Genia Presentation IEC 1131 Summary (Spanish)

Entornos Integrados de Automatización

Ingeniería de Sistemas y Automática

UNIVERSIDAD DE OVIEDO

Autómatas Programables: Introducción al Estándar IEC-61131

IEC-61131 Felipe Mateos Martín IEC-61131 Presentación, 16/05/2000

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La Norma IEC-61131 se refiere a: • Los autómatas programables (AP ó PLC´s) y a sus periféricos correspondientes, tales como: - Los equipos de programación y depuración (PADT´s) - Los equipos de ensayo (TE´s) - Los interfaces hombre-máquina (MMI´s) Esta norma no trata del sistema automatizado, del cual el autómata programable es un componente básico. PADT: Programming And Debugging Tool TE: Test Equipment MMI: Man-Machine Interface

IEC-61131 Presentación, 16/05/2000

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Estándar internacional





Parte 1: Información General Objetivos • Se dan las definiciones y un glosario de los términos utilizados en esta norma. • Se identifican las principales características de los sistemas de autómatas programables.


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Parte 1: Información general Estructura funcional de un sistema de autómata programable • • • • •

Función de tratamiento de la señal. Función de interfaz con los sensores y actuadores. Función de comunicación. Función de interfaz hombre-máquina. Funciones de programación, puesta a punto, ensayo y documentación. • Funciones de alimentación de corriente


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Funciones de interfaz hombre-máquina

Funciones de comunicación

Funciones de program., puesta a punto y ensayo

Operador

Programador

Funciones de tratamiento Sistema operativo

Acometida de la red

Funciones de alimentación corriente

Ejecución del programa

Memoria de programa

Conjunto de instrucciones

Memoria de datos

Parte 1: Información general Estructura funcional de un sistema de autómata programable

Funciones de interfaz con sensores y actuadores


Máquina/proceso

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Parte 1: Información general Definiciones de “soporte Físico” (Hardware) de un sistema AP Procesador principal

Estaciones de E/S remota

Periféricos permanentes

Periféricos no-conectables en línea

Periféricos conectables en línea

NO TRANSPORTABLE Procesador principal

Estaciones de E/S remota

. . . . TRANSPORTABLE . . . .

. . . . . PORTÁTIL . . . . . . . .

Autómata programable Instalación permanente

Pariféricos Instalación NO-permanente

Sistema del autómata programable (Sistema AP)


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Procesador principal Estación de E/S remota Periféricos (permanentes/ NOpermanentes)

Sistema del autómata programable (AP)

Parte 1: Información general Esquema de interfaz

Entradas digitales y analógicas

Módulos de salidas Memoria(s) y unidad(es) de tratamiento

Salidas digitales y analógicas

Módulos de entradas

Transmisión serie, etc.: ordenadores, impresoras

Módulos de comunicación

Fuente de alimentación

Acometida de la red

Límite de la norma

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Parte 2: Especificaciones y ensayos de los equipos Objetivos En esta parte se especifican: • Los requisitos eléctricos, mecánicos y funcionales para los autómatas programables y los periféricos correspondientes, así como las condiciones de servicio, almacenamiento y transporte aplicables. • La información que ha de suministrar el fabricante. • Los métodos y procedimientos de ensayo que han de utilizarse para la comprobación del cumplimiento de los requisitos por parte de los autómatas programables y sus periféricos.


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Parte 2: Especificaciones y ensayos de los equipos Condiciones de servicio y requisitos del entorno físico Es responsabilidad del usuario que no se rebasen las condiciones de servicio:

• Condiciones de servicio normales. O Condiciones del entorno físico: temperatura, humedad, contaminación, inmunidad a la corrosión, altitud. O Condiciones de servicio y requisitos eléctricos: alimentaciones, ruido eléctrico, sobretensiones, etc. O Condiciones de servicio y requisitos mecánicos: Vibraciones, choque, caída libre.

• Condiciones de servicio especiales. Polvo, humo, partículas radiactivas, vapores, sales, insectos, pequeños animales, etc.

• Requisitos para el transporte y almacenaje: temperatura, presión atmosférica, humedad relativa.


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Parte 2: Especificaciones y ensayos de los equipos Requisitos eléctricos • Alimentación de corriente alterna (c.a.) y continua (c.c.). • E/S digitales. • E/S analógicas. • Interfaces de comunicación. • Procesador(es) principal(es) y memoria(s) del sistema AP. • Estaciones de entrada/salida remota (RIOS). • Periféricos: PADT, TE, MMI. • Inmunidad al ruido y ruido emitido. • Propiedades dieléctricas. • Autodiagnósticos y diagnósticos.


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Parte 2: Especificaciones y ensayos de los equipos Requisitos mecánicos • Protecciones contra el riesgo de choque eléctricos. • Requisitos de distancias en el aire y líneas de fuga. • Requisitos de inflamabilidad para materiales aislantes. • Envolvente. • Requisitos mecánicos de los materiales de conexión.. • Disposiciones para la tierra de protección. • Tierra funcional. • Cables y conectores de interconexión. • Conexión/desconexión de unidades desmontables. • Requisitos de la batería. • Marcado e identificación.


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Parte 2: Especificaciones y ensayos de los equipos Información que debe facilitar el fabricante El fabricante deberá facilitar a los usuarios la información necesaria para la aplicación, proyecto, instalación, puesta en marcha, funcionamiento y mantenimiento del sistema de autómata programable. Adicionalmente el fabricante puede ocuparse de la formación del usuario. • Tabla resumen con la información que se debe facilitar. • Tipo y contenido de la información escrita: Catálogos y hojas de características, manuales de usuario, documentación técnica. • Información relativa al cumplimiento de esta norma. • Información relativa a la fiabilidad. • Información relativa a la seguridad.


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Parte 2: Especificaciones y ensayos de los equipos Ensayos y verificaciones • Se define como ha de verificarse la conformidad del autómata programable y sus periféricos correspondientes con los requisitos fijados en las partes 1 y 2 de la norma. • Estos ensayos NO se refieren a los métodos de aplicación de los AP para cumplir con los requisitos del sistema automatizado. • Se dividen en ensayos de tipo y ensayos de rutina.


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Partes de la Norma IEC 61131: Parte 1: Información general Parte 2: Especificaciones y ensayos de los equipos

Parte 3: Lenguajes de programación Parte 4: Guías de usuario Parte 5: Comunicaciones


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Parte 3: Lenguajes de programación Objeto y campo de aplicación • Definir los lenguajes de programación de uso más corriente, las reglas sintácticas y semánticas, el juego de instrucciones fundamental, los ensayos y los medios de ampliación y adaptación de los equipos. Es el interface entre el programador y el sistema de control


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Parte 3: Lenguajes de programación Elementos comunes • • • • • •

Tipos de datos y variables Modelo de software Modelo de comunicación de datos Modelo de programación Unidades de organización del programa Gráfico Funcional Secuencial (SFC)

Lenguajes de programación • • • •

Lista de instrucciones (IL) Texto estructurado (ST) Diagrama de bloques funcionales (FBD) Diagrama de contactos (LD)


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Parte 3: Lenguajes de programación Elementos comunes. Tipos de datos y variables • Tipos de datos: booleanos, enteros, reales, byte, palabra, cadenas de caracteres, fecha, hora_del_día, canal analógico de entrada, ..., tipos de datos derivados (creados por el usuario). BOOL, INT, REAL, BYTE, WORD, STRING DATE, TIME_OF_DAY, ...

¿Qué es esto? 01010101 10101010

• Variables. Asignan direcciones del hardware: E/S , memoria y datos. Locales o globales. Hacen la programación independiente del hardware.


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Parte 3: Lenguajes de programación Elementos comunes. Modelo de software Configuración Recurso

Recurso

Tarea

Programa

Tarea

Tarea

Tarea

Programa

Programa

Programa

F FB

FB

FB

FB

Variables globales y representadas directamente

Vías de acceso Función de comunicación

(IEC 61131-5)

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Parte 3: Lenguajes de programación Modelo de software. PLC convencional. Configuración Recurso

Recurso

Tarea

Programa

Tarea

Tarea

Tarea

Programa

Programa

Programa

F FB

FB

FB

FB


Vías de acceso Función de comunicación

(IEC 61131-5)

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Parte 3: Lenguajes de programación Modelo de comunicación de variables (II) • Comunicación mediante variables globales Configuración C Programa A

Programa B

VAR_EXTERNAL x: BOOL; END_VAR


FB1

FB2

FB_X a


x


FB_Y x

b

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Parte 3: Lenguajes de programación Modelo de comunicación de variables (III) • Bloques funcionales de comunicación

Configuración C

Configuración D

Programa A

Programa B send1

FB1

SD1

rcv1

RD1

FB2

FB_X

FB_Y b a


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Parte 3: Lenguajes de programación Elementos comunes • • • • • •

Tipos de datos y variables Modelo de software Modelo de comunicación de datos Modelo de programación Unidades de organización del programa Gráfico Funcional Secuencial (SFC)




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Parte 3: Lenguajes de programación POU´s. Funciones. • Funciones estándar: ADD, SQRT, SIN, COS, MIN, MAX, AND, OR, etc…

• Funciones definidas por el usuario (ejemplo): FUNCTION Simple: REAL VAR_INPUT A, B : REAL; C : REAL:= 1.0; END_VAR Simple := A*B/C; END_FUNCTION IEC-61131 Presentación, 16/05/2000

Nombre Declaración de variables Cuerpo de la función

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Parte 3: Lenguajes de programación POU´s. Bloques funcionales. Ejemplo. Histeresis REAL

XIN1

REAL

XIN2

REAL

EPS

Q

Q 1 0 EPS

EPS

BOOL

FUNCTION_BLOCK Histeresis VAR_INPUT XIN1, XIN2: REAL; EPS: REAL; (* Banda de histéresis *) END_VAR VAR_OUTPUT Q: BOOL := 0 END_VAR IF Q THEN IF XIN1<(XIN2-EPS) THEN Q:=0 (* XIN decreciendo *) END_IF; ELSEIF XIN1>(XIN2+EPS) THEN Q:=1; (* XIN creciendo *) END_IF END_FUNCTION_BLOCK

XIN2 IEC-61131 Presentación, 16/05/2000

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Parte 3: Lenguajes de programación Unidades de organización del programa (POU´s). • Las funciones • Los bloques funcionales • Los programas

Los programas son “un conjunto lógico de todos los elementos y construcciones del lenguaje de programación que son necesarios para el tratamiento de señal previsto que se requiere para el control de una máquina o proceso mediante el sistema de autómata programable”.


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Parte 3: Lenguajes de programación POU´s. Programas Configuración Recurso

Recurso

Tarea

Programa

Tarea

Tarea

Tarea

Programa

Programa

Programa

F FB

FB

FB

FB


Vías de acceso

.

PLC convencional

Función de comunicación

(IEC 61131-5)

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Parte 3: Lenguajes de programación Elementos comunes • • • • • • •

Tipos de datos y variables Modelo de software Modelo de comunicación de datos Modelo de programación Unidades de organización del programa Gráfico Funcional Secuencial (SFC) Elementos de configuración




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Parte 3: Lenguajes de programación Sequential Function Chart, SFC • SFC describe el comportamiento secuencial del programa de control. Deriva de las Redes de Petri y Grafcet (CEI 848).

Grafcet Documentación

IEC-61131

SFC Conjunto de elementos de control de ejecución de una POU

• Permite dividir el problema en partes • Facilita el rápido diagnóstico de problemas y las tareas de mantenimiento


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Parte 3: Lenguajes de programación Sequential Function Chart, SFC • SFC consiste en un conjunto de etapas (STEP´s) en los cuales se realizan una serie de acciones (ACTION BLOCK´s) y unas transiciones (TRANSITION´s) que permite la evolución de una etapa(s) a la(s) siguiente(s).

“a” Paso 1

N

“b”

“c”

Llena

“d” Transition 1 Etapa 2

S

Vacia

Transition 2 Step 3


Bloque de acción “a” Cualificador “b” Nombre de la acción “c” Indicador booleano “d” Acción en LD, FBD, ST ó IL

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Parte 3: Lenguajes de programación Sequential Function Chart, SFC Permite secuencias alternativas y simultáneas

Etapa 1

Transición 1a Etapa2a

S

Mezcla


Llenar

Transición 1b Etapa2b

Transición 2a Ejemplo de secuencias alternativas

N

S

Vaciar

Transición 2b Etapa3

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Parte 3: Lenguajes de programación Elementos comunes • • • • • • •

Tipos de datos y variables Modelo de software Modelo de comunicación de datos Modelo de programación Unidades de organización del programa Gráfico Funcional Secuencial (SFC) Elementos de configuración




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CONFIGURATION CELL_1 RESOURCE STATION_2

RESOURCE STATION_1

TASK SLOW_1

TASK FAST_1

P1

TASK PER_2

P2

PROGRAM F

TASK INT_2

P1

P4

PROGRAM F

PROGRAM G out1

y1

x1 x2

FB1

FB2

A y1 y2

B b1 b2

SLOW_1

FAST_1

x1 x2

FB1 C c1

FB2 D d1 y2

PER_2

HOUT1

PER_2

SLOW_1

%IX1.1

y1

PROGRAM H

z1

w

INT_2

z2

%QW5

VARIABLES GLOBALES Y REPRESENTADAS DIRECTAMENTE

BAKER

ABLE

CHARLIE DOG GAMMA VIAS DE ACCESO

Ejemplo Configuración

Comunicación

ALPHA

BETA

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Parte 3: Lenguajes de programación Ejemplo de configuración... Declaraciones de bloques funcionales y parámetros FUNCTION_BLOCK A VAR_OUTPUT y1:UINT; y2:BYTE; END_VAR END_FUNCTION_BLOCK

FUNCTION_BLOCK B VAR_INPUT b1:UINT; b2:BYTE; END_VAR END_FUNCTION_BLOCK

FUNCTION_BLOCK C VAR_OUTPUT c1:BOOL; END_VAR

FUNCTION_BLOCK D VAR_INPUT d1:BOOL; END_VAR VAR_OUTPUT y2:INT; END_VAR

END_FUNCTION_BLOCK

END_FUNCTION_BLOCK

PROGRAM F VAR_INPUT x1: BOOL; x2: UINT; END_VAR VAR_OUTPUT y1: BYTE; END_VAR END_PROGRAM PROGRAM G VAR_OUTPUT out1: UINT; END_VAR VAR_EXTERNAL z1: BYTE; END_VAR VAR FB1: A; FB2: B; END_VAR FB1(...); out1 := FB1.y1; z1 := FB1.y2; FB2(b1 := FB1.y1) ; b2 := FB1.y2); END_PROGRAM PROGRAM H VAR_OUTPUT HOUT1: INT; END_VAR VAR FB1: C; FB2: D; END_VAR FB1(...); FB2(d1 := FB1.c1) ; HOUT1 := FB2.y2; END_PROGRAM


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Parte 3: Lenguajes de programación Ejemplo de configuración... Configuraciones, recursos, variables CONFIGURATION CELL_1 VAR_GLOBAL w : UINT; END_VAR RESOURCE STATION_1 ON PROCESSOR TYPE_1 VAR_GLOBAL z1 : BYTE ; END_VAR TASK SLOW_1(INTEGRAL := t#20ms, PRIORYTY := 2) ; TASK FAST_1(INTERVAL := t#10ms, PRIORYTY := 1) ; PROGRAM P1 WITH SLOW_1 ; F(x1 := %IX1.1) ; PROGRAM P2 : G(out1 => w, FB1 WITH SLOW_1, FB2 WITH FAST_1) ; END_RESOURCE RESOURCE STATION_2 ON PROCESSOR TYPE_2 VAR_GLOBAL z2 : BOOL ; AT %QW5 : INT ; END_VAR TASK PER_2(INTERVAL := t#50ms, PRIORITY := 2) ; TASK INT_2(SINGLE := z2, PRIORITY := 1) ; PROGRAM P1 WITH PER2 : F(x1 := z2, x2 := w) ; PROGRAM P4 WITH INT 2 : H(HOUT1 => %QW5, FB1 WITH PER_2) ; END_RESOURCE VAR_ACCESS ABLE : STATION_1.%IX1.1 : BOO READ_ONLY ; BAKER : STATION_1.P1.X2 : BOO READ_ONLY ; CHARLIE : STATION_1.z1 : BOO READ_ONLY ; DOG :w : BOO READ_ONLY ; ALPHA : STATION_2.P1.y1 : BOO READ_ONLY ; BETA : STATION_2.P4.HOUT1 : BOO READ_ONLY ; GAMMA : STATION_2.z2 : BOO READ_ONLY ; END_VAR END_CONFIGURATION


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Parte 3: Lenguajes de programación Elementos de configuración. Tareas. Existen dos modos de control de la ejecución de tareas: • Por evento: Ejecución por flanco ascendente de la entrada SINGLE • Por tiempo: Ejecución periódica según la entrada INTERVAL.. Nom_task

PRIORITY establece la prioridad de las tareas ( 0 - máxima) Varios POU´s pueden estar asociados a la misma tarea. No pueden existir tareas a la vez por evento y temporizadas.. IEC-61131 Presentación, 16/05/2000

TASK BOOL TIME

SINGLE

UINT

PRIORITY

INTERVAL

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Parte 3: Lenguajes de programación El estándar IEC-61131

Elementos comunes

Lenguajes de programación


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Parte 3: Lenguajes de programación 4 Lenguajes de programación • Lenguajes gráficos Diagrama de escalera (“Ladder Diagram”, LD) Diagrama de Bloques Funcionales (”Function Block Diagram, FBD)

• Lenguajes literales Lista de instrucciones (“Instruction List”, IL) Texto estructurado (“Structured Text”, ST) La selección del lenguaje de programación depende de la experiencia del programador, de la aplicación concreta, del nivel de definición de la aplicación, de la estructura del sistema de control y del grado de comunicación con otros departamentos de la empresa... IEC-61131 Presentación, 16/05/2000

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S_01

S_02

Manual

( ) S_01

S_03


LD

Start S_01

SFC Paso_1 Transición_02 Paso_2

Programación con lenguajes conocidos de PLC ... y lenguaje de alto nivel

IL LD Entrada_Manual OR Entrada_Automática AND Desbloqueo ST Funcionamiento LD

Entrada_01

Transición_Fin

IF Data = "EOF" THEN FOR Index:=1 TO 128 DO X:=Read_Data(Datenfeld[index]); IF X > 2500 THEN Alarma:=TRUE; END_IF; END_FOR; END_IF;

ST

S_01

XOR

S_02

TON

S_03

Lámpara

T#12s400ms

FBD IEC-61131 Presentación, 16/05/2000

Tiempo_01

Tiempo actual

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Parte 3: Lenguajes de programación Diagrama de escalera (“Ladder Diagram”, LD) Características: • • • •

Barras de alimentación. Elementos de enlace y estados: flujo de energía. Contactos, bobinas y bloques funcionales Orden de evaluación de las redes.

Ejemplo: MAN S_0

Lma

KMB

FCS EM


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Parte 3: Lenguajes de programación Diagrama de Bloques funcionales (FBD) Características: • La representación es coherente con la Norma CEI 617-12. • Las salidas de los bloques funcionales no se conectarán entre sí (se precisa bloque “OR”). • La evaluación de una red estará terminada antes de la siguiente.

Ejemplo: Start EMER

AND TON

T#4s400ms


IN

Q

PT

ET

KM V_temp

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Parte 3: Lenguajes de programación Lista de Instrucciones (“Instruction List”, IL) Características: • Instrucciones: Etiqueta

Operador

Operando

START:

LD ANDN ST

Arranque %MX5 SALIDA

Comentario (*Pulsar botón *) (* No inhibidor *) (* Conecta calefactor *)

• Operadores: LD, ST, S, R, AND, OR, XOR, ADD, SUB, MUL, DIV, GT, GE, EQ, NE, LE, LT, JMP, CAL, RET, )

• Funciones y bloques funcionales. Se coloca el nombre en el campo del operando y los parámetros, si los lleva, en entre paréntesis. Se emplea la operación CAL. IEC-61131 Presentación, 16/05/2000

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Parte 3: Lenguajes de programación Texto estructurado (“Structured Text”, ST) Características: • Similar al Pascal. Alto nivel, estructurado en bloques. • Expresiones:Es una construcción sintáctica que al se evaluada proporciona un valor. Está compuesta por operadores y operandos. La evaluación se efectúa según una tabla de prioridades. • Sentencias: De asignación (:=), De control del flujo del programa: llamada a bloque funcional, RETURN De selección: IF, CASE De iteración: FOR, WHILE, REPEAT, EXIT


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Parte 3: Lenguajes de programación Texto estructurado (“Structured Text”, ST) Ejemplo: IF Dato = “EOF” THEN FOR indice:=1 TO 128 DO x:= Read_dato(Canal[indice); IF x>2500 THEN Alarma:=TRUE; END_IF; END_FOR; END_IF


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Parte 3: Lenguajes de programación Entornos de programación Muchos de ellos ofrecen: g g g g g g

Pantallas de programación gráfica Soporte para múltiples ventanas Operaciones con el ratón Menús desplegables Ayuda en línea Verificación del software durante el diseño


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Parte 3: Lenguajes de programación Características claves de la calidad IEC 61131-3 Software Estructurado - a través de configuraciones, Recursos y Unidades de Organización de Programa (POUs). Tipeado de Datos - a través de lenguajes que restringen las operaciones a los tipos de datos adecuados. Control de la Ejecución - a través del uso de Tareas. Comportamiento Secuencial Complejo - a través de los Esquemas Funcional Secuencial. Encapsulación del Software - a través del uso de POUs, estructuras y tipos de datos complejos. IEC-61131 Presentación, 16/05/2000

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Parte 3: Lenguajes de programación Beneficios del estándar para los usuarios g Reduce el gasto en recursos humanos: formación, depuración, mantenimiento, ... g Evita fuentes habituales de problemas por su flexibilidad y reusabilidad. g Técnicas de programación adecuadas a todos los sectores. g Combinación de elementos y modos de representación. g Incrementa la conectividad y comunicacón entre departamentos y compañias.

IEC-61131

Software Library

Function Block "Heating" Function "LIMIT" Function "TEST"


Function Block "Turning"

Function Block "Feeding"

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El estándar es una realidad en papel, y ahora ...


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Han creado el problema de la gallina y el huevo: USUARIOS n Ven los beneficios del estándar, pero necesitan productos adecuados que cubran sus necesidades


VS.

PROVEEDORES n La demanda debe ser capaz de cubrir los gastos en investigación y desarrollode los productos

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Genia Presentation IEC 1131 Summary (Spanish)

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