Universidad de Oriente Núcleo de Monagas Departamento de Ingeniería de Sistemas Cursos Especiales de Grado Automatización y Control de Procesos Industriales Instrumentación y Control Industrial
PROGRAMACION DE PLCs: LENGUAJE BLOQUES FUNCIONALES Unidad V: PLC
Equipo SCM Carlos Augusto Natera Abreu C.I.: 16.940.453 Manuel Andrés Meneses Meneses C.I.: 17.707.901 Tutor: Ing. Moisés Pérez
Maturín, Abril 2015
Índice
Introducción......................................................................................................... 3 MARCO TEÓRICO................................................................................................. 4 Lenguajes de programación orientados a PLC....................................................4 Diagrama de bloques funcionales......................................................................4 Programación con bloques funcionales............................................................6 Pasos............................................................................................................... 7 Simuladores PLC (FDB)..................................................................................... 7 DISCUSIÓN.......................................................................................................... 9 CONCLUSIONES................................................................................................ 10 REFERENCIAS................................................................................................... 11
Introducción
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Las empresas de hoy, que piensan en el futuro, se encuentran provistas de modernos dispositivos electrónicos en sus maquinas y procesos de control. Las fábricas automatizadas deben proporcionar en sus sistemas, alta confiabilidad, gran eficiencia y flexibilidad. Una de las bases principales de tales fábricas, es un dispositivo electrónico llamado PLC (controlador lógico programable) que es un dispositivo diseñado para controlar secuencialmente procesos en tiempo real en un ámbito industrial. Hoy en día, para programar PLC, existen varios lenguajes de programación, como lo son el lenguaje texto estructurado, lenguaje lista de instrucciones, lenguaje escalera (ladder), lenguaje bloques funcionales, entre otros. A continuación estudiaremos un poco a cerca de la programación de PLC con el Lenguaje de Bloques funcionales, el cual se usa una interface gráfica de bloques funcionales. Este tipo de programación ha sido diseñado para describir, programar y documentar la secuencia del proceso de control, todo en sencillos pasos.
MARCO TEÓRICO
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Lenguajes de programación orientados a PLC El lenguaje de programación de un PLC permite la creación del programa que controlará su CPU. Mediante este lenguaje el programador podrá comunicarse con el PLC y así confiarle un programa para controlar las actividades que debe realizar el autómata. Dependiendo del lenguaje de programación empleado, se podrá realizar un programa más o menos complejo. Junto con el lenguaje de programación, todos los fabricantes de PLC suministran un software de entorno para que el usuario pueda escribir sus programas de manera confortable. Este software es normalmente gráfico y funciona en ordenadores personales con sistemas operativos habituales. Los sistemas de programación más habituales para programar los PLC son:
Programación con diagrama de escalera
Programación con bloques funcionales
Programación con lógica boolena.
[1]
Diagrama de bloques funcionales (Function block diagram – FBD) Es un lenguaje gráfico que permite al usuario construir procedimientos complejos mediante la unión de bloques funcionales prediseñados. Este lenguaje gráfico también describe una función entre las variables de entrada y variables de salida, como un conjunto de bloques elementales, que están conectados por líneas de conexión, al igual que un circuito eléctrico. Generalmente utilizan símbolos lógicos para representar al bloque de función. Las salidas lógicas no requieren incorporar una bobina de salida, porque la salida es representada por una variable asignada a la salida del bloque. 1 http://recursostic.educacion.es/observatorio/web/es/component/content/article/ 502-monografico-lenguajes-de-programacion.
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El diagrama de funciones lógicas, resulta especialmente cómodo de utilizar, a técnicos habituados a trabajar con circuitos de puertas lógicas, ya que la simbología usada en ambos es equivalente. Adicionalmente a las funciones lógicas estándares y específicas del vendedor, el lenguaje FBD de la Norma IEC 1131-3 permite al usuario construir sus propios bloques de funciones, de acuerdo a los requerimientos del programa de control.[2] A continuación puede observarse un esquema con un extracto de unprograma construido utilizando este lenguaje de programación.
Lenguaje FBD, Ejemplo: Norma IEC 1131-3 bloques de funciones
[2]
Los bloques funcionales son los equivalentes de los circuitos integrados usados en electrónica, IC’s, que representan funciones de control especializadas. Los bloques funcionales contienen tanto datos como instrucciones, pudiendo guardar los valores de dichas variables entre sucesivas ejecuciones (que es una de las diferencias con las funciones). Se dice por tanto que los bloques funcionales tienen “memoria”, característica que les confiere un gran potencial de uso. Presentan una interfaz de entradas y salidas bien definida y un código interno oculto, como un circuito integrado o una caja negra. De este modo, establecen una clara separación entre los diferentes niveles de programadores, o el personal de mantenimiento. Un lazo de control de temperatura, PID, es un 2http://datateca.unad.edu.co/contenidos/2150512/ContenidoLinea/leccin_1632 __diagrama_de_bloques_funcionales_function_block_diagram__fbd.html
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excelente ejemplo de bloque funcional. Una vez definido, puede ser usado una y otra vez, en el mismo programa, en diferentes programas o en distintos proyectos. Esto lo hace altamente reutilizable. 3 Programación con bloques funcionales Hoy en día, para programar PLC, como también otros equipos, se usa una interface gráfica de bloques funcionales. Este tipo de programación ha sido diseñado para describir, programar y documentar la secuencia del proceso de control, todo en sencillos pasos. En Europa, se utiliza el lenguaje de programación llamado GRAFCET (creado en Francia, Gráfico de Orden Etapa Transición). Es un lenguaje extraordinariamente sencillo y fácil de entender por personas sin demasiados conocimientos de automatismos eléctricos. Está especialmente diseñado para resolver problemas de automatismos secuenciales. En la lógica secuencial, la programación con bloques funcionales es muy superior a otras formas de programación, mientras que los diagramas escalera y booleanos son mejores en lógica combinacional. Dado que hoy en día el control de procesos se programa principalmente con lógica secuencial, la programación con bloques funcionales se convierte en el estándar para programar PLC.
Este lenguaje incluye un conjunto de símbolos y convenciones tales como pasos, transiciones, conectividades (también llamados enlaces) y condiciones.
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Pasos
3 http://isa.uniovi.es/~vsuarez/Download/IEC%2061131-3%20%28Lenguajes%29.pdf
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Los pasos son una serie de símbolos secuenciales individuales, que se representan por cuadrados numerados, cuadrados que pueden contener nombres que describen la función del paso. Transiciones Las transiciones son los elementos del diagrama que describen el movimiento de un paso a otro. Su representación es una línea horizontal corta. Enlaces Los enlaces muestran el flujo del control, el que va desde arriba hacia abajo, salvo que se indique lo contrario. Condiciones Las condiciones están asociadas a las transiciones y deben ser escritas a la derecha. Describen el entorno que se debe cumplir en un momento dado. 1 Simuladores PLC con Diagrama de bloques funcionales ZelioSoft 4.3 Software de programación para los autómatas Zelio de Schneider Electric. Permite simular el funcionamiento de los programas sin necesidad de disponer del PLC. La Programación se puede hacer en modo contactos (LD) o funciones lógicas (FBD). Además permite introducir los programas dibujándolos, mediante el editor, o a través de un interfaz que simula el aspecto físico de la controladora Zelio elegida. LogoComfort 5 Versión demo del software de programación para los autómatas LOGO! de Siemens. Esta versión no permite conectar con el autómata real, pero permite simular los programas. Por tanto, es ideal para aprender a programarlo. La
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programación se puede realizar en contactos (KOP) o funciones lógicas (FUP). Existen versiones para Windows, Linux y Mac.4 UnityPro Unity es el entorno software/hardware de Schneider Electric para la gestión de sus plataformas de automatización. El mismo entorno sirve para las diferentes gamas de PLC de la marca: Quamtum, Premium, Modicon 340 y Atrium. Dentro de Unity, la herramienta gráfica UnityPro es la que se utiliza para el desarrollo, explotación y mantenimiento de aplicaciones para los PLCs. Esto es, UnityPro es una herramienta “todo en uno” que permite se puede configurar, programar, simular, depurar y monitorizar un PLC. Además, es posible hacer todo ello de una forma bastante independiente del hardware del PLC, después de haber realizado una configuración inicial.
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DISCUSIÓN 4 http://olmo.pntic.mec.es/jmarti50/descarga/simu_plc.htm 5 http://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/18971/1/AA-pmanual.pdf
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Controladores lógicos programables (PLC) han sido una parte integral de la automatización industrial y control de procesos industriales durante décadas. PLC de control de una amplia gama de aplicaciones, desde funciones de iluminación simples a sistemas ambientales a las plantas de procesamiento de químicos. Estos sistemas realizan muchas funciones, proporcionando una variedad de interfaces de entrada y salida analógicas y digitales; procesamiento de la señal; conversión de datos; y varios protocolos de comunicación. Todos los componentes y las funciones del PLC se centran alrededor de la controladora, que está programado para una tarea específica. El módulo PLC básica debe ser lo suficientemente flexible y configurable para satisfacer las diversas necesidades de las diferentes fábricas y aplicaciones. Estímulos de entrada (ya sea analógico o digital) se reciben de las máquinas, sensores, o eventos de proceso en forma de tensión o corriente. El PLC debe interpretar con precisión y convertir el estímulo para la CPU, que, a su vez, define un conjunto de instrucciones a los sistemas de salida que controlan actuadores en la fábrica o en otro entorno industrial. Lenguajes de programación típicos son los lenguajes o sistemas de programación posibles en los autómatas programables; por esto, cada fabricante indica en las características generales de su equipo cuál es el lenguaje o los lenguajes con los que puede operar. El lenguaje de programación es también de tipo gráfico y permite al usuario programar rápidamente, tanto expresiones como en lógica booleana. Los diagramas de bloques funcionales provienen del campo del procesamiento de la señal y su utilización es conveniente cuando no hay ciclos pero existen, sin embargo, varias ramas en el programa a crear.
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Se trata de un lenguaje de alto nivel que permite resumir funciones básicas en bloques de modo que el usuario solo se preocupa por una programación funcional de su rutina. De este modo, es ideal para usuarios que no tengan habilidades avanzadas en programación y para aquellos procesos de baja complejidad. Actualmente es un lenguaje muy popular y muy común en aplicaciones que implican flujo de información o datos entre componentes de control. Las funciones y bloques funcionales aparecen como circuitos integrados y es ampliamente utilizado en Europa.
CONCLUSIONES
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Los PLC's pueden realizar operaciones aritméticas, manipulaciones complejas de datos, tienen mayores capacidades de almacenamiento y pueden comunicarse más eficientemente con el programador y con otros controladores y computadoras en redes de área local. Además, ahora muchos PLC's incorporan instrucciones y módulos para manejar señales análogas y para realizar estrategias de control, más sofisticados que el simple ON-OFF. Cuando se comprendió el gran potencial de los PLC's, como poderosas computadoras que son y se dio la evolución de capacidades que ahora tienen, que no poseían los antiguos circuitos, aparecieron los lenguajes de alto nivel como el lenguaje de bloques funcionales, de que son muy similares a los lenguajes de programación de computadoras como el Basic y el C, para hacer cada vez más amigable la programación aumentando el aporte de los PLC en ámbito industrial.
REFERENCIAS 10
[1] Prieto Paloma. Lenguajes de programación. [Documento en línea]. Disponible
en:
http://recursostic.educacion.es/observatorio/web/es/component
/content/article/502-monografico-lenguajes-de-programacion [Consultado: 2015, mayo 1]. [2] Universidad Nacional Abierta a Distancia. [Documento en línea]. Disponible
en:
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/2150512/ContenidoLinea
/leccin_1632__diagrama_de_bloques_funcionales_function_block_diagram__fbd.h tml [Consultado: 2015, mayo 2]. [3] Lenguajes de Programación. [Documento en línea]. Disponible en: http://isa.uniovi.es/~vsuarez/Download/IEC%2061131-3%20(Lenguajes).pdf [Consultado: 2015, mayo 2]. [4] Autómatas programables. Programas de simulación. [Página en línea]. Disponible
en:
http://olmo.pntic.mec.es/jmarti50/descarga/simu_plc.htm
[Consultado: 2015, mayo 3]. Candelas Francisco. Introducción al software UnityPro y a los PLCs M340 de Schneider. [Documento en línea]. Disponible en:
http://rua.ua.es/dspace
/bitstream/10045/18971/1/AA-pmanual.pdf [Consultado: 2015, mayo 3].
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