Programación Siemens S7-200.pdf

2014/15

[PROGRAMACIÓN EN PLC] PLC ] EDUARDO RODRÍGUEZ PORTES

IES VIRGEN DE LAS NIEVES |TÉCNICO SUPERIOR EN MECATRÓNICA INDUSTRIAL

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CONTENIDO Programación en autómata PLC S7-200 de SIEMENS Principales características Módulos de ampliación Métodos de programación Herramienta de ayuda a la programación GRAFCET Cómo entenderlo Cómo estructurarlo Anotaciones adicionales Ejemplo de (idea) => (GRAFCET) => (programación) Realización de un diagrama de contactos Software necesario para la programación Comunicación PC - PLC / PLC - PC Entradas/salidas digitales y analógicas Realización de un programa con E/S “analógica”

Objetivos Elementos empleados Funcionamiento Conclusiones Realización de un programa con E/S “digitales”

Elementos empleados Características de los elementos físicos empleados Objetivos Desarrollo del proyecto Idea del funcionamiento Tabla de símbolos GRAFCET Diagrama de contactos (KOP) Simulación (PCsimu, PLCSIM) Carga del programa PC - PLC / PLC - PC Esquema eléctrico de conexiones al PLC Conclusiones/Observaciones Anexos

Agradecimientos: Profesor: D. Óscar Muñoz Vedia Centro educativo: IES VIRGEN DE LAS NIEVES

Autor: Alumno: Eduardo Rodríguez Portes


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CONTENIDO Programación en autómata PLC S7-200 de SIEMENS Principales características Módulos de ampliación Métodos de programación Herramienta de ayuda a la programación GRAFCET Cómo entenderlo Cómo estructurarlo Anotaciones adicionales Ejemplo de (idea) => (GRAFCET) => (programación) Realización de un diagrama de contactos Software necesario para la programación Comunicación PC - PLC / PLC - PC Entradas/salidas digitales y analógicas Realización de un programa con E/S “analógica”

Objetivos Elementos empleados Funcionamiento Conclusiones Realización de un programa con E/S “digitales”

Elementos empleados Características de los elementos físicos empleados Objetivos Desarrollo del proyecto Idea del funcionamiento Tabla de símbolos GRAFCET Diagrama de contactos (KOP) Simulación (PCsimu, PLCSIM) Carga del programa PC - PLC / PLC - PC Esquema eléctrico de conexiones al PLC Conclusiones/Observaciones Anexos

Agradecimientos: Profesor: D. Óscar Muñoz Vedia Centro educativo: IES VIRGEN DE LAS NIEVES

Autor: Alumno: Eduardo Rodríguez Portes


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PROYECTO DE INTEGRACIÓN DE SISTEMAS 1- Programación en autómata PLC S7-200 de SIEMENS.

1.1- Principales características. SIMATIC S7-200 es un micro-PLC compacto, potente, potente, y rápido, ofrece muy buena conectividad y facilidades en el manejo del software y del hardware. • Puerto estándar RS-485. • Protocolo PPI. • Protocolos personalizados para comunicación con cualquier equipo. • Rápido en la comunicación PROFIBUS, operando como esclavo.

comunicación por bus AS-Interface, operando como • Potente en la comunicación • • • • • •

maestro. Conexión a Industrial Ethernet vía módulo dedicado. Con conexión a internet mediante módulo correspondiente. correspondiente. Accesibilidad desde cualquier punto gracias a comunicación por modem (para telemantenimiento, teleservice o telecontrol) S7-200 PC ACCESS, servidor OPC OPC para para simplificar simplificar la conexión al mundo del PC Pequeño y compacto. Extensa funcionalidad en todos los tipos de CPU.


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Alta capacidad de memoria. Posibilidad de dominar en cualquier instante todo el proceso. Manejo simplificado con STEP7-Micro/WIN. 5 CPUs escalonadas en prestaciones y puerto Freeport integrado para comunicaciones. Amplia gama de módulos de ampliación para diferentes funciones.

Otras características según modelo de CPU.

1.2- Módulos de ampliación. Extensiones digitales/analógicas, escalables según aplicación. Módulos de entrada, Módulos de salida, Módulos de entrada/salida. • Comunicación a PROFIBUS operando como esclavo. Módulo esclavo PROFIBUS DP, máx. 2 módulos. • Comunicación a bus AS-Interface operando como maestro. Módulo ASinterface, máx. 2 módulos. • Medida exacta de temperaturas. Con una resolución de 0,1º C, Módulo de medida de temperatura RTD (uso de termoresistencias), Módulo de medida de temperatura TC (uso de termopares). •


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Posicionamiento. Módulo de posicionamiento EM 253 (control de motores paso a paso y servomotores). Telediagnóstico. Comunicación Ethernet/Internet. Módulo de módem EM 241 Manejo y visualización con micropaneles. TD 200, TD 200C, OP 73micro, TP 170micro / TP 177micro. Software STEP 7-Micro/WIN con librería Add-on Micro/WIN.

1.3- Métodos de programación. Con el software STEP 7-Micro/WIN, podemos realizar un programa que cubra nuestras necesidades. Una forma simple de programación, es adaptar un esquema eléctrico utilizando funciones del software que cumplan con las condiciones del esquema a convertir. Para ellos giraremos el esquema 90º hacia la izquierda, adaptando su vista a la de la pantalla de programación del software.


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Este tipo de programación se puede usar con esquemas simples, puesto que cuanto más complejo sea el esquema eléctrico, mayor será la dificultad de programarlo en el software, limitando y desaprovechando las grandes posibilidades que ofrece el autómata. La mejor forma de programar en STEP7-Micro/WIN, es utilizar el método de programación escalonada en lenguaje KOP, con el uso de funciones especiales como SM0.1, y herramientas de ayuda tipo GRAFCET. IES VIRGEN DE LAS NIEVES |TÉCNICO SUPERIOR EN MECATRÓNICA INDUSTRIAL

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Los otros lenguajes existentes en el software (AWL y FUP), dificultan la programación a personas inexpertas, no siendo recomendadas. Antes de responder a la pregunta de qué lenguaje escoger en Step 7, repasemos un poco de qué lenguajes disponemos. FUP • KOP • AWL • Cada uno tiene sus ventajas e inconvenientes.

FUP Es un lenguaje de Step7 gráfico que utiliza los cuadros del álgebra booleana para representar la lógica. Asimismo, permite representar funciones complejas (p.ej. funciones matemáticas) mediante cuadros lógicos. Tiene la ventaja de ver agrupados por bloques las diferentes lógicas y tener bloques complejos. Cuando hay mucha lógica booleana en serie suele ser más compacto y más fácil de ver el segmento completo.

KOP Es un esquema de contactos, escalera o ladder. Es un lenguaje de Step 7 gráfico y probablemente el más extendido en todos los lenguajes de programación y por tanto el más similar a otros. Probablemente es el más fácil de entender por personal proveniente de la industria eléctrica y técnicos eléctricos. En definitiva, es la representación que habría que cablear si se quisiera hacer el mismo programa que realizas con el PLC.

AWL Es un lenguaje de programación textual orientado a la máquina. En un programa creado en AWL, las instrucciones equivalen en gran medida a los pasos con los que la CPU ejecuta el programa. Para facilitar la programación, AWL se ha ampliado con estructuras de lenguajes de alto nivel (tales como accesos estructurados a datos y parámetros de bloques). Es el más completo y el más complejo visualmente de seguir. Para instrucciones sencillas es muy útil pero cuando se quiere hacer una lógica un poco compleja el trabajo de seguimiento y de depuración es complicado y fácilmente susceptible de cometer errores. En su haber, si lo que necesitas no lo puedes programar en AWL, es que no se puede programar con ninguno de los 3.


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Por otra parte ambos lenguajes gráficos son traducibles a AWL, pero no al revés y no necesariamente entre ellos. Si bien normalmente KOP y FUP son traducibles entre sí, no siempre es así. Dependerá de la construcción del segmento en cuestión para que se pueda. Como se aprecia en el gráfico, todo lo que se programe en KOP y FUP puede ser programado en AWL. Pero no solamente no todo no será traducido entre el lenguaje gráfico y AWL, sino que además habrá procedimientos que sólo podamos realizarlos en AWL y en ningún caso en FUP o en KOP, es decir, AWL será el lenguaje universal dentro del Step 7. Respondiendo a la pregunta. ¿Cuál es el mejor? Pues siento que hayas leído hasta aquí porque no tengo una respuesta a ello. Depende. A título personal diré que en mis inicios y por provenir del ámbito académico y de programación para PC, me gustaba más los diagramas de bloques (FUP). Hoy he de decir que sin duda me parece más práctico el lenguaje KOP ya que me permite visualizar más segmentos del código como norma general. El lenguaje AWL es totalmente necesario como ya veremos en su momento para multitud de tareas que sólo así se pueden hacer o porque, aunque parezca mentira, es más fácil de usar. Por tanto, puedes usar indistintamente cualquiera de ellos, si bien lo normal y lógico es usar uno de los lenguajes gráficos acompañado por AWL cuando no quede más remedio. Y por último, si crees que a pesar de todo, te ha sido útil esta entrada, por favor, compártela con tus redes sociales. Te pido unos segundos de tu tiempo para que otros puedan conocer este blog. Gracias de antemano. Un saludo. Iñigo Gútiez.

2- Herramienta de ayuda a la programación GRAFCET. GRAFCET (grafo funcional de control etapa‐t ransición), surge en Francia en

1977 como iniciativa de algunos fabricantes de autómatas, se define como un lenguaje que permite modelar el comportamiento de la parte secuencial de un sistema automatizado. IES VIRGEN DE LAS NIEVES |TÉCNICO SUPERIOR EN MECATRÓNICA INDUSTRIAL

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Se divide en tres tipos de niveles de detalles.

Podemos usar cualquiera de los niveles, pero el más funcional es el nivel tecnológico. En nuestro caso, al ser el GRAFCET una herramienta de ayuda “personal” a la programación, no lo realizaremos con todas las normas y condiciones homologadas, sino respetando alguna de ellas y tratando de hacerlo de la forma más esquematizada y detallada posible, usando los tres niveles simultáneamente cuando sea necesario.

2.1- Cómo entenderlo. Lo primero es tratar cambiar nuestra lógica a modo “GRAFCET” . Debemos tener en cuenta: - Cómo enumerar etapas. Debemos tener en cuenta que las etapas son enumeradas para que sirvan de referencia, no obligatoriamente esa numeración deberá ser consecutiva y ordenada de menos a más, aun siendo la mejor forma de organización. - Qué es una transición y para qué sirve. Una transición es la condición impuesta para que se active una etapa.


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- Qué es una orden orden y para qué sirve. sirve. Una orden, como indica su nombre, ejecuta un acto. - Cómo funcionan las órdenes y transiciones. En nuestro método de programación escalonada, una transición es la que activará la siguiente etapa cuando se cumpla la condición/es asignada/s. Con la etapa activa, ejecutará sus órdenes si las tiene, o simplemente estará activa hasta que la siguiente transición se cumpla, y así sucesivamente. - Cómo convertir mi necesidad en GRAFCET. Antes de empezar, deberemos saber cuál será el funcionamiento y los elementos que componen nuestro sistema.

2.2- Cómo estructurarlo. Dependiendo de la complejidad de nuestro sistema, usaremos un grupo de etapas o varios grupos. El orden de un grupo será de menos a más empezando por múltiplos de 10, o sea, para el primer grupo de etapas usaremos el cero = etapa cero = E0; para el segundo grupo el diez = etapa diez = E10; para el tercer grupo el veinte = etapa veinte = E20, y así sucesivamente con todos los grupos de etapas que vayamos a necesitar. También podemos utilizar un software para el diseño del GRAFCET y convertir nuestro borrador manuscrito en una imagen clara y ordenada.

2.3- Anotaciones adicionales. Las anotaciones adicionales son necesarias para localizar más rápidamente la forma de configuración que deberemos emplear a la hora de hacer el programa (hacer el diagrama de contactos). Deberemos anotar el tipo y configuración de todas aquellas fracciones del programa que nos pueda resultar complejas, evitando así simples errores de escritura que nos puede resultar difíciles de localizar si tenemos un programa extenso. El tipo de contador, temporizador, órdenes duplicadas, etc., son ejemplos de anotaciones recomendadas. recomendadas.

2.4- Ejemplo de (idea) => (GRAFCET) => (programación). IDEA - Al pulsar un pulsador, se enciende una bombilla, al volver a pulsarlo, la bombilla se apagará pasados 5 segundos. Es el momento de nombrar los elementos para facilitar el desarrollo del GRAFCET. Pulsador (S1); Bombilla (H1); Temporizador (T37). IES VIRGEN DE LAS NIEVES |TÉCNICO SUPERIOR EN MECATRÓNICA INDUSTRIAL

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3- Realización de un diagrama de contactos. En la siguiente imagen veremos el resultado del ejemplo anterior en diagrama de contactos. Para la realización del diagrama de contactos, necesitaremos un software relacionado con nuestro autómata. En este caso trabajamos con la marca SIEMENS. Más adelante veremos en detalle como estructurarnos y como realizar un programa para nuestro PLC. Un diagrama de contactos es la traducción de un esquema eléctrico utilizando una lógica programable, de esta forma podre suprimir o añadir partes al esquema original adaptándolo al autómata.

3.1- Software necesario para la programación. Al trabajar con un PLC marca SIEMENS, usaremos el software relacionado con la marca y modelo de PLC. El software llamado STEP7Micro/WIN, será nuestra IES VIRGEN DE LAS NIEVES |TÉCNICO SUPERIOR EN MECATRÓNICA INDUSTRIAL

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herramienta de programación en entorno PC, y vía de acceso para el manejo interno del autómata a través del puerto RS-485 (PLC) - COM1 (PC). Será necesario el uso de un cable especial punto a punto con protocolo PPI para el intercambio de datos entre PC-PLC o viceversa. Con este software podemos relacionar nuestras entradas digitales y/o analógicas con una lógica programada, dando como resultante salidas digitales y/o analógicas para el control de operaciones diversas. También disponemos de otras herramientas con las que conseguiremos hacer simulaciones y comprobar el funcionamiento virtual de nuestro programa. Para ello disponemos de dos softwares más, el PLCSIM que simulará el funcionamiento del autómata, y PCSimu, que se encarga de simular nuestras entradas y salidas conectadas a sus debidos actuadores. Ambos, se enlazan entre sí para el desarrollo de la simulación.

3.2- Elementos de programación. El software STEP7Micro/Win dispone de comandos y funciones que nos

ayudarán a la hora de realizar un programa. Deberemos estudiar las características de cada función puesto que según cómo se apliquen, pueden actuar de una u otra forma. Para ello señalaremos con el puntero del ratón aquella función o comando seguido de la tecla F1 del teclado del PC, se abrirá una ventana de ayuda con todas las características del elemento seleccionado.


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3.3- Comunicación PC - PLC / PLC - PC. Necesitaremos un cable especial de transferencia con protocolo PPI. Se conecta al PC en puerto COM1 y al PLC en puerto RS 485. Una vez hecha las conexiones, iniciaremos la recogida de datos del autómata al PC, o el envío de datos del PC al autómata a través del programa STEP7Micro/WIN. Una vez terminada la transferencia de datos, pasamos el autómata a modo RUN (marcha) para visualizar en el PC la parte del programa que está activa en ese momento. Conforme el autómata recibe señal en sus entradas, procederá a enviar señal a sus salidas de acuerdo con lo programado.

4- Entradas/salidas digitales y analógicas. Antes de nada es importante diferenciar digital de analógico en un entorno PLC. Como consecuencia del avance tecnológico, tenemos la tendencia a pensar que analógico es algo simple con botones y palancas, y que digital, es algo complejo con transistores y circuitos de componentes electrónicos. Pues bien, en un entorno PLC, la principal diferencia entre analógico y digital, es exactamente lo opuesto a la información heredada, con lo cual, cuando hablamos de digital, significa que tiene una señal de entrada o salida simple, o bien es “verdadero”, o bien es “falso”, o bien entra una señal +24v (DC), o bien no entra 0v (DC), con lo cual, IES VIRGEN DE LAS NIEVES |TÉCNICO SUPERIOR EN MECATRÓNICA INDUSTRIAL

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la interpretación de esa información por parte del autómata es, +24v = 1 = “verdadero”, 0v = 0 = “ falso”, eso es debido a que las entradas digitales trabajan con 1 solo bit de información. Por el contrario, las señales de entrada y salida analógicas tienen una señal compleja, puesto que abarcan una gran variedad de posibilidades y según el modelo o configuración del PLC, tendremos señales de entrada/salida entre 0v y 10v, por ejemplo, 0,000...0v; 0,000...1v hasta 9,999...9v; 10,00...0v. En la imagen podemos visualizar esos datos de forma más clara. Esa información son datos importantes a tener en cuenta a la hora de programar E/S analógicas.


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Las E/S integradas en la CPU tienen direcciones fijas. Para añadir E/S adicionales se puede conectar módulos de ampliación. Las direcciones de E/S de cada módulo no afectan a las direcciones de los otros módulos ya sean E/S digitales o analógicas. Cada E/S física tiene asociada en la CPU una posición en la memoria conocida como imagen de proceso, que es periódicamente actualizada por el PLC, ya que su valor es 0 ó 1. Normalmente en la programación no actuamos sobre las E/S físicas directamente, sino sobre sus imágenes de proceso. Los módulos de ampliación digital, reservan un espacio de la imagen del proceso en incrementos de ocho bits (un byte). Si el módulo no dispone de un punto IES VIRGEN DE LAS NIEVES |TÉCNICO SUPERIOR EN MECATRÓNICA INDUSTRIAL

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físico para cada bit de cada byte reservado, los bits no usados se perderán, y no podrán ser asignados a los módulos siguientes en la cadena E/S, puesto que se ponen a cero cada vez que se actualizan las entradas. Las direcciones de los módulos analógicos, se asignan siempre en incrementos de dos bytes. Si el módulo no ofrece E/S físicas para cada uno de esos puntos, éstos se perderán sin poder asignarlos a los módulos siguientes de la cadena de E/S.

- Imagen del proceso de las entradas “I” El S7-200 lee las entradas físicas al comienzo de cada ciclo y escribe los correspondientes valores en la imagen del proceso de las entradas. Se pueden acceder en formato de bit, byte, palabra o doble palabra. Bit: I[direcc. del byte] · [direcc. del bit] I0.1

Byte, palabra o doble palabra: I[tamaño][direcc. del byte inicial] IB4

- Imagen del proceso de las salidas “Q” Al final de cada ciclo, el S7-200 copia en las salidas físicas el valor almacenado en la imagen del proceso de las salidas. Se pueden acceder en formato de bit, byte, palabra o doble palabra. IES VIRGEN DE LAS NIEVES |TÉCNICO SUPERIOR EN MECATRÓNICA INDUSTRIAL

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Bit: Q[direcc. del byte] · [direcc. del bit] Q0.1

Byte, palabra o doble palabra: Q[tamaño][direcc. del byte inicial] QB5

- Memoria de variables “V” La memoria de variables (memoria V) se puede utilizar para depositar los resultados intermedios calculados por las operaciones en el programa. La memoria V también permite almacenar otros datos que pertenezcan al proceso o a la tarea actual. Se le puede acceder en formato de bit, byte, palabra o doble palabra. Bit: V[direcc. del byte] · [direcc. del bit] V10.2

Byte, palabra o doble palabra: V[tamaño][direcc. del byte inicial] VW100

- Área de marcas M El área de marcas (memoria M) se puede utilizar como relés de control para almacenar el estado inmediato de una operación u otra información de control. Por ejemplo, cuando quiero cortar una madera, ¿cómo lo hago? Mido y hago una “marca”. Marca es guardar un estado dentro del PLC. Se pueden acceder en formato de bit, byte, palabra o doble palabra. Bit: M[direcc. del byte] · [direcc. del bit] M26.7

Byte, palabra o doble palabra: M[tamaño][direcc. del byte inicial] MD20


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Es importante tener en cuenta que a la hora de asignar los bits, bytes, palabras o doble palabras, debemos mantener la relación de ocupación de cada asignación para que los bits de una no pisen los de la otra. Es posible hacer diferentes asignaciones sin importar el orden y tamaño, pero sin embargo, debo cumplir estrictamente el que una asignación no pise la siguiente o viceversa. Por ejemplo, si utilizo del byte 0 el bit 2, éste ocupa su asignación, podre usar los siete restantes (0, 1, 3, 4, 5, 6 y 7). Al usar un byte (8 bits), el siguiente libre después de la anterior asignación será el byte 1. Seguidamente si uso una palabra (=16 bits=2 bytes), el siguiente libre después de la última asignación será el byte 2, y al tratarse de una palabra, ocuparé los bytes 2 y 3. Seguidamente si uso una doble palabra (=32 bits=4 bytes), el siguiente libre después de la última asignación será el byte 4, y al tratarse de una doble palabra ocupare los bytes 4, 5, 6 y 7. Para las siguientes asignaciones, IES VIRGEN DE LAS NIEVES |TÉCNICO SUPERIOR EN MECATRÓNICA INDUSTRIAL

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deberé mantener el orden y seguir ocupando aquellos bytes o bits, que se encuentren desocupados y al mismo tiempo dependiendo de su tamaño (bit, byte, palabra o doble palabra), deberé tener en cuenta que ninguna de sus asignaciones ocupe en parte o en su totalidad otra asignación previamente hecha. Es posible hacer asignaciones fuera de orden y tamaño, siempre y cuando siga cumpliendo el no usar alguna asignación previamente hecha. Esta forma de asignación desordenada no es recomendable a no ser que el programa que estemos realizando apenas las tenga, sin embargo, si voy a realizar un programa extendido, la mejor forma de evitar errores, es creando mi propio mapa de asignaciones, y llevar un orden para evitar posibles errores difíciles de localizar extendiendo el tiempo de la programación. En los siguientes ejemplos veremos gráficamente las formas de asignación según el tamaño y algunas posibilidades de que se pisen entre sí.


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5- Realización de un programa con E/S “analógica”. 5.1- Objetivos. - Analizar la E/S variando la tensión de entrada de 0v a 10v, visualizar en

PC a través de una función los rangos de señal, y compararlos en un voltímetro conectado a la salida. - Hacer un programa condicionado a una fórmula matemática para convertir la señal de entrada obteniendo un resultado específico en la salida. - Hacer una gráfica para visualizar los análisis gráficamente. - Explicar detalladamente los pasos a seguir para la conversión como apoyo al entendimiento de las E/S analógicas.


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5.2- Elementos empleados. En esta práctica necesitaremos: - Ordenador PC con software STEP7/MicroWin dotado de puerto COM1. - Cable de transmisión de datos con protocolo PPI y conectores para puertos COM1 y RS-485. - Autómata S7-200 SIEMENS (CPU 224) instalado en un panel de pruebas equipado con potenciómetro y voltímetro. - Módulo de ampliación E/S analógicas EM 235 AI4/AQ1 x 12 Bit, conectado al autómata S7-200.

5.3- Funcionamiento. En primer lugar, analizaremos la interpretación del autómata con señales de 0v a 10v e incrementos de uno en uno en su entrada analógica. Una vez conocido esos datos, generaremos un programa condicionado a una fórmula matemática que nos variará la señal de entrada original, convirtiéndola en la salida un rango de voltaje distinto al primitivo, pudiendo así adaptarlos a cualquier posibilidad.


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10 9 8 a d a 7 r t n 6 e e 5 d e j 4 a t l o 3 V 2 1 0

AIW0

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4467 7498 10647 13614 16529 19323 22686 26145 29309 32748 Interpretación del autómata

Ahora procederemos a realizar un programa de conversión de la señal recibida por la entrada analógica. Más adelante estudiaremos a fondo los pasos a seguir a la hora de programar.


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El funcionamiento de este programa está basado en una fórmula matemática. Se trata de que cuando en la entrada exista una señal de 0v, la salida sea de 3v, y cuando exista una señal de 10v en la entrada, la salida sea de 1v, y las variaciones de 0 a 10v de acuerdo con el tipo de conversión. Calculamos el coeficiente de desfase llegando a la conclusión de que a cada diez pasos avanzan dos, por lo tanto, dividimos 2 por 10 obteniendo 0,2 de coeficiente de desfase. La fórmula a emplear es:

valor inicial - (X · 0.2) Valor inicial es el valor de interpretación del autómata (gráfica) correspondiente al valor de salida de la entrada más pequeña, en la gráfica anterior podemos ver qué el valor correspondiente a la entrada más pequeña 0v y salida de 3v es de 10647. X corresponde al nº o valor de entrada en la gráfica. 0.2 es el coeficiente de desfase. Usaremos varias funciones para realizar operaciones y otras para la conversión de datos puesto que el autómata dependiendo de la función que usemos, necesitará recibir datos con formas específicas. En primer lugar cabe saber algunos conceptos básicos. - Número entero (-2, -1, 0, 1, 2). - Número real (todos los números). Para empezar usaremos la función MOV-W, que sirve para mover de un lugar a otro que yo asigne, una palabra (W). El módulo de expansión que usamos envía una señal de 12 bits, al ser mayor que 8 bits, se considera palabra aun siendo inferior a los 16 bits que tiene una palabra (W). Lo movemos a una marca de palabra, la llamaremos MW0 (OUT). La entrada analógica AIW0 (IN) envía datos de palabra, pero no hay una función específica que convierta palabra en doble palabra, con lo cual tenemos que usar la función I_DI, que convierte un número entero en doble entero, el resultado de la conversión lo asignamos a una marca doble palabra de 32 bits, la llamaremos MD2 (OUT); esta palabra ocupa 4 bytes, y se le asigna el siguiente byte libre después de la marca MW0 (IN), este orden de asignación se aplicará en todas las marcas siguientes. Nuestra primera operación será la multiplicación, la función MUL_R necesita operar con números reales, y hasta ahora tenemos un número entero doble al que debemos convertir en un número real. Para esta conversión usaremos la función DI_R,


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que convierte entero doble en real, le asignamos el resultado de la conversión a MD6 (OUT) con entrada de MD2 (IN). En las entradas de MUL_R (IN1 y IN2) asignaremos los valores de MD6 y 0.2 (coeficiente de desfase), esos son los valores de la multiplicación, el resultado lo asignamos a MD10 (OUT). El siguiente paso es realizar una resta, para ello usaremos la función SUB_DI. Esta función opera con entero doble, con lo cual nuestro resultado anterior de la multiplicación (real) necesita ser convertido a entero doble. La conversión la haremos con la función TRUNC, en la entrada MD10 (IN) y en la salida MD14 (OUT). Ya podemos realizar la resta con SUB_DI, en la entrada IN1 nuestro valor inicial de +10647, y en la entrada IN2 nuestro resultado MD14. Asignamos MD18 a la salida (OUT). Una vez terminadas todas las operaciones, debemos enviar el resultado a la salida analógica AQW0, pero para ello deberemos convertir el resultado anterior de entero doble a entero con la función DI_I. En la entrada el anterior resultado MD18 (IN), y en la salida asignamos la dirección física de la salida analógica AQW0 (OUT).

10 9 8 a d a 7 r t n 6 e e 5 d e j 4 a t l o 3 V 2 1 0

QIW02

3

2,8

2,6

2,4

2,2

2

1,8

1,6

1,4

1,2

1

Voltaje de salida

5.4- Conclusiones. Al finalizar las comparaciones entre E/S digital y analógica, nos damos cuenta de que trabajar con E/S digital supone encender o apagar, y trabajar con E/S analógica supone un abanico de posibilidades desde el punto “apagado” hasta el punto “encendido”. Podemos controlar actuadores que permitan rangos de funcionamiento y


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recibir datos de sensores que trabajan de la misma forma. Un ejemplo para entenderlo mejor sin tener en cuenta si es viable o no, sería conectar a nuestro autómata un sensor de luminosidad en la entrada, y en la salida una bombilla, lo que pasaría al haber mucha luz es que la bombilla estaría apagada o casi, y conforme pasarían las horas del día y empezara a oscurecer, la bombilla irá tomando más fuerza hasta que finalmente quede totalmente encendida.

6- Realización de un programa con E/S “digitales”. 6.1- Elementos empleados. - PLC S7-200 (CPU 224) instalado en un panel de pruebas dotado de E/S externas con pulsador/interruptor para entradas. - PC con software STEP7/MicroWin dotado de puerto COM1. - Cable de transmisión de datos con protocolo PPI y conectores para puertos COM1 y RS-485. - Cables de pruebas para la conexión entre paneles. - Compresor de aire y tuberías de conexión. - Elementos físicos para conectarlos en las entradas y salidas externas del panel de pruebas. En este caso usaremos un panel de pruebas compuesto de: - 1 cilindro de simple efecto con retorno por muelle, equipado con sensores magnéticos de posición N/A, gobernado por una electroválvula monoestable 3/2. - 1 cilindro de doble efecto equipado con sensores magnéticos de posición N/A, gobernado por una electroválvula monoestable 5/2. - 1 estación de mantenimiento neumática. - 1 interruptor N/A. - 1 pulsador N/A. - 1 seta de seguridad N/C. - 1 sensor inductivo de dos hilos N/A. - 1 sensor inductivo de tres hilos N/A y N/C. - 1 sensor capacitivo de cuatro hilos N/A y N/C. - 1 célula fotoeléctrica de cinco hilos N/A y N/C. - 2 bombillas de señalización.


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6.2- Características de los elementos físicos empleados. Anteriormente hemos hablado sobre el autómata, PC, cable de transmisión de datos y módulos de expansión. En este apartado nos concentraremos en describir los elementos exteriores que conectaremos al PLC para la simulación de una conexión real. Cilindro de doble efecto. Se denominan de doble efecto, por la necesidad de energía neumática para el movimiento de su vástago en ambos sentidos. Existen una infinidad de variedades con distintos tamaños y características que cubren cualquier necesidad. Cilindro de simple efecto. Se denominan de simple efecto (en este caso con retorno por muelle), por la característica de que sólo necesita energía neumática para el avance o retroceso del vástago, el movimiento de la otra maniobra será por otras fuerzas distintas a la neumática.

Válvulas de control 3/2 y 5/2 monoestables. Se dice monoestable por la característica de que necesitan para el cambio de estado una señal eléctrica, el retorno a su estado de reposo lo hace un muelle. La válvula 3/2 controlará el cilindro de simple efecto (avance neumático y retroceso por muelle), y la válvula 5/2 controlará el cilindro de doble efecto (avance y retroceso neumáticos).


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Sensores magnéticos de posición N/A. Cada cilindro está equipado con dos sensores magnéticos de posición con la finalidad de avisar a través de una señal eléctrica, la posición del vástago del cilindro (en este caso extendido o contraído). Tienen un piloto que se enciende cuando se activan.

Estación de mantenimiento neumática. Será donde conectemos la salida del compresor de aire, se encarga de filtrar, eliminar humedad, lubricar, y controlar el paso del aire que entra, acondicionándolo a los actuadores, para que su funcionamiento y durabilidad sean los correctos.


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Interruptor N/A, pulsador N/A y seta de seguridad N/C. Abre o cierra circuito. Existe una gran variedad de formas y tamaños en el mercado.

Bombillas de señalización. Existe una gran variedad de tamaños, colores y tipos de conexión en el mercado. Las que usamos deben ir conectadas a masa y a tensión de 24vDC.

Sensor inductivo de dos y tres hilos. El sensor inductivo capta la aproximación de objetos metálicos. Los de dos hilos N/A (N/A o N/C según modelo), funcionan como un pulsador, entrada y salida de tensión. Los de tres hilos N/A (N/A o N/C según modelo), funcionan de igual forma, pero necesita conexión a masa para que funcione. El hilo azul se conecta a masa, el marrón la entrada de tensión, y el negro es el que enviará la señal.


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Sensor capacitivo de cuatro hilos. El sensor capacitivo detecta la aproximación de cualquier tipo de material. Los cuatro hilos son para conexión a masa (azul), conexión a tensión (marrón), salida de señal N/A (negro), y salida de señal N/C (gris).

Célula fotoeléctrica de cinco hilos. Existen una gran variedad de células fotoeléctricas en el mercado con diferentes características y utilidades, la que utilizamos se comporta como una barrera, envía una señal de infrarrojo a un reflector, se activa cuando esa señal se ve interrumpida. Los cinco hilos se dividen en 5 conexiones. Conexión 1 neutro, conexión 2 tensión, conexión 3 tensión para señal, conexión 4 salida señal N/A, conexión 5 salida señal N/C.


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6.3- Objetivos. - Desarrollar un programa basado en un funcionamiento concreto con el método escalonado de programación. - Simular el programa en entorno virtual. - Simular el programa en entorno real. - Hacer conexiones reales en un entorno reducido y de fácil acceso para el análisis del funcionamiento de los elementos. - Visualizar paso a paso todo el proceso de cómo hacer el programa desde la idea hasta la simulación con elementos físicos.

7- Desarrollo del proyecto. 7.1- Idea del funcionamiento. El sistema se dividirá en tres grupos básicamente. El primer grupo será el que esté compuesto por componentes que envían señal a las entradas del PLC. El segundo grupo es el PLC en sí, que recibirá señales en sus entradas físicas y luego las procesará enviando señales a sus salidas físicas. El tercer grupo serán los elementos que recibirán las señales enviadas por las salidas del PLC. El primer grupo del sistema está compuesto por un interruptor, un pulsador, una seta de seguridad, dos sensores inductivos, un sensor capacitivo, una célula fotoeléctrica y cuatro sensores magnéticos de posición. El segundo grupo como ya sabemos, está formado por el autómata y sus módulos de expansión que en este ejemplo no los usaremos. El tercer grupo está compuesto por dos electroválvulas (cada una controla un actuador neumático), y dos bombillas de señalización.


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Al encender el sistema, automáticamente el autómata ejecutará un ciclo de control que hará: encendido y apagado de bombilla 1, encendido y apagado de bombilla 2, activación y desactivación de electroválvula 1 (vástago del cilindro 1 sale y entra), activación y desactivación de electroválvula 2 (vástago del cilindro 2 sale y entra), cada paso tendrá un retardo de 3 segundos. Una vez el autómata ha terminado de realizar el ciclo de control, el sistema está autorizado a operar. La seta de seguridad (SS) no está pulsada, permite que el sistema opere. En caso de activación, los cilindros volverán a su estado de reposo y las bombillas se encenderán intermitentemente. El interruptor de marcha (lo llamaremos IM), es el que permitirá que el sistema opere en condiciones normales. En caso de que se active la SS, éste deberá ser desconectado y vuelto a conectar para que el sistema pueda volver a la operatividad. El pulsador de marcha (lo llamaremos PM), es el que permitirá o no, que las señales de los sensores sean admitidas por el autómata. Si pulso una vez, señales de los sensores aceptadas, si vuelvo a pulsar, señales de los sensores no aceptadas. Los sensores estarán enviando señal continuamente siempre que se activen de acuerdo con sus características. Al encender el sistema, pase el ciclo de control, IM está activo y PM ha sido pulsado una vez, cualquiera de los sensores cuando envíe una señal, activará un ciclo empezando por el ciclo A hasta su finalización, automáticamente el ciclo B está a la espera de una señal de cualquiera de los sensores, una vez haya captación, empezara hasta su finalización, y así sucesivamente hasta su interrupción por cualquiera de las posibilidades existentes.

Ciclo A = cilindro A sale, cilindro A entra, cilindros A y B salen, cilindro A entra, cilindro B entra, final del ciclo A. Ciclo B = cilindro B sale, cilindro B entra, cilindros B y A salen, cilindro B entra, cilindro A entra, final del ciclo B.


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Cada bombilla de señalización (tenemos dos) va acompañada del funcionamiento del cilindro A y B respectivamente, y también de forma intermitente a la activación de la SS. Para facilitar la escritura a la hora de realizar el GRAFCET y el diagrama de contactos, nombramos los implicados en el sistema de forma abreviada. Lo podemos visualizar mejor en la tabla de símbolos con sus correspondientes direcciones.

Nota: La tabla de símbolos y diagrama de contactos, se deben hacer posteriori a la conclusión del GRAFCET.

7.2- Tabla de símbolos. La tabla de símbolos es la herramienta del software de programación que nos ayudará a nombrar los implicados en el sistema y designarles sus correspondientes direcciones. Pueden ser entradas I0.0, I5.4, etc., salidas Q0.3, Q1.4, etc., marcas M0.0, M4.1, etc., entre otras. Las E/S no tienen por qué llevar un orden de numeración, pero sin embargo al direccionar una etapa, es conveniente que el número de etapa coincida con la dirección, de esta forma podemos localizar más fácilmente en la simulación a que etapa pertenece el punto en que estoy mirando en ese momento, puesto que la etapa 33 (E33) la nombraremos con la marca M3.3.


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7.3- GRAFCET.


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7.4- Diagrama de contactos (KOP). A la hora de realizar un diagrama de contactos, podemos seguir un orden creciente de los grupos de etapas, o bien seguir un orden en el funcionamiento, empezando por los grupos de etapas que tienen más peso a la hora del funcionamiento del programa. Sabemos que el funcionamiento de los autómatas se basan en la lectura cíclica (de arriba hacia abajo miles de veces por segundo), con esa información es preferible seguir un orden de importancia antes que un orden numérico como lo hacemos con los grupos de etapas. Es importante que al inicio de cada grupo de etapas, hagamos una pequeña anotación que nos indique las características de ese grupo para la rápida localización y análisis del mismo. Una vez abierto el programa STEP7Micro/Win, empezaremos a realizar nuestro diagrama de contactos, para ello deberemos hacer algunas configuraciones. Adaptamos el programa al tipo de lenguaje en que vamos a utilizar (KOP), y seleccionamos el tipo de CPU que tenemos (CPU 224). Podemos hacer una infinidad de ajustes, pero para empezar, con éstos tenemos suficientes.


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Ahora procedemos a la realización de nuestro diagrama de contactos, para ello tenemos varias opciones de funciones desplegables. Dependiendo de la complejidad usaremos unas u otras funciones. Como ya se ha dicho, al señalar la función y pulsar F1 se abre una ventana de ayuda referente a esa función. Es importante estudiar previamente las funciones más utilizadas y saber cómo aplicarlas para que consigamos nuestro objetivo. Las funciones más usadas por el momento son:


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Para añadir contactos o funciones a los segmentos y crear un diagrama de contactos, sólo con señalar la posición donde quiero que se fije, y hacer doble clic con el ratón encima de la función que necesito, automáticamente aparecerá donde señalé previamente. También puedo clicar lo que necesito y sin soltar el botón, arrastrar la función hasta el lugar donde quiero que esté. Existen otras opciones de insertar funciones o contactos en el diagrama de contactos, pero con estas dos formas ya puedo empezar a programar. Las interrogaciones en rojo que aparecen encima de las funciones que aplico, indican que debo asignar un nombre, si el nombre que quiero usar no está en la tabla de símbolos es el momento de hacer el nombramiento y asignar una dirección. Existen algunas funciones como contadores y temporizadores, que no necesito nombrarlas en la tabla de símbolos aun que pueda, de ahí la importancia de haber realizado previamente mis anotaciones adicionales. Seguidamente veremos cómo conectar los contactos o funciones que posiciono, o bien rectificar algún error. Para ello señalamos la parte de la línea que nos sobra y la borramos con suprimir, en el caso de que quiera añadir líneas de conexión, utilizo la ventana de operaciones, paso a paso voy conduciendo la línea hasta donde quiera.

Segmento a segmento iremos confeccionando el diagrama de contactos.


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Podemos empezar a realizar la “tabla de símbolos” usando como referencia el GRAFCET, la podemos hacer en su totalidad o bien paso a paso conforme vaya avanzando el diagrama de contactos. Si clicamos con el ratón el icono “Tabla de símbolos” (situado a la izquierda), nos abrirá la ventana de la tabla de símbolos y podemos empezar a rellenarla con el nombramiento, direccionamiento, y comentarios si fuera necesario. Para volver a la ventana de “Bloque de programa”, haré lo mismo que antes ,

pero esta vez clicaré el icono “Bloque de programa” para seguir con la elaboración del diagrama de contactos. Para prevenir la pérdida del trabajo por motivos indeterminados, es recomendable que el proyecto sea salvado continuamente, la primera vez nos abrirá la ventana de “Guardar cómo” para asignar el lug ar donde quiero que se guarde el proyecto.

Una vez terminada la elaboración del diagrama de contactos, usamos la opción de “Compilar” o “Compilar todo” , esta opción busca posibles errores de programación.


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Nota: Los errores de escritura no son detectados por el compilador, sólo en la simulación podré comprobar la existencia de errores por el mal funcionamiento del programa.

Para poder detectar errores de escritura, deberé simular el programa en entorno virtual y comprobar su funcionamiento. Para ello usaremos los programas de simulación PLCSIM y PCSimu.

Si al compilar tenemos errores, los podemos visualizar en la ventana de resultados que se encuentra abajo del todo de la ventana del programa. En el caso de que no esté abierta, en el menú desplegable en la parte superior de la ventana del programa, clicar en “Ver”, dentro de la ventana ver, llevas el ratón a “Pantalla” y seleccionas “Ventana de resultados”.

Para la simulación con PLCSIM y PCSimu, debemos guardar nuestro proyecto una vez compilado y sin errores, luego clicamos con el ratón en el menú desplegable en “Archivo” y seleccionamos “Exportar”, el lu gar donde quiera que se guarde el archivo puede ser el mismo donde hemos guardado nuestro proyecto, o bien donde lo especifique. Una vez exportado, ya tenemos un archivo con terminación AWL. Éste es el archivo que debemos cargar en el simulador PLCSIM.


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T33 y T34 encargados de temporizar la intermitencia del encendido de las bombillas H1 y H2 al activarse la SS.

T37 y T38 encargados de temporizar el funcionamiento de los actuadores en el inicio de prueba.


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C9 y C10 encargados de contar un número mínimo de intermitencia condicionando el cese en caso de desactivación de SS.

Añadidos extras de señalización para facilitar en la simulación virtual, la visualización a través de bombillas el accionamiento de determinados actuadores. Este apartado no forma parte del proyecto, es una herramienta de ayuda y deberá ser borrado una vez comprobado el correcto funcionamiento del sistema.


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7.5- Simulación (PCsimu, PLCSIM). En el simulador PLCSIM, debemos configurar nuestro autómata y CPU, para ello en el menú desplegable, clicamos en “Configuración” luego seleccionamos “Tipo de CPU”, nos abre una ventana de selección y la ajustamos al autómata que tenemos.

Para cargar el archivo exportado con extensión AWL, en el menú desplegable clicamos en “Programa” seleccionamos “Cargar programa” , nos abrirá una ventana para localizar la ubicación del archivo, lo seleccionamos y clicamos “aceptar”. La carga de nuestro archivo para la simulación está hecha. Mantendremos abierta la ventana del programa y la ventana KOP. En el caso de se abra alguna ventana aparte de las anteriores nombradas, las cerraremos puesto que no las necesitamos en este caso. Para simular los actuadores, usaremos el otro programa de simulación PCSimu, debemos seleccionar los elementos que tenemos y ajustarlos. Si necesitamos un cilindro, clicamos el icono y se abre una ventana de configuración. En esa ventana, podemos ver que el cilindro va acompañado de varias opciones, sus direcciones de recepción (de las salidas del autómata “Q”), direcciones de envío de señal (a las entradas del autómata “I”), entre otras. Una vez configurado todos los elementos de acuerdo con los nombramientos de la tabla de símbolos y características de los elementos, podemos guardar nuestra configuración, y así usarla en otro momento que necesitemos volver a simular nuestro proyecto en entorno virtual.

Nota: Todas las “I” y “Q” que no se usen, pueden ocasionar un conflicto en la simulación, es recomendable que aunque estén desactivadas, les asignemos una dirección ficticia no empleada en todo el siste ma, por ejemplo en la imagen, si la “Q” de contraer cilindro estuviera desactivada, asignaremos Q5.1 u otra dirección no empleada en el sistema que voy a simular.


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Es el momento de poner en marcha la simulación virtual. En primer lugar activaremos el programa PLCSIM, clicamos con el ratón el icono de un ordenador que se encuentra bajo el menú desplegable, al situar el ratón encima del icono, debe salir el mensaje “Intercambia Entradas/Salidas”, al pulsarlo se activa el icono de alado . El icono con el ordenador tachado da un mensaje de “Fin intercambio Entradas/Salidas” al situar el ratón encima. Estos iconos activan/desactivan la sincronización de PLCSIM con PCSimu.

Como se puede observar en las imágenes, la de la izquierda está hecha con capturador de pantallas, y la de la derecha, con cámara fotográfica, eso es debido a que una vez activo el icono “Intercambia Entradas/Salidas”, el programa desactiva el portapapeles del ordenador impidiendo el copiar y pegar. El programa utiliza el portapapeles para intercambiar datos.

Nota: Es importante desactivar el icono “Intercambia Entradas/Salidas” una vez dejemos de usar el simulador, puesto que al desactivar el portapapeles, nos puede afectar a la hora de realizar la programación o cualquier acción que pueda necesitar el uso del portapapeles.


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El siguiente icono que necesitamos para la simulación está más a la derecha, concretamente “State Program”, tiene la utilidad dentro de la ventana KOP, de activar una marca para las funciones que estén activas en el transcurso del programa y así poder visualizar que está activado o desactivado en cada momento. Es una estupenda herramienta para visualizar y localizar errores.

En la siguiente imagen, podemos ver el aspecto del programa de simulación PLCSIM una vez configurado y preparado para la simulación. La configuración está completa, tiene los módulos de expansión que disponemos, aunque en este caso no serán utilizados.


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En la siguiente imagen podemos comparar los elementos físicos con los elementos virtuales.

En el programa PCSimu, usaremos principalmente los iconos señalados en la imagen siguiente. Al activar el modo simulación, el programa impide que pueda realizar cambios en la configuración de los elementos, el ratón activará o desactivará aquellos elementos que lo necesiten (pulsador, interruptor, alguna acción manual, etc.). El siguiente paso es pulsar PLAY, la CPU virtual se pone en modo RUN y la simulación está preparada a la espera de órdenes.


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Icono de diseño, al pulsarlo paraliza la simulación y puedo hacer cambios.

Icono de conexión, al pulsarlo inicia la conexión con PLCSIM

Icono PLAY, pone la CPU de PLCSIM en modo RUN.

Icono STOP, pone la CPU de PLCSIM en modo STOP.

7.6- Carga del programa PC - PLC / PLC - PC. Una vez comprobado el funcionamiento correcto del programa en entorno virtual, ahora lo haremos en entorno físico. En primer lugar conectaremos el cable de transmisión de datos en el PC y en el PLC. Una vez conectado, encendemos el ordenador y el autómata. Si tuviéramos que hacer alguna modificación en un programa ya instalado en el autómata, importaríamos el programa insertado en la CPU, como no es este el caso, exportaremos el programa que hemos elaborado anteriormente en la CPU del autómata.


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Los iconos reflejados en la imagen, son los que usamos para la importación y exportación de un programa entre el autómata y ordenador.

Iconos para importar /exportar entre PC y PLC

Icono Play, pone la CPU en modo RUN

Icono STOP, pone la CPU en modo STOP

Activa en el diagrama de contactos las partes activas

Una vez terminada la carga del programa, clicamos el icono de “Estado del programa” para visualizar las partes activas. Ya podemos poner la CPU en modo “RUN” o “STOP” con los iconos correspondientes para monitorizar el funcionamiento del

sistema. Al iniciar el autómata, podemos ver el funcionamiento de las partes físicas y hacer pruebas con las mismas.


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7.7- Esquema eléctrico de conexiones al PLC.

1 B

0 B

1 A

0 A

5 F C

4 C S 2 H 1 H

3 I S

S B

S A

2 I S

M P

M I

S S


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Programación Siemens S7-200.pdf

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