CURSO: “PROGRAMACIÓN DE PLC” Uso de Simatic Step7 CURSO CORTO – PROGRAMACIÓN DE PLC (8HRS) USO DE SIMATIC STEP 7 - SIEMENS INTRODUCCIÓN El desarrollo de las diferentes tecnologías a lo largo de la primera mitad del siglo XX dio lugar a una paulatina elevación de la complejidad de los sistemas e hizo que fuesen muchas variables físicas que tienen que ser vigiladas y controladas. Dicho control no puede ser realizado directamente por el ser humano debido a que carece de suficiente capacidad de acción mediante sus manos y de sensibilidad y rapidez de respuesta a los estímulos que reciben sus sentidos. Por todo esto se planteó el desarrollo de equipos capaces de procesar y memorizar variables físicas, que son sistemas de tratamiento de información. Con el desarrollo de la electricidad y posterior dominio tecnológico de ella dio paso a los sistemas electrónicos, que deben de ser capaces de recibir información de procedente de otros sistemas. Estos sistemas deben de recibir información procedente de otros sistemas externos a ellos que se pueden dividir en dos clases: - Productos industriales: realiza una función determinada. (Lavadora, torno) - Procesos industriales: Conjunto de acciones realizado por una o varias máquinas coordinadas adecuadamente que dan como resultado la fabricación de un producto. Muchas variables físicas que intervienen en un proceso no son eléctricas; por ejemplo podemos citar la temperatura, la presión, el nivel de un líquido, etc. Por esto, necesitamos auxiliarnos de dispositivos que convierten las variables no eléctricas en eléctricas y reciben el nombre de sensores o captadores. Esta necesidad de la industria por controlar estos procesos dio origen a la automatización, que es la “dotación a la fase de producción de un sistema de control, potencia y comunicación, que realice el trabajo y que pueda ser gobernado por el operador mediante un sistema de mando” Funciones básicas de la automatización de una máquina o instalación: Disminuir costes: humanos, energéticos, materiales, etc. Mejorar la calidad del producto acabado, calidad constante Evitar tareas de difícil control manual: peligrosas, complejas o rápidas. Información en tiempo real del proceso. Aumentar la producción y flexibilidad de las máquinas (adaptación al mercado). Facilitar la detección de averías y su reparación. Tecnologías de automatización: -Lógica cableada. -Lógica programada.
CURSO: “PROGRAMACIÓN DE PLC” Uso de Simatic Step7 Ventajas de los Automatismos con lógica programada: -Simplificación en la elaboración de proyectos. -Facilidad en la introducción de modificaciones: cambios en programa. -Instalación sencilla (Minimización de espacio) -Capacidad de control multiproceso -Documentación inmediata de aplicaciones
AUTOMATIZACIÓN CON PLC’S ¿Qué es un PLC? Controlador Lógico Programable, está diseñado para controlar en tiempo real y en un medio industrial, procesos secuenciales. Clasificación de PLC por tipo. COMPACTOS: Suelen integrar en el mismo bloque la alimentación, entradas y salidas y/o la CPU. Ejem: S7-200 – MODULARES: Están compuestos por módulos o tarjetas conectadas a rack con funciones definidas: CPU, fuente de alimentación, módulos de E/S, etc. ¿Cómo trabaja un PLC? Cuenta con un ciclo de trabajo en el que lee entradas, ejecuta el programa almacenado, hace diagnósticos y finalmente actualiza las salidas. El PLC permanece en este ciclo cuando está trabajando. Lenguajes de programación Un programa es el conjunto de instrucciones que ejecuta un dispositivo, con lógica programada, para controlar un proceso determinado. Un lenguaje de programación es el conjunto de símbolos, expresiones literarias o combinaciones de ambas, a partir de la cual se desarrolla un programa, comprensible por el PLC. Existen dos tipos básicos de lenguajes de programación: Gráficos y literales. Norma IEC-1131-3 Es una normativa iniciada en 1979 con el objetivo de responder a la complejidad creciente de los sistemas de control y a la diversidad de autómatas incompatibles entre sí. La normativa para los lenguajes de programación fue creada en 1993. Esta norma define para todos los lenguajes: la sintaxis y representación gráfica de los objetos, la estructura de programas, la declaración de variables, siendo lenguajes normalizados los siguientes: LADDER DIAGRAM ( LD ) o lenguaje (diagrama) de contactos. FUNCTION BLOCK DIAGRAM ( FBD ) o esquema de bloques funcionales. INSTRUCTION LIST ( IL ) o lista de instrucciones.
CURSO: “PROGRAMACIÓN DE PLC” Uso de Simatic Step7 STRUCTURED TEXT ( ST ) o lenguaje textual estructurado. SEQUENTIAL FUNCTION CHART ( SFC ) o diagrama funcional de secuencias (basado en el GRAFCET). Ladder diagram: Son elementos gráficos organizados en redes conectadas por barras de alimentación; forma gráfica de los elementos impuesta; evaluación de la red por elementos interconectados; elementos utilizados: contactos, bobinas, funciones, bloques funcionales. Ejemplo:
Esquema de bloques funcionales: Es la representación de funciones por bloques enlazados uno a otro; ninguna conexión entre salidas de bloques de función; evaluación de una red: de la salida de un bloque funcional a la entrada de otro bloque funcional. Ejemplo:
Texto estructurado (ST): Es una sucesión de enunciados para la asignación de variables, el control de funciones y bloques de función, se usan operadores, repeticiones, ejecuciones condicionales. Los enunciados deben terminar con ¨;¨ Ejemplo.
Diagrama funcional de secuencias: Es un sistema particularmente útil para describir funciones de control secuencial, las etapas son representadas gráficamente por un bloque o literalmente mediante una instrucción común a los lenguajes IL y ST : STEP...............END _ STEP Las transiciones son representadas gráficamente por una línea horizontal o literalmente mediante la instruction : TRANSITION............END _ TRANSITION. Puede existir asociación entre acciones y etapas de forma gráfica o literal. Ejemplo:
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1. SISTEMA TIA Desde hace unos años, Siemens inició la filosofía de la Automatización Totalmente Integrada (Totally Integrated Automation, TIA), con el fin de ofrecer una solución integrada de diferentes productos para la automatización de procesos. Características de un sistema TIA Almacenamiento de datos comunes: Los datos sólo son introducidos una vez y son gestionados por el usuario (en la memoria del PLC o del ordenador a través de un sistema de visualización o de periferia de Entradas/Salidas distribuidas). Si dichos datos son requeridos en otro sitio, el software recoge esos datos en bases de datos comunes. Integración completa: La completa integración de la tecnología en accionamientos. Las herramientas para la configuración, diagnóstico y puesta en marcha, se encuentran integradas en STEP 7. Interface Abierto La comunicación está totalmente integrada, de manera que se encuentra libre de que se pueda producir algún problema en el intercambio de datos entre diferentes sistemas. Por ejemplo, no es muy importante conocer el enlace de comunicaciones siguiente en la configuración de un PLC. El ajuste de la red establece sólo un criterio de selección y puede cambiarse en cualquier momento. Por lo tanto, no hay ningún problema en configurar diferentes soluciones de automatización.
CURSO: “PROGRAMACIÓN DE PLC” Uso de Simatic Step7 INTRODUCCIÓN AL MANEJO DE SIMATIC MANAGER ¿Qué es SIMATIC MANAGER? Simatic Manager es un entorno profesional flexible que permite programar todos los autómatas de las familias SIEMENS S7‐300 y S7‐400 entre otros. Para ello está dotado de una potente colección de librerías que almacenan las características específicas Hardware (HW) de cada modelo autómata y los diferentes elementos de conexión existentes en el mercado para configuraciones en red. Simatic Manager se distribuye como un conjunto de herramientas independientes que son ejecutables por separado pero que unen, en muchos casos con una aplicación principal interfaz con el usuario. Entre las herramientas disponibles en la distribución estándar de SM destacan: -Herramientas de configuración de las comunicaciones: PLC‐PC mediante bus MPI, NetPro (configuración de redes industriales). -Herramientas de conversión entre archivos: por ejemplo pasar del más antiguo lenguaje STEP 5 a STEP 7. -Administrador de licencias -Editores de bloques para los lenguajes AWL (ensamblador S7), FUP (lenguaje gráfico mediante grafcets) y SCL. -Simulador. Abreviaturas frecuentes del SM El programa Simatic Manager consta de una multitud de ventanas para el usuario, a continuación se describen las que utilizaremos con mayor frecuencia: 1. Ventana principal de SM (VP)
2. Ventana de edición de bloques de SM (VE)
CURSO: “PROGRAMACIÓN DE PLC” Uso de Simatic Step7 3. Ventada de edición de Tabla de Símbolos (VT)
4. Ventana de Simulador (VSim)
5. Ventana de Configuración de Hardware (VHW)
CREACIÓN DE UN PROYECTO: La programación de un PLC mediante Simatic Manager exige, en primer lugar, configurar una sesión de trabajo o proyecto. Un proyecto en SM está compuesto por subproyectos que pueden ser configuraciones de Hardware o configuraciones de Software independientes. Tras arrancar el entorno de Simatic Manager aparece por defecto el asistente para la creación de un proyecto nuevo que se muestra a continuación:
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Este asistente lleva al usuario por una serie de preguntas en las cuales se definen destinos de almacenamiento de programa, información general y lenguaje de programación a utilizar. NOMENCLATURA DE OPERANDOS Cada operando puede ser identificado según su función y sus propias características. Es importante conocer la nomenclatura de los operandos para programar correctamente un PLC, de igual forma, si es necesario resolver un problema en una máquina ya existente, es importante conocer qué es cada elemento que observemos en el programa, para resolver el problema con mayor facilidad. Siemens ha definido la siguiente nomenclatura para sus operandos:
Organización de un programa Dentro de la gama de software para programación de Siemens existen diversas posibilidades para la organización de la estructura que definamos en el momento de hacer nuestra programación.
CURSO: “PROGRAMACIÓN DE PLC” Uso de Simatic Step7 TIPOS DE MODULO DE USUARIO
Los Bloques de organización (OB) Constituyen el interfaz entre el sistema operativo y el programa de usuario y tienen prioridad en su ejecución. En las CPUs del S7 300 la prioridad de los OBs es fija y es posible asignar la misma prioridad a varios OBs. Controlan: El procesamiento cíclico, el procesamiento controlado por alarmas del programa, el comportamiento en el arranque del sistema de automatización.
CURSO: “PROGRAMACIÓN DE PLC” Uso de Simatic Step7 EJERCICIOS PROPUESTOS: Ejercicio 1: Control de portón Se tienen dos pulsadores normalmente abiertos, “Abrir” y “Cerrar” con los que se activará un motor que hará esta función con el portón, también hay un pulsador normalmente abierto de “Paro” que desactivará inmediatamente el portón en cualquier momento. Dos finales de carrera normalmente abiertos dan la indicación de si el portón se encuentra abierto, cerrado o a media carrera. FCA es el sensor de que el portón está abierto, FCC es el sensor que indica si el portón está cerrado. Existe una lámpara de advertencia que se enciende cuando el portón está a medio camino.
A continuación se muestra la tabla de variables que debe de crear:
CURSO: “PROGRAMACIÓN DE PLC” Uso de Simatic Step7 EJERCICIO 2: Una empresa cuenta con un sistema de abastecimiento de agua, el cual consta de un tanque cuyo nivel mínimo de llenado debe de mantenerse a 12m, su nivel máximo debe de ser 18m. El sistema cuenta con un switch selector de dos posiciones SW1 que es para encender y apagar el llenado automático del tanque. También cuenta con un switch selector de dos posiciones SW2 para activar y desactivar la electroválvula. Cuando la electroválvula está en posición abierta, una luz piloto indicadora es encendida para visualizar el estado de la válvula, cuando la electroválvula está en posición cerrada, apaga la luz piloto. Contamos con un PLC modelo S7-313C con un módulo de 8 entradas digitales y un módulo de 8 salidas de relé. Se tienen los siguientes elementos en sus entradas: -Dos interruptores manuales SW1 y SW2 -Dos sensores detectores de nivel de líquido LS1 y LS2 (Detecta líquido =>LS en estado ON; No detecta líquido => LS en estado OFF) -Dos detectores de posición de válvula VS1 y VS2 (Válvula permite flujo si VS1 en estado ON). VS2 está en ON si la válvula no permite flujo. •MS1 Contacto de activación de contactor de motor de bomba. Si la bomba está encendida la señal del contacto esta ON. Salidas a controlar. -Un contactor de motor trifásico de 220V que controla una bomba para llenar un tanque. -Un actuador de válvula VP1 alimentado por 220VAC. Si recibe voltaje, hace que la válvula permita el flujo. Si no recibe voltaje, la válvula bloquea el flujo. •Una luz de piloto de indicador, alimentada con 220VAC
CURSO: “PROGRAMACIÓN DE PLC” Uso de Simatic Step7 EJERCICIO 3: Realice el programa de control de una máquina selladora. Para arrancar, debe de colocarse un molde y ser sensado por A2 (Normalmente abierto), al presionar el botón A1 la banda avanzará hasta la posición media, donde será sensado por A3. En ese momento se detiene la banda y el pistón neumático realiza su operación. Este pistón cuenta con dos finales de carrera A4 y A5. Cuando el pistón termina su operación de sellado, la banda avanzará automáticamente hasta su posición final, apagando el motor de la banda.
Entradas: Pulsador A1 (NO) Sensor A2 (NO) Posición inicial de banda Sensor A3 (NO) Posición media de banda FC A4 Posición inferior de pistón (NO) FC A5 Posición superior de pistón (NO) Sensor A6 Posición final de banda. Salidas Relé de Activación de motor de banda Electroválvula de pistón neumático para sellado.
CURSO: “PROGRAMACIÓN DE PLC” Uso de Simatic Step7 EJERCICIO 4: Se desea hacer una mezcla de agua y X producto en un depósito. Para esto, al presionar el pulsador A se debe abrir la válvula de agua durante un minuto y simultáneamente la válvula de producto estará abierta hasta que el sensor de Peso llegue a su valor seteado. Cuando este llegue a tal valor, abrirá la compuerta C durante 15 segundos y luego deberá cerrar.
Entradas: Pulsador A (NO) Sensor de peso (NO) Salidas: Electroválvula para alimentación de agua (Activado – válvula abierta. Desactivado, válvula cerrada) Electroválvula para alimentación de producto (Activado – válvula abierta. Desactivado, válvula cerrada) Electroválvula para control de puerta. (Activado – puerta abierta. Desactivado, puerta cerrada)
