Control Automático

PLC

Patricio Barbecho

Escuela de Ingeniería Eléctrica

Patricio.barbecho@hotmail.es

ABSTRACT

A PLC is a computer designed to perform control activities in an industrial environment. The PLC is usually the centerpiece of a control system, today we have the following types as the S7-200 which is the most basic, s7-300 allows us to have more programming functions and finally the s7-1200 allows us to have communication with HMIS files.

RESUMEN

El PLC S7-200 es uno de los más usados debido a su facilidad de manejo y por su costo económico, pero para aplicaciones complicadas se utiliza el S7-1200 ya que nos da mas opciones de programación y conexión con módulos HMI. Para que un PLC logre cumplir con su función de controlar, es necesario programarlo con cierta información acerca de los procesos que se quiere secuenciar. Esta información es recibida por captadores, que gracias al programa lógico interno, logran implementarla a través de los accionadores de la instalación.

PALABRAS CLAVE

PLC, Módulos, programación, HMI, interface

INTRODUCCION

Dentro de las funciones que un PLC puede cumplir se encuentran operaciones como las de detección y de mando, en las que se elaboran y envían datos de acción a los preaccionadores y accionadores. Además cumplen la importante función de programación, pudiendo introducir, crear y modificar las aplicaciones del programa.

Dentro de las ventajas que estos equipos poseen se encuentra que, gracias a ellos, es posible ahorrar tiempo en la elaboración de proyectos, pudiendo realizar modificaciones sin costos adicionales

PLC

Definición.- Un autómata programable industrial (PLC), es un equipo electrónico, programable en lenguaje no informático, diseñado para controlar en tiempo real y en ambiente de tipo industrial, procesos secuenciales. Un PLC trabaja en base a la información recibida por los captadores y el programa lógico interno, actuando sobre los accionadores de la instalación.

Fig1. PLC

Funciones básica.

Detección: lectura de la señal de los captadores distribuidos por el sistema de fabricación.Mando: elaborar y enviar las acciones al sistema mediante los accionadores y preaccionadores.Dialogo hombre maquina: mantener un diálogo con los operarios de producción, obedeciendo sus consignas e informando del estado del proceso.Programación: para introducir, elaborar y cambiar el programa de aplicación del autómata. El dialogo de programación debe permitir modificar el programa incluso con el autómata controlando la maquina.

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Componentes de un PLC

Siemens S7200

El Micro-PLC S7-200 conquista cada vez más campos de aplicación, puesto que es muy potente, su precio es sumamente atractivo y es muy fácil de usar, gracias a su diseño compacto, su capacidad de ampliación y su amplio juego de operaciones, los Micro-PLCs S7-200 son especialmente apropiados para solucionar tareas de automatización sencillas

Fig.2 Simatic S7-200

Equipos necesarios.

Los componentes básicos son un sistema Micro-PLC S7-200, incluyendo una CPU S7-200, un PC, el software de programación STEP 7-Micro/WIN 32 (versión 3.0) y un cable de comunicación.

Para la conexión con una PC se necesitas los siguientes componentes.

- Un cable PC/PPI.- Un procesador de comunicaciones

(CP) y un cable de interface multipunto (MPI)

- Una tarjeta de interface multipunto (MPI).

Principales componentes de un micro-PLC S7200

La CPU S7-200 posee una carcasa compacta, un microprocesador, una fuente

de alimentación integrada, así como circuitos de entrada y de salida.

Fig.3 Componentes del PLC S71200

Módulos de Ampliación S-7200

En la tabla 1 se observa los tipos de los módulos de ampliación que tiene el PLC S7-200.

Tabla 1. Módulos de ampliación

La CPU S7-200 dispone de un número determinado de entradas y salidas integradas.Conectando un módulo de ampliación se dispondrá de más entradas y salidas

Configurar las entradas y salidas

El sistema se controla mediante entradas y salidas (E/S). Las entradas vigilan las señales de los dispositivos de campo (p.ej. sensores e interruptores), mientras que las salidas supervisan las bombas, motores u otros aparatos del proceso. El PLC S7-200 posee dos formas de comunicación: Conexión directa usando el cable PPI multimaestro. Conexión con un procesador de comunicaciones (CP) usando el cable MPI.

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Lógica de control del S7-200

La lectura y escritura de los datos dentro de un programa en el S7-200 se ejecuta cíclicamente.Las siguientes tareas se ejecutan en un ciclo: El estado de las entradas físicas del S7-200 es copiado en la imagen del proceso de las mismas. Los valores de las ejecuciones del programa son almacenados en las diversas áreas de memoria. El S7-200 realiza un autodiagnóstico del firmware, áreas de memoria del programa y módulos de ampliación. En las salidas físicas se copia las imágenes de los procesos de las salidas.Direccionar las E/S integradas y adicionales.Las entradas y salidas integradas en la unidad central de procesamiento (CPU) tienen direcciones fijas. Para añadir a la CPU entradas y salidas adicionales, se pueden conectar módulos de ampliación a la derecha de la CPU, formando una cadena de E/S. Las direcciones de las E/S de cada módulo vienen determinadas por el tipo de E/S y por la posición del módulo en la cadena, con respecto al anterior módulo de entradas o de salidas del mismo tipo. Por ejemplo, un módulo de salidas no afecta las direcciones de un módulo de entradas y viceversa.Igualmente, los módulos analógicos no afectan al direccionamiento de los módulos digitales y viceversa.Los módulos de ampliación digitales reservan siempre un espacio de la imagen del procesoen incrementos de ocho bits (un byte).Entradas analógicas AI El S7-200 convierte valores analógicos reales como por ejemplo, temperatura, tensión, etc. en valores digitales de 16 bits. Para acceder a estos valores se utiliza un identificador de área (AI), seguido del tamaño de los datos (W) y de la dirección del byte inicial. Las entradas analógicas son palabras que inician en bytes pares (por ejemplo, 0, 2, 4, etc.), es necesario utilizar direcciones con bytes pares (por ejemplo, AIW0, AIW2, AIW4, etc.). Las entradas analógicas son valores de lectura.En la tabla 2 se observa un ejemplo de la entrada analógica del PLC S7-200.

Tabla 2.: Ejemplo de entradas analógicas AI

Salidas analógicas (AQ)

El S7-200 transforma valores digitales (palabras de 16 bits) en valores reales analógicos, los mismos que son iguales a los digitales. Para acceder a los valores analógicos se utiliza el identificador de área (AQ), seguido del tamaño de los datos (W) y de la dirección del byte inicial. Ya que las salidas analógicas son palabras que siempre comienzan en bytes pares (por ejemplo, 0, 2, 4, etc.), se debe utilizar direcciones con bytes pares (por ejemplo, AQW0, AQW2, AQW4, etc.) para acceder a las mismas. Los valores de las salidas analógicas sólo son de escritura. En la tabla 3 se observa un ejemplo de las salidas analógicas del PLC S7-200.

Tabla 3. Salidas analógicas

Direccionamiento de las E/S de la CPU y de los módulos de ampliación

Las entradas y salidas constituidas en la unidad central de procesamiento (CPU) asumen direcciones fijas.

Uso de punteros para direccionar la memoria del S7-200 indirectamente

El direccionamiento indirecto usa un puntero para llegar a los datos de la memoria. Los punteros son valores de palabra doble que apuntan a una dirección distinta en la memoria.Los punteros solo pueden usar direcciones de la memoria V, L, y de los acumuladores (AC1, AC2 y AC3). La creación de un puntero usa la operación Transferir palabra doble para transferir la dirección indirecta a la del puntero. Los punteros pueden transferirse a una subrutina en calidad de parámetros.Se determina que un operando es un puntero si delante del operando de la operación tiene un (*).

SIMATIC S7-300

El SIMATIC S7-300 controlador universal está especialmente diseñado para soluciones de sistemas innovadores en la industria manufacturera, en particular la industria

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automotriz y de envases. Este controlador modular sirve como un sistema de automatización ideal universal para configuraciones centralizadas y descentralizadas. Tecnología de seguridad y control de movimiento puede ser integrado con la automatización estándar en este controlador universal.El autómata programable de la serie S7-300 necesita de una tarjeta conectada en el bastidor al propio bus de la CPU como es un maestro AS-i, por ejemplo el CP 343-2, que se encargará de controlar todos los esclavos AS-i conectados al mismo.El intercambio de datos entre el programa de usuario y los datos de los esclavos AS-i a través del CP 343-2, dependerá del tipo de esclavo que tengamos en el bus As-i, éstos pueden ser: Esclavos estándar o esclavos A de tipo binario a través de la periferia de E/S de la CPU del PLC.Esclavos B de tipo binario por lectura o escritura mediante un bloque de función.Esclavos AS-i analógicos para la lectura o escritura mediante un bloque de función.A través del programa de usuario, se accede a valores binarios de esclavos AS–i estándar o de esclavos A través de determinados comandos de periferia de STEP 7.

Fig.4 Configuración de un S7-300

- Cifra Descripción- Fuente de alimentación (PS)- Módulo central (CPU). En la figura se aprecia p. ej. una CPU 31xC con periferia integrada- Módulo de señales (SM)- Cable de bus PROFIBUS- Cable para conectar una unidad de programación (PG)

Para programar el S7-300 se requiere una unidad de programación (PG). La PG y la CPU se interconectan mediante el cable PG.Si desea poner en marcha o programar una CPU con conexión PROFINET, también puede conectar la PG a través de un cable Ethernet a la conexión PROFINET de la CPU. Mediante el cable de bus PROFIBUS pueden comunicarse varios S7-300 entre sí y con otros autómatas SIMATIC S7. Los S7-300 se interconectan a través del cable de bus PROFIBUS.

S7-1200

La CPU incorpora un microprocesador, una fuente de alimentación integrada, así como circuitos de entrada y salida en una carcasa compacta, conformando así un potente PLC. Una vez cargado el programa en la CPU, ésta contiene la lógica necesaria para vigilar y controlar los dispositivos de la aplicación. La CPU vigila las entradas y cambia el estado de las salidas según la lógica del programa de usuario, que puede incluir lógica booleana, instrucciones de contaje y temporización, funciones matemáticas complejas, así como comunicación con otros dispositivos inteligentes.Numerosas funciones de seguridad protegen el acceso tanto a la CPU como al programa de control:

- Toda CPU ofrece protección por contraseña que permite configurar el acceso a sus funciones.

- Es posible utilizar la "protección de know-how" para ocultar el código de un bloque específico. La CPU incorpora un puerto PROFINET para la comunicación en una red PROFINET. Los módulos de comunicación están disponibles para la comunicación en redes RS485 o RS232.

Configuración de Hardware

Lo que tenemos que hacer ahora es meter los módulos que tenemos en nuestro equipo físicamente: módulos de I/O, módulos de comunicación, etc.… Para ello seleccionaremos del catálogo de la derecha los módulos correspondientes y los iremos arrastrando y soltando en su posición correcta. En el SIMATIC S7-1200 los módulos de comunicación se insertan a la

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izquierda de la CPU y los módulos de I/O se meten a la derecha. Como máximo puede haber 3 módulos de comunicación y 8 de I/O.

Fig.5: “S7-1200 – Módulos de Expansión

Con el S7-1200 se utiliza el paquete de programación STEP 7 Basic v10.5 (que se pide por separado)

Partes del S7-1200

Fig.6 Partes del S7-1200

- Conector de corriente- Conectores extraíbles para el

cableado de usuario (detrás de las tapas)

- Ranura para Memory Card (debajo de la tapa superior)

- LEDs de estado para las E/S integradas

- Conector PROFINET (en el lado inferior de la CPU)

La gama S7-1200 ofrece una gran variedad de módulos de señales y Signal Boards que permiten ampliar las prestaciones de la CPU. También es posible instalar módulos de

comunicación adicionales para soportar otros protocolos de comunicación.

Signal Boards

Una Signal Board (SB) permite agregar E/S a la CPU. Es posible agregar una SB con E/S digitales o analógicas. Una SB se conecta en el frente de la CPU.● SB con 4 E/S digitales (2 entradas DC y 2 salidas DC)● SB con 1 entrada analógica

Fig.7 Signal Boards

1- LEDs de estado en la SB2- Conector extraíble para el cableado

de usuario

Módulos de señales

Los módulos de señales se pueden utilizar para agregar funciones a la CPU. Los módulos de señales se conectan a la derecha de la CPU.

Fig.8 Módulos de señales

1- LEDs de estado para las E/S del módulo de señales

2- Conector de bus

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3- Conector extraíble para el cableado de usuario

Módulos de comunicaciónLa gama S7-1200 provee módulos de comunicación (CMs) que ofrecen funciones adicionales para el sistema. Hay dos módulos de comunicación, a saber: RS232 y RS485.● La CPU soporta como máximo 3 módulos de comunicación● Todo CM se conecta en lado izquierdo de la CPU (o en lado izquierdo de otro CM)

Fig.9 Modulo de comunicación1- LEDs de estado del módulo de

comunicación2- Conector de comunicación

STEP 7 Basic

El software STEP 7 Basic ofrece un entorno amigable que permite desarrollar, editar y observar la lógica del programa necesaria para controlar la aplicación, incluyendo herramientas para gestionar y configurar todos los dispositivos del proyecto, tales como PLCs y dispositivos HMI. STEP 7 Basic ofrece dos lenguajes de programación (KOP y FUP) que permiten desarrollar el programa de control de la aplicación de forma fácil y eficiente.

PROFINET

La CPU S7-1200 incorpora un puerto PROFINET que soporta las normas Ethernet y de comunicación basada en TCP/IP. La CPU S7-1200 soporta los siguientes protocolos de aplicación:● Transport Control Protocol (TCP)● ISO on TCP (RFC 1006)La CPU S7-1200 puede comunicarse con otras CPUs S7-1200, programadoras STEP 7

Basic, dispositivos HMI y dispositivos no Siemens que utilicen protocolos de comunicaciónTCP estándar. Hay dos formas de comunicación vía PROFINET:● Conexión directa: La comunicación directa se utiliza para conectar una programadora, dispositivo HMI u otra CPU a una sola CPU.● Conexión de red: La comunicación de red se utiliza si deben conectarse más de dos dispositivos (p. ej. CPUs, HMIs, programadoras y dispositivos no Siemens).

Fig.10 Conexión CP a CPU S7.1200

Fig.11 Conexión directa: HMI conectado a una CPU S7-1200

Fig12. Conexión directa: Una CPU S7-1200 conectada a otra CPU S7-1200

Fig.13 Conexión de red: Más de dos dispositivos interconectados, utilizando un switch Ethernet CSM1277

Para la conexión directa entre una programadora o un HMI y una CPU no se requiere un switch Ethernet. Un switch Ethernet se requiere para una red que incorpore más de dos CPUs o dispositivos

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HMI. El switch Ethernet de 4 puertos CSM1277 de Siemens montado en un rack puede utilizarse para conectar las CPUs y los dispositivos HMI. El puerto PROFINET de la CPU S7-1200 no contiene un dispositivo de conmutación Ethernet.

Número máximo de conexiones para el puerto PROFINET

El puerto PROFINET de la CPU soporta las siguientes conexiones simultáneas.● 3 conexiones para la comunicación entre dispositivos HMI y la CPU● 1 conexión para la comunicación entre la programadora (PG) y la CPU● 8 conexiones para la comunicación del programa del S7-1200 utilizando instrucciones del bloque T (TSEND_C, TRCV_C, TCON, TDISCON, TSEN, TRCV)● 3 conexiones para la comunicación entre una CPU S7-1200 pasiva y una CPU S7 activa– La CPU S7 activa utiliza las instrucciones GET y PUT (S7-300 y S7-400) o ETHx_XFER (S7 200).– Una conexión S7-1200 activa sólo es posible con las instrucciones del bloque T. TSAPs o números de puerto restringidos para la comunicación ISO y TCP pasiva Si la instrucción "TCON" se utiliza para configurar y establecer una conexión pasiva, las siguientes direcciones de puerto están restringidas y no se deben utilizar:● TSAP ISO (pasivo): 01.00, 01.01, 02.00, 02.01, 03.00, 03.01● Puerto TCP (pasivo): 5001, 102, 123, 20, 21, 25, 34962, 34963, 34964, 80Configuración hardware S7-1200

- STEP 7 Basic utiliza una configuración gráfica que permite crear una imagen del hardware actual.

- Los módulos hardware se seleccionan de un catálogo de hardware y se arrastran a un rack.

- Una vez configurada la imagen del sistema hardware, haga clic en un elemento de la imagen del sistema para configurar la página de “Propiedades” del elemento de hardware seleccionado.

- Seleccione el conector PROFINET de la CPU en la imagen de la CPU para ajustar las propiedades de la dirección IP.

- Utilice el comando Cargar para transferir la nueva configuración hardware a la CPU de destino. Cuando se le indique, seleccione una interfaz de red y una CPU.

Fig.14 Imagen de la configuración del hardware

Comunicación serie para S7-200 y S7-1200

Comunicación de la CPU S7-1200 a través de conexiones RS232 y RS485

- El protocolo ASCII (comunicación serie basada en caracteres) utiliza instrucciones punto a punto (PtP) de STEP 7 Basic

- El protocolo USS Drive está programado con instrucciones de la librería USS de STEP 7 Basic

- El protocolo MODBUS está programado con instrucciones de la librería MODBUS de STEP 7 Basic

Comunicación entre dispositivos HMI y el PLC

La CPU soporta conexiones PROFINET con dispositivos HMI. Los siguientes requisitos deben considerarse al configurar la comunicación entre CPUs y HMIs:

Fig.15 Conexión HMI y PLC

Configuración/instalación:

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● El puerto PROFINET de la CPU debe configurarse para poder establecer una conexión con el HMI.● El HMI se debe instalar y configurar.● La información de configuración del HMI forma parte del proyecto de la CPU y se puede configurar y cargar desde el proyecto.● Para la comunicación entre dos interlocutores no se requiere un switch Ethernet. Un switch Ethernet se requiere sólo si la red comprende más de dos dispositivos.

S7-1200: La actualización de los datos HMI tiene lugar asíncronamente durante el ciclo del programa. Por ello, asegúrese de que durante el ciclo del programa las variables de datos se guarden en búfer al cambiar.Funciones soportadas:● El HMI puede leer/escribir datos en la CPU.● Es posible disparar mensajes, según la información consultada de la CPU.● Diagnóstico del sistema

BIBLIOGRAFIA

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