associates Inc. Inc. R.E. Mor Autómatas programables ISA-UMH © TDOC-99

Introducción Antecedentes Históricos (III) n

n

Los primeros PLCs: memoria cableada y una unidad central constituida por circuitos integrados.  Sign up to vote on this title A principios de los 70, PLCs incorporan MICROPROCESADO Useful  el  Not useful

– Más prestaciones, elementos de comunicación hombre -máquina modernos, manipulación de datos, cálculos matemáticos, funcion

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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 MICROPROCESADO

– Más prestaciones, elementos de comunicación hombre -máquina modernos, manipulación de datos, cálculos matemáticos, funcion de comunicación, etc. n

Segunda mitad de los 70 n

n

más capacidad de memoria, posibilidad de entradas/salidas remota analógicas y numéricas, funciones de control de posicionamiento, aparición de lenguajes con mayor número de instrucciones más pot y, desarrollo de las comunicaciones con periféricos y ordenadore s.

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

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


Introducción Antecedentes Históricos (IV) n

n

Más capacidad de diagnóstico en el funcionamiento e incremento en en los tip lenguajes de programación : desde los lenguajes de contactos, lenguajes lenguajes d funciones lógicas, lista de instrucciones basados en nemotécnicos, nemotécnicos,flujogra lenguajes informáticos, Grafcet, Grafcet, etc... Sign up to vote on this title

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

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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 tip lenguajes de programación : desde los lenguajes de contactos, lenguajes lenguajes d funciones lógicas, lista de instrucciones basados en nemotécnicos, nemotécnicos, flujogra lenguajes informáticos, Grafcet, Grafcet, etc...

Microautómatas y Nanoautómatas que se utilizan en apertura y cier puertas, domótica, control de iluminación, control de riego de jardin 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 contr cont de canales de comunicación para que puedan conectarse entr y con ordenadores en red. Red de autómatas. CIM


Introducción Antecedentes Históricos (V) n

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

Especificaciones técnicas del sistema




Useful  Not useful Estudio preliminar Conocer con el mayor detalle posible las carácteristicas, carácteristicas, el funcionamiento, las distintas

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Introducción Antecedentes Históricos (V) n

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

Estudio preliminar Conocer con el mayor detalle posible las carácteristicas, carácteristicas, el funcionamiento, las distintas funciones, etc. , de la máquina o proceso proceso aa automatizar.

Especificaciones técnicas del sistema o proceso a automatizar Elección de las opciones tecnológicas más eficaces

Análisis técnico y económico Especificaciones técnicas del automatismo : materiales, aparatos, su adaptación al sistema, etc. Valoración económica.

Evaluación de las opciones desde el punto de vista económico Toma de Decisiones

Lógica Cableada Autómatas programables

Lógica Programada

Toma de la decisión final - Ventajas e inconvenientes - Posibles ampliaciones - Rentabilidad de la inversión - etc

FIN

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Topología sistemas Topología de los sistem as de control

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– Topología sistemas Topología de los sistem as de control n



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

Objetivo de un sistema de control es:

– gobernar la respuesta de una planta planta,, Sign sinupque el operador interv to vote on this title directamente sobre sus elementos de salida. El operador man  Useful  Not useful únicamente las magnitudes de consigna y el sistema de contr cont encarga de gobernar dicha salida a través de los accionamientos

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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 planta,, sin que el operador interv directamente sobre sus elementos de salida. El operador man únicamente las magnitudes de consigna y el sistema de contr cont encarga de gobernar dicha salida a través de los accionamientos – El sistema de control ccontr ontrol ol opera, en general, con magnitudes de potencia, llamadas genéricamente señales, y gobierna accionamientos que son los que realmente modulan la pot entregada a la planta. Tipos de topologías : – Lazo Abierto – Lazo Cerrado


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

Lazo Abierto

– Sistema de control no recibe información del comportamiento de  Sign up to vote on this title planta  Useful  Not useful

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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 planta ENERGIA

SISTEMA DE CONTROL

SEÑALES DE CONSIGNAS

ACCIONAMIENTOS

PLANTA

SEÑALES DE CONTROL

Elementos de señal

Elementos de potencia


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

Lazo Cerrado

– Existe una realimentación a través de los sensores desde  la plan Sign up to vote on this title hacia el sistema de control.  Useful  Not useful ENERGIA

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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 plan hacia el sistema de control. ENERGIA SEÑALES DE CONSIGNA

SISTEMA DE CONTROL

ENTRADAS

SALIDAS ACCIONAMIENTOS SEÑALES DE CONTROL

REALIMENTACIÓN INTERFACES

RESPU

PLANTA

SENSORES

Elementos de potencia

Elementos de señal Autómatas programables ISA-UMH © TDOC-99



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– Tipos sistemas Tipos de sistem as de control n

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Tipos de sistemas de control (I) n

Clasificación, según el tipo de señales que intervienen en la pl a controlar: controlar:  Sign up to vote on this title

– Sist. Control Analógicos: señales de tipo continuo a 10 V, 4  Useful  Not(0useful mA, etc.) propocionales a unas determinadas magnitudes físicas (presión, temperaotura, velocidad, etc.)

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Tipos de sistemas de control (I) n

Clasificación, según el tipo de señales que intervienen en la pl a controlar: controlar:

– Sist. Control Analógicos: señales de tipo continuo (0 a 10 V, 4 mA, etc.) propocionales a unas determinadas magnitudes físicas (presión, temperaotura, velocidad, etc.) – Sist. Control Digitales: señales binarias (todo o nada) sólo pue representar dos estados o niveles. – Sist. Control híbridos analógicos-digitales: Autómatas programab 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)


Tipos de sistemas de control (II) n

Unidad de control: señales digitales y analógicas Sign up to vote on this title

 ENTRADAS DIGITALES

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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

A/D

A/D

SALIDAS ANALÓGICAS


Tipos de sistemas de control (III) n

Clasificación de los sistemas de control según la tecnología Sign up to vote on this title

CLASIFICACIÓN TECNOLÓGICA

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Tipos de sistemas de control (III) n

Clasificación de los sistemas de control según la tecnología CLASIFICACIÓN TECNOLÓGICA

Lógi Ló gica ca Ca Cabl blea eada da

Neumática Hidráulica

Eléctrica Electrónica

Lógi Ló gica ca Pr Prog ogra rama mada da

Autómata Prog.

Microprocesador

Computadora


Tipos de sistemas de control (IV) Característica a Estudiar Programada Flexibilidad Posibilidad de ampliación

Lógica Cableada Sign up to vote on this title

Baja  Useful Baja

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Lógi 

Alta Alta

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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 indepen-Estructuración en bloques indepen dientes

Lógica Cableada

Lógi

Baja Baja Muchas Mucho Difícil No Alto

Alta Alta Pocas Poco Fácil Si Bajo

Difícil

Fácil




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– El autómat programablee autómataa programabl – Control por Ordenador


El Autómata programable n

Autómata programable




– Juega el papel de UNIDAD DE CONTROL  Useful  Not useful – Incluye total o parcialmente las intefaces con las señales de la p (niveles de tensión e intensidad industriales, transductores y

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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 p (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, config sistema a la medida de las necesidades)




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Control por Ordenador (I) n

Procesos complejos n

n

n

⇒

sistemas de control con:

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


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Control por Ordenador (I) n

Procesos complejos n

n

n

n

n

n

n

⇒

sistemas de control con:

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 miniordenado esta actualmente muy difusa


Control por Ordenador (II) n

Actualmente

– red de autómatas controlados por por uno o varios ordenadores  Sign upde to vote on this title lo que se consigue combinar las ventajas ambos, facilidad de useful (ordena  Useful de  Not interfaces estándar (autómata) y la potencia cálculo – El sistema resultante tiene las siguientes características :

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Control por Ordenador (II) n

Actualmente

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

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Sistema programable con una capacidad de cálculo elevada Interfaces hombre-máquina estándar, proporcionados por el orden Software estándar para el manejo de datos y gestión de la produc 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


Despertar!!! Sign up to vote on this title

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MEMORIA DE Sign up to vote on this title PROGRAMA

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MEMORIA DE PROGRAMA

BUS INTERNO

INTERFACES DE ENTRADA

MEMORIA IMAGEN E/S

MEMORIA DE DATOS TEMPORIZADORES

UNIDAD CENTRAL CPU


CONTADORES

Autómatas Programables ISA-UMH © T DOCDOC-99 99

Arquitectura de los autómatas programables n

Arquitectura de los autómatas programables – Introducción a los autómatas programables Sign up to vote on this title n

n

Estructura externa del autómata  Useful  Not useful Bloques que forman un autómata programable

Arquitectura interna de un autómata programable

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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

Autómatas Programables ISA-UMH © TDOC-99


Arquitectura de los autómatas programables – Introducción a los autóm atas programables Sign up to vote on this title n

n



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

n



n


n

n



Introducción a los autómatas programables n

Un autómata programable es: o “un equipo electrónico, basado en unSign microprocesador up to vote on this title microcontrolador , que tiene generalmente Not useful  Usefuluna  configuración modular, puede programarse en lenguaje no informático y est diseñado para controlar procesos en tiempo real y en ambient

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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 est diseñado para controlar procesos en tiempo real y en ambient agresivo (ambiente industrial)”

Una característica característica diferenciadora del autómata programable fr a otros sistemas de control programables está en la estandarización de su hardware, que permite la configuración sistemas de control a medida. medida.


Introducción a los autómatas programables Esquema de un proceso controlado por un PLC Sign up to vote on this title

 ACTUADORES

PROCESO

Useful

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 Not useful SENSORES

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

ACTUADORES

SENSORES

PROCESO

Informa suminis proceso

Acciones que se que se realizan sobre el proceso

SALIDAS

ENTRADAS

AUTOMATA




n

Estructura externa del autómata  Useful

 Not useful

Bloques que forman un autómata programable


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Estructura externa del autómata

n



n


n

n



Introducción a los autómatas programables Estructura externa n

n

Aspecto físico exterior del mismo, los bloques en los que esta dividido, etc. etc.  Sign up to vote on this title Clasificación  Useful  Not useful – Estructura compacta

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n

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

n

n

en un solo bloque todos sus elementos : fuente de alimentación, memorias, entrada/salida, etc. aplicaciones en el que el número de entradas/salidas es pequeño, 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 poste actualizaciones. Configuración del sistema variable Funcionamiento parcial del sistema frente a averías localizadas, rápida reparación con la simple sustitución de los módulos averiado averi ado



Estructura modular. Del autómata S7-224.

MODUL  CPU Not useful EXPANSI 




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Estructura modular. Del autómata S7-224. CPU

MODUL EXPANSI





n


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

Bloques principales – Bloque de entradas n




Adapta y codifica de forma comprensible para la CPU las s Not useful  Useful  procedentes de los dispositivos de entrada o captadores, com ejemplo, pulsadores, finales de carrera, sensores, etc.

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Bloques principales – Bloque de entradas n

n

Adapta y codifica de forma comprensible para la CPU las s procedentes de los dispositivos de entrada o captadores, com ejemplo, pulsadores, finales de carrera, sensores, etc. Misión: proteger los circuitos internos del Autómata, proporcion and separación eléctrica entre estos y los captadores.

– Bloque de salidas n

Decodifica las señales procedentes de la CPU, las amplifica y la s en 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 program a de usuario y en función de las entradas, activa las salidas deseada s.



Bloques principales Sign up to vote on this title

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Bloques principales

Dispositivos de entrada o captadores

Bloque Entradas

CPU

Bloque Salidas

Dispositiv de salida o actuadores



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




A partir de una tensión exterior proporciona tensiones Not useful neces aria  Usefullas para el funcionamiento de los distintos circuitos electrónicos d el autómata.

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

n

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

– Consola de programación n

PC o consolas de programación

– Periféricos n

Son aquellos elementos auxiliares, físicamente independientes de autómata, que se unen al mismo para realizar una función específ que amplían su campo de aplicación o facilitan su uso. Como tale intervienen directamente ni en la elaboración ni en la ejecución del programa


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

circuitos o dispositivos electrónicos que permiten la conexióna la C los elementos periféricos descritos. Sign up to vote on this title 

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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 C 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

Dispositivos periféricos




n


Arquitectur internaa de un autómat a programable Arquitecturaa intern

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– Arquitectur internaa de un autómat a programable Arquitecturaa intern n

n


n

n



Arquitectura interna de un autómata programa n

Esquema de la arquitectura interna de un PLC Sign up to vote on this title


BATERÍA

MEMORIA DE  Useful PROGRAMA

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Arquitectura interna de un autómata programa n

Esquema de la arquitectura interna de un PLC FUENTE DE ALIMENTACIÓN

BATERÍA

MEMORIA DE PROGRAMA

BUS INTERNO


MEMORIA IMAGEN E/S

MEMORIA DE DATOS TEMPORIZADORES

UNIDAD CENTRAL CPU

INTERFACE DE SALIDA

CONTADORES




n



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Unidad central de proceso

n

Memoria – Memorias internas – Memoria de programa

n

n



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

La CPU (Crontrol Processing Unit) es la encargada de ejecut programa de usuario y activar el sistema de entradas y  salida Sign up to vote on this title

– Tiene la misión, en algunos tipos de autómatas, de contro Useful  Not useful  comunicación con otros periféricos externos, como son la unid programación, LCDs, LCDs, monitores, teclados, otros autómatas u ordenadores, etc

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La CPU (Crontrol Processing Unit) es la encargada de ejecut programa de usuario y activar el sistema de entradas y salida

– Tiene la misión, en algunos tipos de autómatas, de contro comunicación con otros periféricos externos, como son la unid programación, LCDs, LCDs, monitores, teclados, otros autómatas u ordenadores, etc. etc. n

La CPU esta formada por el microprocesador ( µP), la memoria circuitos lógicos complementarios

– El microprocesador microprocesado progra mables microprocesad orr se sustituye por dispositivos lógicos programables 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 mem adquiriendo las instrucciones una a una. El funcionamiento funcionamiento es de tipo interpretado , con decodificació las instrucciones cada vez que son ejecutadas



Lenguaje compilado vs interpretado – Compilado n

programa fuente ⇒ compilaci ón linkado ⇒ programa ejecutable

Interpretado


⇒



⇒ enlazado programa  Useful objeto  Not useful

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Lenguaje compilado vs interpretado – Compilado n

programa fuente ⇒ compilaci ón linkado ⇒ programa ejecutable

⇒

programa objeto

⇒

enlazado

– 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



Esquema de los bloques fundamentales que componen una C  Sign up to vote on this title BUS DE DIRECCIONES DIRECCIONES  Useful  Not useful BUS DE DATOS

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

ACUMULADOR DECODIFICADOR FLAGS

ALU

REGISTROS DE LA PILA

RELOJ PROGRAMA

CONTADOR DE PROGRAMA

MONITOR SISTEMA



ALU

– unidad aritmético lógica, es la parte de la CPU donde se –realiza  Sign up to vote on cálculos y las decisiones lógicas (combinaciones Y,this O,title sumas,  Useful  Not useful comparaciones, etc.). n

ACUMULADOR

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ALU

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

ACUMULADOR

– almacena el resultado de la última operación realizada por la AL n

FLAGS

– indicadores de resultado de operación (mayor que, positivo, negativo, resultado cero, etc.). etc.). El estado de estos flags puede se 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.


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

DECODIFICADOR DE INSTRUCCIONES Y SECUENCIADOR

– cableado y/o programado, donde se codifican las instrucciones le  Sign up to vote on this title en la memoria y se generan las señales de control pertinentes.  Useful  Not useful n

PROGRAMA ROM

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

DECODIFICADOR DE INSTRUCCIONES Y SECUENCIADOR

– cableado y/o programado, donde se codifican las instrucciones le en la memoria y se generan las señales de control pertinentes. n

PROGRAMA ROM

– El fabricante suele grabar una serie de programas ejecutables fi firmware o software del sistema y es a estos programas a los qu accederá el microprocesador para realizar las funciones ejecutiv – El software de sistema de cualquier Autómata consta de una ser funciones básicas que realiza en determinados tiempos de cada n

n

n

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



PROGRAMA ROM

– Este software o programa del sistema Sign es up ligeramente variable pa  to vote on this title cada autómata, pero, en general, contiene las siguientes funcion  Useful  Not useful n

Supervisión y control de tiempo de ciclo (watchdog (watchdog), watchdog), table de datos alimentación, batería, etc

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PROGRAMA ROM

– Este software o programa del sistema es ligeramente variable pa cada autómata, pero, en general, contiene las siguientes funcion n

n

n

n

n

n

Supervisión y control de tiempo de ciclo (watchdog (watchdog), 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 configuració n de 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 d programa de usuario. Autómatas Programables ISA-UMH © TDOC-99



n



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Unidad central de proceso

n

Memoria – Memorias internas – Memoria de programa

n

n



Arquitectura interna de un autómata programa Memoria n

Definición

“cualquier tipo de dispositivo que permita almacenar información  Sign up to vote on this title forma de bits (unos y ceros), los cuales pueden ser leídos posic  Useful  Not useful posición (bit a bit), o por bloques de 8 (byte) o dieciséis posi cion (word)”

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Definición

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

Clasificación

– RAM (Random Access Memory), memoria de acceso aleatorio o memoria de lectura-escritura. Pueden realizar los procesos de le y escritura por procedimientos eléctricos. Su información desapa 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 ellas; los datos e instrucciones los graba el fabricante y el us uari uar puede alterar su contenido. Aunque haya un fallo en la alimenta Autómatas Programables ISA-UMH © TDOC-99


Clasificación (lectura/escritura) – Memorias de lectura/escritura, RAM Sign up to vote on this title  – Memorias de sólo lectura, no reprogramables ROM Not useful  Useful ,  – Memorias de sólo lectura, reprogramables, con borrado por ultravioletas, EPROM

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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, reprogramables, alterables por medios medio eléctricos, EEPROM. Tienen un número máximo de ciclos de borrado/grabado.


Arquitectura interna de un autómata programa Memoria MEMORIA

VOLÁTIL NO VOLÁTIL

LECTURA/ESCRITURA SÓLO LECTURA

APLICACIONES Datos internos  Memoria Sign up to vote on this title Imagen E/S

RAM RA M



ROM

Useful

 Not useful

Monitor Intérprete

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Arquitectura interna de un autómata programa Memoria MEMORIA

VOLÁTIL

LECTURA/ESCRITURA SÓLO LECTURA

RAM RA M

NO VOLÁTIL

APLICACIONES Datos internos Memoria Imagen E/S

ROM

Monitor Intérprete

EPROM

Programa de usuario (Lo Guarda una vez depurado)

RAM + BATERIA RAM + EEPROM EEPROM

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


Arquitectura interna de un autómata programa program Memoria Programas firmware y de sistema. (ROM o EPROM) Memorias temporales (RAM o EPROM)




usefulfirmware  oUseful Programa memoria delNot sistema

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Arquitectura interna de un autómata programa program 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)

Memoria de la tabla de datos MEMORIA INTERNA

Memoria de Memoria del programa de usuario MEMORIA DE PROGRAMA




n



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Unidad central de proceso Memoria – Mem orias internas – Memoria de programa

n

n



Arquitectura interna de un autómata program Memorias internas n

n

Se almacena el estado de las varibles que maneja el autómata entradas, salidas, contadores, relés internos, señales deestad Sign up to vote on this title etc.  Useful  Not useful Clasificación por el tipo de variables que almacena y el númer bits que ocupa la variable:

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n

Se almacena el estado de las varibles que maneja el autómata entradas, salidas, contadores, relés internos, señales de estad etc. Clasificación por el tipo de variables que almacena y el númer 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


Arquitectura interna de un autómata programa 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 Sign up to vote on this title  Useful  Not useful Memoria Imagen – almacena las últimas señales leídas en la entrada y enviadas a l

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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 l salida, actualizandose tras cada ejecución completa del program



Ciclo de tratamiento de las señales de entrada/salida a través las memorias imagen:  Sign up to vote on this title

– Antes de la ejecución del programa deusuario, Useful la NotCPU usefulconsulta l estados de las entradas físicas y carga con ellos la memoria ima de entradas

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Ciclo de tratamiento de las señales de entrada/salida a través las memorias imagen:

– Antes de la ejecución del programa de usuario, la CPU consulta l estados de las entradas físicas y carga con ellos la memoria ima de entradas. MEMORIA DE PROGRAMA IMAGEN DE ENTRADAS INTERFAZ DE ENTRADAS

CPU

MEMORIA DE DATOS

IMAGEN DE SALIDAS INTERFAZ DE SALIDAS


Arquitectura interna de un autómata programa 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 Sign up to vote on this title los temporizadores, contadores y relés internos. El resultado de useful  Useful  Notde cálculos queda depositado en la memoria imagen salidas.

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

IMAGEN DE ENTRADAS INTERFAZ DE ENTRADAS

IMAGEN DE SALIDAS

CPU

INTERFAZ DE SALIDAS

MEMORIA DE DATOS



– Finalizada la ejecución, la CPU transfiere a las interfaces de salid estados de las señales contenidos en la memoria imagen  de sali Sign up to vote on this title quedando el sistema preparado para comenzar un nuevo ciclo 

Useful

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– Finalizada la ejecución, la CPU transfiere a las interfaces de salid estados de las señales contenidos en la memoria imagen de sali quedando el sistema preparado para comenzar un nuevo ciclo MEMORIA DE PROGRAMA IMAGEN DE ENTRADAS INTERFAZ DE ENTRADAS

IMAGEN DE SALIDAS

CPU

INTERFAZ DE SALIDAS

MEMORIA DE DATOS



Ciclo real (Optimizar) Sign up to vote on this title

 Interfaz de entradas a

Useful

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Ciclo real (Optimizar)

Interfaz de entradas a Memoria imagen de entradas

Memoria imagen de salidas a Interfaz de salidas Ejecución del programa



Carga en la memoria imagen de entradas de las entr digitales.  Sign up to vote on this title

Cuando se cierra el interruptor se guarda

MODULO DE ENTRADAS DIGITALES

 Not useful MEMORIA DE Useful ENTRADAS (Bit) 0

7

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

MODULO DE ENTRADAS DIGITALES

E0 E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7

MEMORIA DE ENTRADAS (Bit) 0

7 D

Byte 0

0

7

. . . . . . . Byte N

Masa


Arquitectura interna de un autómata programa program Memorias internas n

Carga en la memoria imagen de entradas de las entradas analógicas.  Sign up to vote on this title

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Arquitectura interna de un autómata programa program 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

7

Byte 0 . . . . . . . Byte N



Esquema de la transferencia de los datos contenidos e memoria de salidas a las salidas digitales  Sign up to vote on this title

 MODULO DE

Useful

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MEMORIA DE SALIDAS (Bit)

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

MODULO DE SALIDAS DIGITALES

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

E0 E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7

MEMORIA DE SALIDAS (Bit) 0

7 D

Byte 0

0

7

. . . . . . . Byte N

Masa



Esquema de la transferencia de los datos contenidos en la memoria de salidas a las salidas analógicas  Sign up to vote on this title

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MEMORIA DE SALIDAS

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

MEMORIA DE SALIDAS (Bit)

0-10V

EA 0 Masa

0 7 D D D D D D D D

CONVERSOR A/D

0

7

Byte 0 . . . . . . . Byte N


CONVERTIDOR A/D n

CONVERTIDOR A/D Sign up to vote on this title

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CONVERTIDOR A/D n

CONVERTIDOR A/D


CONVERTIDOR D/A Sign up to vote on this title

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CONVERTIDOR D/A



OTRAS VARIABLES QUE SE ALMACENAN EN LA MEMO INTERNA :  Sign up to vote on this title

– relés internos ocupan posiciones RAMde 1 bit, utilizados Useful useful  yNotson área de datos temporales, como salida de resultados de operac intermedias, y para controlar otros bits o registros, temporizado

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OTRAS VARIABLES QUE SE ALMACENAN EN LA MEMO INTERNA :

– relés internos ocupan posiciones RAM de 1 bit, y son utilizados área de datos temporales, como salida de resultados de operac intermedias, y para controlar otros bits o registros, temporizado contadores. – relés auxiliares/especiales se guardan en posiciones de 1 b mantienen información sobre señales necesarias para el sis como co mo relo relojes jes,, bit bitss de de con contr trol ol,, flags flags de esta estado doss de de la la C informa informació ción n sobre sobre el autó autómat mata a (Run, (Run, Stop, Stop, Halt, Halt, errores errores,, etc.). etc.). relés pueden consultarse y utilizarse desde el programa usuario. – Area de temporizadores y contadores ocupa posiciones de 16 más bits, capaces de almacenar los valores de preselección y e actualizados de estos elementos. Autómatas Programables ISA-UMH © TDOC-99



n





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n


n

n



Arquitectura interna de un autómata program Memorias de programa n

Almacena el programa de usuario.




– Además puede contener datos alfanuméricos y useful textos variab  Useful  Not también información parametrizada sobre el sistema, por eje nombre o identificación del programa escrito, indicaciones sob

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Arquitectura interna de un autómata program Memorias de programa n

Almacena el programa de usuario.

– Además puede contener datos alfanuméricos y textos variab también información parametrizada sobre el sistema, por eje nombre o identificación del programa escrito, indicaciones sob 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) ).


Arquitectura interna de un autómata programa Memorias de programa Sign up to vote on this title



Useful

 Not useful

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Arquitectura interna de un autómata programa Memorias de programa


Arquitectura interna de un autómata programa program Memorias de programa n

n

memoria de usuario es siempre de tipo permanente RAM + batería o EPROM/EEPROM  Sign up to vote on this title Secuencia normal de trabajo  Useful  Not useful n

en la fase de desarrollo y depuración del programa de control se las memorias RAM respaldadas por batería

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Arquitectura interna de un autómata programa program 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 las memorias RAM respaldadas por batería una vez se este seguro del funcionamiento correcto del programa pasa este a las memorias no volátiles EPROM o EEPROM. Cartuchos memoria

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

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




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Int erfaces de entrada salida

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Fuente de alimentación


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

misión establecer un puente de comunicación entre el autóma el proceso  Sign up to vote on this title

n

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interfaces de entrada filtran, adaptan  y codifican de forma compren Useful  Not useful para la CPU las señales procedentes de los elementos de entrada. Las interfaces de salida son las encargadas de decodificar, y amplif

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

misión establecer un puente de comunicación entre el autóma el proceso n

n

n

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

En los autómatas pequeños, el tipo de interfaces disponibles s ser limitado, siendo las más frecuentes, clasificadas por entrad entra y salidas: – Entr Entra adas das n

Corriente Corriente continua continua a 24 o 48 Vcc.Corrient Vcc.Corriente e alterna a 110 o 220 Vca. Analó 0-10 0-10 Vcc Vcc o 4-20 4-20 mA

– Salidas n

Por relé. relé. Estát Estática icass por triac triac a 220 Vca máximo. máximo. Cole Colecto ctorr abierto abierto para 24 24 o Analógicas Analógicas de 0-10 0-10 V o 4-20 mA.


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

Por la tensión de alimentación

- Digitales de 1 bit.  - DigitalesSign de varios bits. up to vote on this title - Analógicas.Useful   Not useful - De corriente continua (estáticas de 24/110 Vcc)

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Arquitectura interna de un autómata program 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




n



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Interfaces de entrada salida

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Fuente de alimentación


Arquitectura interna de un autómata programa program Fuente de Alimentación n

n

Misión: proporcionar las tensiones necesarias pare el funcionamiento de los distintos circuitos del sistema Sign up to vote on this title Debido a:  Useful  Not useful

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– autómatas formados por bloques que requieren niveles de tens de potencia diferentes

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Arquitectura interna de un autómata programa program 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 tens de potencia diferentes – están en ambientes con un alto contenido en ruido electromagné n

Por estos motivos normalmente la alimentación se obtien diferentes fuentes separadas, procurando aislar o independiza siguientes partes del circuito : – Unidad central e interfaces E/S (alimentación autómata). – Alimentación de entradas. – Alimentación de salidas (cargas) de tipo electromagnético.


Arquitectura interna de un autómata program Fuente de Alimentación n

La alimentación de la CPU:

– puede ser continua a 24 Vcc 24 Vcc o alterna Sign a 110/220 Vca 110/220 Vca  up to vote on this title – la propia CPU la que alimenta las interfaces  Useful conectadas  Not useful a travé bus interno.

La alimentación de los circuitos de E/S puede realizarse, s

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Arquitectura interna de un autómata program Fuente de Alimentación n

La alimentación de la CPU:

– puede ser continua a 24 Vcc 24 Vcc o alterna a 110/220 Vca 110/220 Vca – la propia CPU la que alimenta las interfaces conectadas a travé bus interno. n

n

La alimentación de los circuitos de E/S puede realizarse, s tipos , en alterna a 48/110/220 Vca, o en continua a 12/2 Vcc. Vcc. Formas de de alimentar a un autómata y a sus unidade expansión de entradas/salidas locales (unidas por el bus del autómata), con sus sensores y actuadores :

– Una única fuente incorporada en el autómata alimenta a la CPU sus interface interfacess de entrada y salida salida y a los sensores y actuadores actuadores unida unidad d de expa expasi sión ón le llega llega la tens tensión ión a travé travéss del del bus bus inte intern rno. o. Autómatas Programables ISA-UMH © TDOC-99

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

n

n

n

La propia del autómata  Sign up to vote on this title La auxiliar para alimentación de E/S  Useful  Not useful Fuente de alimentación CC para los actuadores de salida Fuente de alimentación de CA para los actuadores de salida

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

n

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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 d siguientes aspectos :

– Niveles de potencia necesarios para la aplicación. – Compatibilidad entre la tensión auxiliar suministrada por el aut y las necesarias en el sistema de E/S – Funcionamiento o no de sensores y cargas a igual tensió alimentación – Necesidad de aislamiento galvánico en el sistema de E/S Autómatas Programables ISA-UMH © TDOC-99

Despertar!!! Sign up to vote on this title

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B 1

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A⋅p M C BR

2

M C BL

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BR- BL+ Z

Z 4

C+ BR+ Y

Y 3

M+

1

A⋅p 2



M- SR- C-

0

0


M C SR X

4

BL- SR+ X

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

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


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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


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 Sign up to vote on this title Temporizadores y contadores en Grafcet Useful  Not useful

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Introducció Introducción n a la programación del autómata Introducción – 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 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

AUTÓMATA SISTEMA OPERATIVO PROCESADOR


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Asignación de

direcciones Useful

Editor Monitor

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Podríamos dividir la programación del autómata en varios pasos : – Definir el sistema de control ( que debe hacer, en que orden, et c.): 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 autómat a a las correspondientes del modelo. – Codificar la representación del modelo. Lenguaje de programación . – Cargar el programa en la memoria del autómata desde la unidad de programación. – Depurar el programa y obtener una copia de seguridad. 7



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


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

-Esquema eléctrico: -de potencia -de proceso

-Autómata : - puesta en funcionamiento funcionamiento

-Plano distribución componentes del automatismo -Esquema de conexionado E/S al Autómata. -Montaje

-Puesta en modo RUN

-Proceso a Controlar FIN

9



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

n

n

n

n

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


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Definición del sistema de control n n n

Sistemas sin complejidad ⇒ lenguaje vulgar (descrip. Literal) Herramienta de representació representación basadas en sí sí mbolos(+ mbolos(+ complejos) Clasificació Clasificación segú según los sí sí mbolos mbolos 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 hacer se 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 comprensió n. 11


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 : n

n

Sign to voteaon thisrolar title o bien directamente de la descripción literal delupproceso cont o bien se aplican métodos de síntesis basados en el álgebra Boole B oole  Useful  Notdeuseful (tablas de verdad, Karnaugh, etc.).

– Difícil de analizar secuenciales. Limitado a la analizar yy sintetizar sistemas secuenciales.



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Definición del sistema de control n

Esquemas de relés – representación de sistemas sencillos: señales lógicas binarias t o do 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

A u t ó m a t a s

P r o g r a m a b le s

I S A - U M H

T D O C - 9 9

©

13


Esquema de relés X1

Función Lógica :

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

X2

X4

Y1


 X5

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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 f inales de autómatas utilizan es ta representación

A u t ó m a t a s

P r o g r a m a b le s

I S A - U M H

T D O C - 9 9

©

15


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. Sign up to vote on this title

 INICIO FIN

ACCIONES

TOMA DE DECISIONES

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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 determinad as 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 Normalizado: International Electrotechnical Commision IEC 848 – Una de las mejores herramientas para representar automatismos secuenciales

17



Grafcet 0

Etapa inicial Transición o Condición asociada

Etapa

1

Acción asociada

Transición o


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n

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

n

Lenguajes de programación

n

Grafcet


19

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 funcional del sistema de control Sign up to vote on this title fijadas las entradas y salidas que tendrán Useful simbólicos nombres  Not useful

– Ejemplo:

“Control de una puerta corredera accionada por medio de un motor . El

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Definir las variables que intervienen y asignarles direcciones de memoria La puerta se abre al aplicar una determinada presión sobre un se nsor de paso de vehículos E1 situado enfrente de la puerta. Si el sensor E1 no se activa, la puerta se cierra –después –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. C uando se esta abriendo la puerta, o bien cuando una vez abierta haya dete ctado un vehículo con el sensor E1, el temporizador T1 no se activa. S i no se dan estas circunstancias y la puerta esta abierta E3 activado, se s e activa el temporizador transcurridos 10 temporizador T1, T1, y transcurridos 10 segundos, segundos, la puerta se cierr a mediante el contactor S1 por el temporizador T1. La acción de ce rrar 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 abrie ndo la puerta respectivamente.”

21



Tabla de asignación de variables




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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.


23

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  Sign up to vote on this title Lenguajes de programación  Useful  Not useful Lista de instrucciones instrucciones n

n

n

Diagramas de contactos y funciones Lenguajes de alto nivel

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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 repr esentación del sist. de control, se carga en la CPU. Si no hay que traducirla traducir la al lenguaje de programación pertinente. 25


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.” Sign up to vote on this title

Y = ( BC + B C ) ⋅ A

LD Useful "B”   Not useful AN "C" LDN B"

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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 digi tal 27


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.  Sign up to vote on this title Herramientas de ingeniería: – S7S7-SCL: lenguaje de alto nivel que se asemeja al Pascal  Useful  Not useful – M7M7-ProC/C++: Entorno Borland C/C++ y depurador multitarea.

n

Casi todos los fabricantes de autómatas este tipo de herramientas herramientas

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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 29


Grafcet Introducción 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 Sign up to vote on this title Telemecanique y Aper Aper,, junto con dos organismos oficiales, AFCET useful  Useful  Not (Asociación Francesa para la Cibernética, Economía y Técnica y ADEPA (Agencia Nacional para el Desarrollo de la Producción Automatizada).

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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 asociada una o  Signde up ellas to vote on this title varias acciones a realizar sobre el proceso.  Useful  Not useful – Las etapas se representan con un cuadro y un número o símbolo co n un subíndice numérico en su interior, en ambos casos el número indica el orden que ocupa la etapa dentro del Grafcet

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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 fo rma literal, bien de forma simbólica, las acciones a realizar.

1

Activar Motor

33



En una primera clasificación se puede dividir las acciones en dos do s tipos : – Incondicionales : acciones que se ejecutan con solo quedar activ adas  las etapas correspondientes. Sign up to vote on this title – Condicionales : son las acciones que necesitan cumplimiento Not useful d e  Useful el  una condición además de la propia activación de la etapa correspondiente.

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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 bom ba, 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.

35


Grafcet Símbolos normalizados 1

Activar Motor1 Condición de transición

2

n

Desactivar Motor1




Useful

 Not useful

Toda transición lleva asociada una condición de transición o

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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 horizontal es, además los arcos verticales deben llevar una flecha indicando su sentido en el caso de ser este ascendente 37



Esquema de elementos que componen el Grafcet Etapa Arco ascendete

Arco

0•

Marca

Acción

Activar Motor1 Transición

1

Desactivar Motor1



to vote onmediante this title La situación Sign de etapaup activada, se indica la colocación de una marca en el interior del gráfico representativo de la etapa eta pa

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Grafcet Reglas de evolución del Grafcet n

Reglas – La etapa inicial de un Grafcet se activan de forma incondicional . Esta situación inicial se corresponde en general con una situación de  reposo. Sign up to vote on this title



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– Una transición esta en disposición de ser validada cuando todas las etapas inmediatamente precedentes, unidas a dicha transición, es tán activadas. La activación de una transición tá

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Grafcet Reglas de evolución del Grafcet n

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


41

Programación de autómatas: Introducción al Grafcet Grafcet n


Introducción Símbolos normalizados Sign up to vote on this title Reglas de evolución del Grafcet Not useful Posibilidades de representación de automatismos  Useful conGrafcet n

n

Estructuras base Estructuras lógicas

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Grafcet Estructuras base n

Grafcet soporta diferentes tipos de estructura secuencial: s ecuencial: – Estructura base: trata conceptos de secuencialidad y concurrenci a – Estructura lógica: trata conceptos de concatenación de estructur as

n

Estructuras base – Estructuras de secuencia única n

Son estructuras formadas formadas por secuencias de etapas que se van activando ivando van act 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 forma independient secuencias su evolución evolución se produce de forma independiente e 43


Grafcet Estructuras base

11

21

31 ......

1

2


12

22

. . .

. . .



32

Useful . . .

 Not useful

Estructura de secuencias paralelas

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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

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 d e up todevote this title tomar dos o más secuencias alternativas Sign a partir unaonetapa común.  Useful  Not useful n1

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



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Grafcet Estructuras lógicas n

Convergencia OR n

n2

x

y

la etapa n1 pasará a estar activa, si estando activa la etapa 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.

n1

n

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

47



Grafcet. Divergencia en AND n1

La etapa n2 y n pasarán al estado activo, si estando activa la etapa n1 se satisface la condiciónSign de transición receptividad receptividad receptivida d title up toovote on this d+c

d+c



n

n2

Useful

 Not useful

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Saltos Condicionales i x

i x

i+1 y

. . . .

i+1 y

i+j z

. . . .

(a) se implementa un salto condicional 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 secuenc ia de etapas hasta que x sea igual a 1.

i+j z

i+j+1 u (a)

i+j+1 u (b)


49



Introducción Símbolos normalizados Sign up to vote on this title Reglas de evolución del Grafcet Not useful Posibilidades de representación de automatismos  Useful conGrafcet n

n

Estructuras base Estructuras lógicas



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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

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 supone Signinicialmente up to vote onsethis title que el accionamiento simultáneo de los dos pulsadores no puede  Useful  Not useful ocurrir. 0



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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 si tuados en su posición incial (q y r). Además se deja abierta la posibilidad posibil idad de que los dos montacargas posean movimientos con distintas s t velocidades. D1

U1

D2

U2

X

q

r

53


Grafcet Ejemplo n

Ejemplo con un solo pulsador

n

Con acciones condicionales

X⋅q⋅r


1

0

5

0

U1 Useful

U2 useful  Not

3

s

X⋅q⋅r 2

t D1

4

D2



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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

1

U1 U2 q s⋅t r

2

D1 D2

t

X⋅q⋅r

q⋅r

55


Grafcet Ejemplo 0

U1

1

U2

5

s 2


t 6



Useful

 Not useful

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Grafcet – – – – – – –

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

57


Grafcet Implementación del Grafcet sobre A.P.I n

Diagrama Grafcet que representa el proceso ⇒ en un algoritmo de control y su posterior programación sobre un API. Sign up to vote on this title

n



Usefulse divide useful  que  Not el Para ello a cada una de las etapas en las Grafc et se le asocia una variable interna.



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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.).

59


Grafcet Implementación del Grafcet sobre A.P.I 0 . . .

a

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



x b


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

Useful

 Not useful

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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 siem pre que todas las etapas anteriores estén desactivadas.

....

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 et apa inicial. Sign up to vote on this title



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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

63


Grafcet Implementación del Grafcet sobre A.P.I – caso de secuencias paralelas 10 a 11

12


 13

14

Useful

 Not useful

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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)

65



Mediante funciones lógicas en un diagrama de escalera – La ecuaci ecuació ón de activació activaci desactivació ón asociada a la etapa activación o desactivaci ené enésima :

E n

= E n −1 ⋅ T n −1 + E n +1 ⋅ E Sign up to vote on this title n 

Useful



 Not useful

"La etapa En se activará activará, si estando activada la etapa E n-1 y desactivada la En+1 se satisface la transició transición Tn-1. Apartir de este instante



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

Etapa nú número 3 0

= E 2 ⋅ T a + E 3 E 4 A1 = E 3

E 5

E 3

. . .

Ta E3

A1

A6

Etapa nú número 4

Tb E4

A5

= E 3 ⋅ T b + E 4 E 5 A2 = E 4 A3 = E 4 A4 = E 4

= E 4 ⋅ T c + E 5 E 6 = E 5 = x ⋅ E 5

E 4 A2 A3 A4

Tc E5

x A5

A6

Td

67


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

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

ª

– CondA: CondA: condició condici ón de activació activación Sign up to ó vote – CondD, condici condició ón de manteniemiento y desactivació desactivaci n on this title

n

DIVERGENCIA OR



Cond D

Useful

i Not useful

= ( E 1 + E 2 + ..... + E i ) = ∑ E n n =1



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CONVERGENCIA OR i

E1

E2 x1

Cond A

Ei

n =1

xi

x2

E0

n

= ( E 1 ⋅ x1 + E 2 ⋅ x 2 + .... + E j ⋅ xi ) = ∑ E n ⋅ xn

E 0 (t + ∆t ) =

DIVERGENCIA AND

E2

n =1

n

n

+ Cond D ⋅ E 0 (t )

= ∏ E n n =1

x

E1

∑ E ⋅ x

i

Cond D

E0

i

.........

E 0 (t + ∆t ) = Cond A

En

i

+ ∏ E n ⋅ E 0 (t ) n =1

69



CONVERGENCIA AND E1

E2

........ .

Cond A x

E0

En

 i  =  ∏ E n   ⋅ xSign up to vote on this title  n =1   Useful  Not useful

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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) 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

71



La expresió expresión de las condiciones de activació activaci ón iniciales se puede obtener de dos formas: – Aprovechando el hecho de que, en la fase de inicialización del programa las variables está están inicializadasSign a cero por on tanto, tambi é tambié n up toy vote this title todas las variables internas representativas de las diversas eta pas  Useful  Not useful existentes existentes estará estarán inicializadas a cero. i

Cond

∏ E

E (t )

i

∏ E + Cond

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

Cond AI

= SM

E 0 (t + ∆t ) = SM + Cond D ⋅ E 0 (t ) + Cond A 73


Grafcet Implementación del Grafcet sobre A.P.I Ejemplo de implementar las etapas iniciales :

0

X1 1

X2 3

X3

X4




5 + E 4 ⋅ X 6 E 2 ⋅ X a) E 0 (t ) = E 1 ⋅ E  2 ⋅ E 3 ⋅ E 4 + Useful useful  Not

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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

75


Grafcet Niveles de Grafcet n

A la hora de representar mediante un grafcet el sistema de control es conveniente estructurarlo dos niveles : 

Sign upel to funcionamiento vote on this title – Nivel 1 : En este nivel se representa solamente lógico del sistema en una terminología próxima al lenguaje corri ente,  Useful  Not useful se realiza independientemente de las decisiones que a posteriori se tomen en cuanto a la tecnología a utilizar, a la nomenclatura y tipo



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Ejemplo: Sistema de control de una máquina taladradora

M BR BL SR

X Y Z C

P A

B

77



Funcionamiento de la taladradora: n

n

existe un pulsador “B” pulsador “B” , de inicialización del sistema, con objeto de que el motor adquiera una velocidad de giro de régimen régimen permanente, permanente, que que se obtiene accionando M. El taladro posee varias velocidades en el sentido longitudinal del eje, léase bajada lenta del utensilio BL, , utensilio del del talad taladro BL  Sign up to vote on this title bajada rápida BR BR y y subida rápida SR . Useful useful te un La pieza en la que se va a realizar el  taladro se detecta  Notmedian detector inductivo P, y se sujeta mediante dos sujeciones accionadas accionad as por accionadas C. La tarea de realizar un taladro sigue la siguiente secuencia: primero se detecta la pieza mediante el detector inductivo, posteriormen

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Grafcet Nivel 1 0 Pulsador de inicialización 1

Motor de giro reg. permanente 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

79



Grafcet Nivel 2

0

0

B

B 1

M

1



Useful M+

A⋅p

A⋅p 2

M - SR - C -


M C BR

2

C+ BR+

 Not useful

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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

81


Grafcet Representación de situaciones especiales en Grafcet n

Secuencias exclusivas 9 a b 10

n

Temporizadores y contadores

a b 11




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


83

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 permanec e en estado lógico alto “1”, desde el mismo comienzo de la temporización, pasando a estado lógico bajo “0” cuando ha  Sign up to vote on this title transcurrido la temporización establecida. Su funcionamiento es el Useful Not useful asociada mismo que la temporización con retardo si la variable al temporizador es complementada, por lo tanto este tipo de temporización se denota complementando la notación que

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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 fo rma que no se ejecute la acción hasta que transcurra un cierto insta nte de tiempo. temp Variable de temporización Trn-1 n

t / n / temp

Etapa n

A

Trn

Acción A Trn

85


Grafcet Representación de situaciones especiales en Grafcet – Temporización de la transición de una etapa : Es el caso en el cual la receptividad asociada a una transición depende de que la variabl e de temporización sea activada. Si se trata de una temporización con retardo esta transición no será superada hasta que transcurra un  Sign up to vote on this title cierto instante de tiempo.



Useful temp

Tr

1

Variable de temporización

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

Trn-1 n

Trn-1 B = B+1

Trn

n

B = B-1

Trn

87



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Grupo de Tecnología Industrial

Autómatas Programable Programabless

1

I S A - U M H © T D O C -2 -2 0 0 0


Contenido n n

Introducción Modos de Marcha – Marchas automáticas n

n

Funcionamiento semiautomático Funcionamiento automático

– Marchas de intervención n

Marchas de ajuste del sistema




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Contenido n n


n



n


Seguridad – Tratamiento de alarmas y emergencias

n

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

Autómatas Programables Programabless Programable

3

ISA-UMH © TDOC-2000


Introducción n

n

Anterior Anterior nteriormente, mente, diagrama Grafcet teniendo en cuenta só sólo f uncionamiento uncionamiento normal, sin considerar posibles paradas de emergencia, tipos de funcionamiento manual o automá automático, etc. up toestructurada, vote on this title Dise iseñño de los sistemas de control de unaSign forma – diagrama grafcet de seguridad(paradas  de emergencia) Useful  Not useful – de modos de marcha – de producció producci ón.



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Introducción n

Como resulta obvio en todo diseñ diseño estructurado existen relaciones de intercambio de informació información y jerarquí jerarquí a entre cada uno de los subsistemas.. subsistemas – Orden: Seguridad, Modos de marcha y funcionamiento normal E1

. . .

En--1 En En

Grafcett de Grafce Seguridad

Grafcett de Grafce Modos de Marcha

Grafcet de Producción

. . .

S1

Sn-1 SnSn


5



Contenido n n


n





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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 cí clico clico. Según clico. Segú como se ejecute este ciclo, ciclo, CLASIFICACIÓ CLASIFICACIÓN: – Sistemas que ejecutan el ciclo de funcionamiento indefinidamente a partir de una autorizació autorizaci ón del operador. – Sistemas que ejecutan un ciclo y requieren la autorizaci ón del operador, para realizar el siguiente y as í í consecutivamente. consecutivamente. – Sistemas en los que el operador tiene un control permanente sobr e 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.


7



Contenido n n


n







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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 automááticas en: autom – Funcionamiento semiautomá semiautom ático – Funcionamiento automá autom ático


9



Funcionamiento semiautomáti Funcionamiento semiautomático co semiautomático n

n

En este modo de funcionamiento cada ciclo necesita la autorizacióón del operador para ejecutarse. autorizaci La ejecució ejecución de cada uno de los ciclos: ciclos: mediante la variable CC Sign up to vote on this title (Comienzo de ciclo). ciclo). n



Introduc ntroducida ida en la transició transici ón inicial junto con condiciones Useful useful (CI)  las  Notiniciales de inicio de ciclo. 0

Para evitar que el operador no tenga un control total

CC ⋅ CI



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Funcionamiento automático n

C uando se ejecuta la orden de comienzo de ciclo(CC), el sistema permanece funcionando de forma 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 uy u yoo objeto es parar de inmediato la ejecuci ó n del ciclo sea cual sea su situacióó n. situaci

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

Autómatas Programables I S A - U M H

©

11

T D O C - 2 0 0 0


Funcionamiento automático n

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

0 E11 1

⋅

CI

Parada Parada Sign up to vote on this title CC 

⋅

PC Useful

CI

⋅

 Not useful Marcha Automática

11 PC

Parada de Ciclo

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n


– Marchas de intervención intervención n

n



n

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


©

13

T D O C - 2 0 0 0


Marchas de intervención n

Son modos de funcionamiento especiales, utilizados en los p er í odos o dos de ajuste del funcionamiento de los sist emas de control autom á ticos. – Una vez implementado un sistema automSign á tico, aparecer uppueden to vote on this title as í ncronismos dif í íUseful ó nNot a priori, n cronismos en su funcionamiento, de  cil c il previsi useful derivados entre otros motivos de la clase de tecnolog í a utilizada. – Adem Ademáá s estos as í ncronismos tambiéé n pueden aparecer por n cronismos tambi



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Marchas de ajuste del sistema n

n

n

El operador ejerce un control estricto no ya sobre la ejecuci ó n d e un ciclo, sino sobre la ejecuci ó n de una etapa o conjunto de ellas en un mismo ciclo. 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 a s o correcciones precisas en el funcionamiento de las m á quinas o dispositivos de control. F recuentemente la parada del sistema, bien sea por inhibici ó n d e 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 de l sistema, por parte del operador, as í como la implementaci ó n del sistema mediante una tecnolog í í aa que haga posible una f á f á cil intervenci ó n.


©

15

T D O C - 2 0 0 0


Contenido n n


n





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Seguridad n

El sistema de control dise ñ ado ha de tener en cuenta situaciones imprevistas, aver í as, a s, 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 puede suponer un coste elevado.

S eguridad engloba: – S e guridad guridad:: anular el posible peligro para las personas e instalaciones – Disponibilidad: eliminar las paradas como consecuencia de fallos de d ell 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 leg al al res respecto. legal pecto.


©

17

T D O C - 2 0 0 0


Tratamiento de alarmas y emergencias n

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

n

I mplementar mediante la introducci ó n de una nueva variable de la  Useful  Not useful forma siguiente: n

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

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Tratamiento de alarmas y emergencias n

El tratamiento de las alarmas producid as en el sistema frente a situaciones de emergencia puede se r : – Sin secuencia de emergencia : ante una situació 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 suspensió suspensió n. n

n

Inhibici ó n de acciones Inhibició Congelaci ó n del automatismo AT

AT 2

A

2 T2

T2 ⋅

AT

T3 4

©

B

T 3 ⋅ A T AT

AT

4

C

T4 ⋅

T4

I S A - U M H

A AT

3

B

3

Autómatas Programables

A T

Inhibició n de acciones Inhibició

C

AT

Congelaci ó n del automatismo

19

T D O C - 2 0 0 0


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

A larma deriva hacia la ejecuci ó n de una secuencia de emergencia, Alarma 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  Sign up to vote on this title posibles, en orden a salvaguardar su integridad.  Useful  Not useful 2 T2 ⋅

AT

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


©

21

T D O C - 2 0 0 0


Diseño estructurado de sistemas de control n

D i s e ñ o estructurado de un sistema de control . 

Sign up to votedel on this title del – representaci ó n separada de los diversos aspectos modelo sistema, tales como:  Useful  Not useful n

n

funcionamiento normal modos de marcha posibles

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Macroetapas – La s macroetapas macroetapas,, sustituyen secuencias secuencias de etapas, cuya aparició aparici aparició n s e repite en varias ocasiones a la largo del diagrama grafcet grafcet.. El objetivo que se persigue es la simplicidad y legibilidad de los diagramas grafcet.. grafcet – R R eglas eglas :

M3

n

2

E3

T2

=1 3 M3

n

T3

=1

n

La expansi ó n de una macroetapa siempre tendr á una sola etapa de entrada y una sola etapa de salida. La etapa de entrada (E) se activar á cuando se active la macroetapa . La activaci ó n de la etapa de salida (S) implicar á la validaci ó n de las transiciones inmediatamente posteriores a la macroetapa .

4 T4

6 T7

5 T5 S3


©

23

T D O C - 2 0 0 0



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

n

to vote L a jerarquización debe respetar una serieSign de up reglas : on this title

– Si un grafcet tiene la posibilidad de forzar este  no Not tendrá Useful tenduseful rá otro, ninguna posibilidad de forzar al anterior – en todo instante un grafcet sólo podrá ser forzado por un unico

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

0

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

10 E11

1

Parada

Rearme

⋅ CI

Marcha

11 PC

Grafcet Grafcet de Modos de Marcha (G1)

40

41 N FIN


©

25

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