Programa de Formación SENA, LOS PLC EN LOS SISTEMAS SCADA. PLC Modulares

Transcripción

1 Programa de Formación SENA, LOS EN LOS SISTEMAS

2 LOS EN LOS SISTEMAS Contenidos Presentación. Qué es un? Clasificación de los. modulares. Especificación de algunos módulos. Ciclo de funcionamiento de un. Lenguajes de programación de los. Para repasar. Referencias. Créditos. Presentación Sauguro es el personaje que le acompañará en el proceso de aprendizaje que está a punto de iniciar Desea conocer quién es Sauguro y por qué está interesado, al igual que usted en tomar este programa de formación? De ser así, haga clic en el siguiente enlace: Clic en la imagen. Resultado de aprendizaje: Comprender la importancia de la implementación de los en soluciones de calidad para procesos industriales. Conocimientos de concepto: modulares, de gama alta, Módulos, Programación de los. Conocimientos de proceso: Diferenciar un compacto de uno modular. Establecer las características de un de gama alta. Comprender la naturaleza y configuración de un modular. Programar de manera efectiva. Criterios de evaluación: Diferencia un compacto de uno modular. Establece las características de un de gama alta. Comprende la naturaleza y configuración de un modular. Programa de manera efectiva. 2 3

3 LOS EN LOS SISTEMAS Qué es un? Clasificación de los Existe una enorme variedad de, que se pueden clasificar según sus funciones, capacidad, número de I/O*, tamaño de memoria, aspecto físico, entre otros. A continuación, la clasificación más común: tipo Nano Generalmente de tipo compacto (Fuente, CPU e I/O integradas) que puede manejar un conjunto reducido de I/O, generalmente en un número inferior a 100. Permiten manejar entradas y salidas digitales y algunos módulos especiales. significa Controlador Lógico Programable, de su original en inglés Programmable Logic Controller. Un es un computador especialmente diseñado para la automatización industrial, que tiene como principal función, controlar una máquina o proceso industrial. Un puede ser parte de un sistema de control distribuido DCS o de un sistema. Un dispone de una fuente de poder, una unidad central de proceso (CPU), terminales para conectar entradas y salidas, múltiples canales de entrada para medir distintas señales provenientes de sensores instalados en la maquina o proceso a controlar, canales de salida de señal que actúan sobre la maquina o proceso que controlan, un sistema operativo, puertas de comunicación de datos, y una programación específica para la aplicación o el caso particular en el que se esté usando. Los son altamente utilizados en la industria por las innumerables ventajas que ofrecen en la realización de los procesos. modular Se componen de un conjunto de elementos que conforman el controlador final, tales como: Rack Fuente de Alimentación CPU Módulos de I/O Comunicaciones. Contaje rápido. Funciones especial De estos tipos existen desde los denominados Micro que soportan gran cantidad de I/O, hasta los de grandes prestaciones que permiten manejar miles de I/O. compacto Contienen la Fuente de Alimentación, su CPU y módulos de I/O en un solo módulo principal y permiten manejar desde unas pocas I/O hasta varios cientos (alrededor de 500 I/O ), su tamaño es superior a los Nano y soportan una gran variedad de módulos especiales, tales como: Entradas y salidas análogas. Módulos contadores rápidos. Módulos de comunicaciones. Interfaces de operador. Expansiones de i/o. * En algunos casos usted puede encontrar la abreviatura I/O (In-Out) haciendo referencia a E/S (Entrada-Salida). Siendo válidas las dos formas de mención. 4 5

4 LOS EN LOS SISTEMAS Analice las siguientes gráficas que presentan el posicionamiento en el mercado según precio y funcionalidad de los diferentes tipos de, así como las características especiales de las diferentes tecnologías a la hora de generar controles automáticos de carácter industrial. Recuerde que: Un compacto tiene las entradas, salidas y CPU y algunas veces la fuente de poder en un solo módulo, o caja. Éste es ensamblado por el fabricante y usted lo compra listo para ser usado en su proceso industrial. Debido a que tiene una pequeña cantidad de entradas y salidas, los compactos son usados principalmente en pequeñas aplicaciones. Sin embargo, en algunos casos (dependiendo de su fabricante) usted puede agregar módulos adicionales que incrementen la cantidad de entradas y salidas disponibles para usar, según los requerimientos de su industria. Características de control Control Booleano Control Continuo Gestión de cálculos complejos Series Importantes Velocidad de procesamiento Lenguajes de programación Cantidad de E/S Capacidad de comunicación PC Industrial Controladores comerciales Micro- Controladores Regulador Digital Control Continuo Sistemas Empotrados Control de procesos Gráficas tomadas de Mateos, F. (2001). Universidad de Oviedo. En: Un modular se compone de una placa de montaje a la que se le pueden instalar los componentes que se requieran: fuentes de poder, CPUs, módulos de entrada y/o de salida, y módulos especiales. Los modulares son usados en grandes y medianas aplicaciones. Los elementos de un modular pueden ser comprados por separado y conectarse manualmente, de acuerdo a las necesidades de la industria. 6 7

5 LOS EN LOS SISTEMAS modulares Estructura básica de un modular Como ya estudió en la sección anterior, los modulares se caracterizan por tener una amplia gama de aplicaciones, gracias a que su estructura es ampliamente configurable. El usuario tiene así gran flexibilidad para diseñar el sistema de automatización, conforme a sus exigencias. El acceso a través de Ethernet, por ejemplo, es absolutamente esencial para muchas aplicaciones. Una comunicación eficaz entre los, por un lado, e intercambio de datos a través de estándares de comunicación como OPC, por el otro. Fuente de alimentación VAC 24VDC Unidad de programación o supervisión 5V DC Módulo CPU Conexión a otros controladores con E/S remotas Bus Sensores digitales (interruptores, sensores de prox.) Módulo Entradas Digitales Rack Explore el siguiente catálogo con algunos modulares: Módulo Salidas Digitales Módulo E/S analógicas Módulos Especiales (contaje, comunicaciones, PID... Actuadores digitales (válvulas neumáticas, lámparas indicadoras) Sensores analógicos (Termopares, potenciómetros) Actuadores analógicos (Variadores de velocidad) Conectores al bus para más modulos E/S Para reflexionar: Cada configuración de un modular es diferente, según la tarea de automatización. Cuando se decide instalar modulares, hay que seleccionar cada uno de los componentes, teniendo en cuenta el siguiente proceso: 1. En primer lugar, por el cerebro del, esto es, la unidad central (CPU), ellos varían de acuerdo a la capacidad de memoria del usuario, tiempo de ejecución y software requerido, en otras palabras, de acuerdo a la complejidad de la tarea o tareas de automatización. 2. En segundo lugar, hay que tener presente el tipo y cantidad de módulos de Entrada/Salida (E/S) digitales y análogas, módulos inteligentes, etc., de acuerdo a los requerimientos. 3. En tercer lugar, la fuente de alimentación, según la potencia que consume la CPU, módulos de E/S, periféricos, más módulos futuros. Y finalmente, el tamaño del rack, conociendo de antemano todos los módulos involucrados y pensando también en expansiones futuras. Apariencia física de un modular Tomado de: o-de-plcs-avanzado/item/664-configuraciones-de-plc-compactos-y-modu lares.html Para profundizar visite: 8 9

6 LOS EN LOS SISTEMAS Especificación de algunos módulos CPU La Unidad Central de Procesos es el cerebro del sistema. En ella se ejecuta el programa de control del proceso, el cual fue cargado por medio de la consola de programación, luego, lee las entradas, y posteriormente procesa esta información para enviar respuestas al módulo de salidas. En su memoria se encuentra residente el programa destinado a controlar el proceso. Fuente de alimentación A partir de una tensión exterior proporciona las tensiones necesarias para el funcionamiento de los distintos circuitos electrónicos del autómata, además posee una batería para mantener el programa y algunos datos en la memoria, en caso de que hubiera un corte de la tensión exterior. Bloque de entradas Adapta y codifica de forma comprensible para la CPU las señales procedentes de los dispositivos de entrada o captadores. Bloque de salidas Decodifica las señales procedentes de la CPU, las amplifica y las envía a los dispositivos de salida o actuadores, como lámparas, relés, contactores, arrancadores, electroválvulas, etc. Módulos de E/S analógicos Se pueden clasificar en especiales e inteligentes: Módulos Especiales BCD Entradas y Salidas. Entradas de Termocuplas. Entradas de Termorresistencias (PT-100). Salidas a Display. Memoria de Datos. Módulos Inteligentes Control de Motores a pasos. Control PID. Comunicación. Lector Óptico. Generación de frecuencias. Contadores de pulsos rápidos. Medidores de frecuencias y/o ancho de pulsos. Remotos. Módulo o Consola de programación La consola de programación es la que permite comunicar al operario con el sistema, permitiendo escribir y poner a punto programas. Algunas permiten ensayos de simulación y puesta en servicio de los mismos. Las consolas pueden estar constituidas por un dispositivo de presentación visual (display) o bien un ordenador personal (PC) que soporte un software especialmente diseñado para resolver los problemas de programación y control. Las funciones básicas de este módulo son las siguientes: 1. Transferencia y modificación de programas. 2. Verificación de la programación. 3. Información del funcionamiento de los procesos. Módulo de comunicación industrial mediante buses Si el es de tipo modular, los módulos se comunican internamente a través de buses ubicados en el fondo del dispositivo o "rack" donde se ensambla la arquitectura deseada. Básicamente existen tres tipos de buses: Bus de datos: Es el bus encargado de transportar la información que hace referencia a los datos propiamente dichos, tales como entradas y salidas. Bus de direcciones: Contiene la información del dispositivo que es afectado por los datos que actualmente viajen por el bus de datos. Esto es necesario ya que el bus de datos es el mismo para todos los dispositivos, pero no todos ellos deben tener en cuenta a la vez la misma información. Bus de control: Es el bus por donde viaja la información que indica al dispositivo seleccionado con el bus de direcciones, lo que debe hacer con los datos que viajan actualmente por el bus de datos. Por ejemplo, mediante el bus de control se indica si los datos son de entrada o de salida. Módulo de Memoria Es cualquier tipo de dispositivo que permita almacenar información en forma de bits (unos y ceros), los cuales pueden ser leídos posición a posición (bit a bit), o por bloques de 8 posiciones (byte) o dieciséis posiciones (word).

7 LOS EN LOS SISTEMAS Ciclo de funcionamiento de un Lenguajes de programación de los Memoria de Programa Los lenguajes de programación son necesarios para la comunicación entre el usuario (sea programador u operario de la máquina o proceso donde se encuentre el ) y el. Los lenguajes de programación de se dividen en gráficos y literales. Imagen de Entradas CPU Imagen de Salidas Dentro de los lenguajes gráficos se tiene: Diagrama de escalera (Ladder Diagram LD-). Diagrama de bloques funcionales (Function Block Diagram FBD-). Grafcet (GRAphe Functionel de Commande Etape Transition-SFC-). Interfaz de Entradas Memoria de Datos Interfaz de salidas Dentro de los lenguajes literales se tiene: Lista de Instrucciones (Instructions List IL-). Texto estructurado (Structured Text ST). En los a través de las interfaces de entrada se capturan las señales provenientes del proceso, estos valores se mantienen almacenados por un tiempo en un registro que habitualmente se le conoce como almacén de imágenes de Entrada. Una vez las señales estén en ese registro quedan disponibles para que la CPU las opere con base en lo almacenado en la memoria de programa y la memoria de datos. Cuando la CPU tenga un resultado como producto de su procesamiento se entrega la respuesta al mundo exterior a través del registro de imágenes de salidas en el que se mantendrá un instante de tiempo y después será enviada al proceso a controlar mediante las interfaces de salida. Existen otros lenguajes como los booleanos y de alto nivel, los cuales puede explorar haciendo clic en el siguiente vínculo: s+booleanos&source=bl&ots=pnx87xpjh3&sig=nbsrowi0_d-t7s3um7smpmfi6ja&hl =es-419&sa=x&ei=jyqvuy_lkei40ageuygwbw&ved=0ceqq6aewaw#v=onepage&q=le nguajes%20booleanos&f=false

8 LOS EN LOS SISTEMAS Lenguajes de programación de los S_01 S_02 Manual LD S_01 Start Paso1 Paso2 SFC Transición_01 Transición_02 Transición_Fin S_01 S_03 Programación con lenguajes conocidos de. ST IF Data = EOF THEN FOR Index:= 1 TO 128 DO X:= Read_Data(Datenfeld[index]); IF X>2500 THEN Alarma:= TRUE; END_IF; END_FOR; END_IF; S_01 S_02 S_03 XOR T#12s400ms LD Entrada_manual OR Entrada_automática AND Desbloqueo ST Funcionamiento LD Entrada_01 Tiempo_01 TON Lampara FBD Tiempo actual IL Tomado de:

9 LOS EN LOS SISTEMAS Algunas de las reglas para realizar diagramas escalera son las siguientes: Diagrama de escalera (Ladder Diagram LD-) Es un lenguaje gráfico, derivado del lenguaje de relevadores. También es llamado Diagrama de Contactos, sin embargo más conocido como Escalera debido a que varios de los dispositivos del circuito están conectados en paralelo a través de una línea de corriente directa (cd) o de corriente alterna (ca) lo cual, todo en conjunto se asemeja a una escalera, de donde cada conexión en paralelo es un escalón de la misma. Se compone de símbolos que representan los elementos de entrada (sensores), elementos de control (lógica del circuito) y elementos de salida (actuadores). Su principal ventaja es que los símbolos básicos están normalizados por la Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos, de su original en Inglés National Electrical Manufacturers Association NEMA- y son empleados por todos los fabricantes de. -S0 -MO_O -S1 -S2 -S3 -S3 -Y1 S -Y2 S 1. Todas las condiciones de entrada son representadas en la parte izquierda de la rama. 2. Todas las condiciones de salida son representadas en la parte derecha de la rama. 3. Asignar números y letras a los elementos de entrada, de control y de salida. 4. Cada rama debe ser numerada en forma ascendente en la parte izquierda de la rama. 5. Los elementos de control tienen contactos que están interconectados en varias etapas del circuito. 6. Los contactos normalmente abiertos de los elementos de control son representados por la letra a y los normalmente cerrados por la letra b del lado derecho del diagrama escalera, donde se indica el número de rama o de línea en la que se encuentra el contacto. 7. Interpretar el diagrama de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo. Elementos de Entrada (Sensores) NOMBRE Botón pulsador Interruptor limite NORMALMENTE ABERITO BP1 LS1 NORMALMENTE CERRADO BP1 LS1 -S4 -S1 -MO_O -S4 -S3 -S2 -S3 -MO_O S -MO_O R -Y1 R -Y2 R Elementos de Control (Lógica del circuito) NOMBRE Relevador de Control Relevador de Temporizador Relevador Contador BOBINA NORMALMENTE ABERITO R1 R1 R1 T1 T1 T1 C1 C1 C1 NORMALMENTE CERRADO Elementos de salida (Actuadores) La interpretación de un diagrama escalera se realiza de izquierda a derecha y generalmente de arriba hacia abajo. En cada rama se analiza la conexión de los elementos de entrada y los contactos de los elementos de control y se determina qué condiciones hacen que la salida sea o no energizada. NOMBRE Motor eléctrico Solenoides Lámparas M SIMBOLO SOL1 L1 Tomado de: LLETO%20UNIDAD%201%20parte%203%20(Diag%20escalera).pdf 16 17

10 LOS EN LOS SISTEMAS Lista de Instrucciones (Instructions List IL-) Este lenguaje también llamado mnemónico, consiste en un conjunto de códigos simbólicos, cada uno de los cuales corresponde a una instrucción. Cada fabricante utiliza sus propios códigos y una nomenclatura distinta para nombrar las variables del sistema. Este lenguaje es similar al ensamblador de los microprocesadores. AN AN I A O I = -XI -STOP -RUN -KI -KI La lista de instrucciones se compone de una dirección, una instrucción y un parámetro. De la siguiente forma: Dirección Instrucción Parámetro 0000 LD H0501 Dirección: Indica la posición de la instrucción en la memoria de programa usuario. Instrucción: Específica la operación a realizar. Parámetro: Datos asociados a la operación (instrucción). Los parámetros son general de formato TIPO y VALOR. Las funciones de control vienen representadas con expresiones abreviadas. Este lenguaje de programación es más rápido que el lenguaje de esquema de contactos. Los elementos básicos que configuran la función se representan entre dos líneas verticales que simbolizan las líneas de alimentación. Para las líneas de función más complejas como temporizadores, registros de desplazamiento, etc, se emplea el formato de bloques. Éstos no están formalizados, aunque guardan una gran similitud entre sí para distintos fabricantes y resultan mucho más expresivos que si se utiliza para el mismo fin el lenguaje en Lista de Instrucciones o mnemónico. Tomado de: Diagrama de Bloques Funcionales (Function Block Diagram FBD-) Lenguaje gráfico donde todas las funciones de programa se representan mediante bloques lógicos o aritméticos. Este lenguaje permite el procesamiento tanto secuencial como paralelo. Los diagramas de bloques funcionales están empezando a reemplazar la lógica de escalera en los de más alto nivel. -RUN -KI -Xl -STOP >= l & Se dice 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. Una vez definido el bloque funcional, puede ser usado una y otra vez, en el mismo programa, en diferentes programas o en distintos proyectos. Los bloques funcionales pueden ser definidos por el usuario empleando alguno de los lenguajes de la norma, pero también existen bloques estándar como biestables, detección de flancos, contadores, temporizadores, entre otros. Otra de las diferencias fundamentales con respecto a las funciones y que les confiere gran potencia de uso, es la posibilidad de crear tantas copias como se desee de un mismo bloque funcional. A cada copia se le llama instancia. Cada instancia lleva asociado un identificador y una estructura de datos, que contenga sus variables de entrada, de salida e internas separada del resto de instancias. Tomado de: = - KI

11 LOS EN LOS SISTEMAS Texto Estructurado (Structured Text ST-) A continuación se muestra una tabla con los operadores ST por orden de fuerza de enlace: El texto estructurado se compone de una serie de instrucciones que se pueden ejecutar, como sucede con los lenguajes superiores, de forma condicionada ("IF THEN ELSE") o en bucles secuenciales (WHILE DO). Operación Símbolo Fuerza de enlace Entre paréntesis (expresión) Enlace más fuerte Ejemplo: IF value < 7 THEN WHILE value < 8 DO value:= value + 1; END_WHILE; END_IF; Expresiones Una expresión es una construcción que devuelve un valor después de su evaluación. Las expresiones se componen de operadores y operandos. Un operando puede ser una constante, una variable, una llamada a funciones u otra expresión. Evaluación de expresiones La evaluación de una expresión se realiza mediante la ejecución de los operadores según determinadas reglas de enlace. El operador con el enlace más fuerte se ejecuta primero, después el operador que le sigue en intensidad de enlace, etc., hasta que se hayan ejecutado todos los operadores. Los operadores con la misma fuerza de enlace comienzan a ejecutarse desde la izquierda hacia la derecha. Llamada a funciones Potenciar Negar Formación de complemento Multiplicar Dividir Módulo Sumar Restar EXPT - NOT * / MOD + - Comparar <,> <=, >= Igualdad Desigualdad Bool AND Bool XOR Bool OR Nombre de función (lista de parámetros) = <> AND XOR OR Enlace más débil Tomado de:

12 LOS EN LOS SISTEMAS Lenguaje GRAFCET (Secuential Function Chart SFC-) Elementos GRAFCET de programación Este lenguaje explota la concepción algorítmica que todo proceso cumple con una secuencia. Estos lenguajes son los más utilizados por programadores de con mayor trayectoria. El GRAFCET como diagrama funcional normalizado, permite hacer un modelo del proceso a automatizar, contemplando entradas, acciones a realizar, y los procesos intermedios que provocan estas acciones, por lo que no fue concebido como un lenguaje de programación de, sino como una herramienta Grafo para documentar y elaborar el modelo de la automatización. Aunque la mayoría de los no pueden programarse directamente en este lenguaje, a diferencia del Lenguaje Ladder, se ha universalizado como herramienta de modelado que permite el paso directo a programación, también con Ladder. Arranque INI MOT 1 = -Vacio Motor Band. Sin Carga -Motor l Operación Operación Etapa inicial Etapa Unión Transición Direccionamiento Operación Indica el comienzo del esquema GRAFCET y se activa al poner en RUN el autómata. Por lo general suele haber una sola etapa de este tipo. Su activación lleva consigo una acción o una espera. Las uniones se utilizan para unir entre si y varias etapas. Condición para desactivarse la etapa en curso y activarse la siguiente etapa. Se indica con un trazo perpendicular la unión. Indica la activación de una y/u otra etapa en función de la condición que se cumpla. Es importante ver que la diferencia entre la o y la y en el grafcet es lo que pasa cuando se cierran. -Vent 10.3 Ventilación Proceso simultaneo Acciones asociadas Muestra la activación o desactivación de varias etapas a la vez. Acciones que se realizan al activarse la etapa a la que pertenecen. INI MOT 2 = -Vacio Ventilador Sin Carga -Motor V Si desea profundizar, explore el siguiente sitio web -Apague Fin

13 LOS EN LOS SISTEMAS Consideraciones Finales Configuraciones de : Compactos y modulares. -plcs-avanzado/item/664-configuraciones-de-plc-compactos-y-modulares.ht ml Historia de los s. Lenguajes de Programación. Qué es un y su historia? SIEMENS Training_Lesson 3_Modular and Compact s

14 LOS EN LOS SISTEMAS Referencias Diagramas de escalera y simbología. En: AD%201%20parte%203%20(Diag%20escalera).pdf Gámiz, J., Grau, A., Martínez, H. & Peña, J. (2004). Diseño y aplicaciones con autómatas programables. Madrid: Editorial UOC. GRAFCET y GEMMA. En: Historia de los s. En: Lenguajes de programación. En: Lenguajes de programación. En: Mateos, F. (2001). Sistemas automatizados. Autómatas programables. Universidad de Oviedo. Recuperado de: Programación del. En: Qué es un y su historia? En YouTube. Recuperado de: SIEMENS Training_Lesson 3_Modular and Compact s. En YouTube. Recuperado de: Texto estructurado. En: Villajulca, J.C. (2012). Configuraciones de : Compactos y modulares. En Portal Instrumentación y Control.net. Recuperado de : m/664-configuraciones-de-plc-compactos-y-modulares.html Créditos Expertos Temáticos: Wilmar Martínez Urrutia Madga Melissa Rodríguez Celis Asesor Pedagógico: Mónica Patricia Osorio Martínez Guionista: Oscar Iván Pineda Céspedes Equipo de Diseño: Julián Mauricio Millán Bonilla Jhonny Ronald Narváez Olarte Leonardo Stiglich Campos Gabriel David Suárez Vargas Michael Alfonso Bulla Ramírez Guillermo Aponte Celis Programador: Diego Rodríguez Ortegón Líder de Proyecto: Jairo Antonio Castro Casas