Controladores Programables: Aplicaciones Básicas

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1 NIVRSIDAD D LOS ANDS FACLTAD D INGNIRÍA SCLA D INGNIRÍA LÉCTRICA DPARTAMNTO D CIRCITOS Y MDIDAS ARA D INSTRMNTACIÓN Y CONTROL LABORATORIO D CONTROL Controladores Programables: Aplicaciones Básicas Práctica No. 4 so de Contadores Semestre B-0 Jesús A. Calderón-Vielma / William Gomez

2 . OBJTIVOS Los objetivos fundamentales del presente trabajo práctico comprenden: a. Comprender el uso de las operaciones de carga, transferencia y comparación b. Describir el funcionamiento de los contadores en un PLC c. tilizar los contadores d. tilizar las instrucciones de comparación. 2. INFORMACIÓN TÓRICA 2.. OPRACIONS D CARGA Y TRANSFRNCIA l PLC Simatic S5-0 permite el intercambio de información entre los diferentes tipos de datos almacenados en la memoria del PLC. Tales intercambios no toman lugar directamente, pero se realizan a través de la acción intermediaria de operaciones especiales llamadas operaciones Carga y Transferencia. stas operaciones mueven información alrededor de la memoria del PLC cargando primero la información y luego transfiriéndola de un área especial de la memoria del procesador llamada el acumulador. La Carga dentro del PLC comprende el movimiento de la información de un área de memoria al acumulador y la Transferencia comprende el movimiento de la información desde el acumulador a la memoria. na vez que la información ha sido transferida desde el acumulador a otra localidad de memoria, ella puede ser usada para instrucciones adicionales de procesamiento. n muchas funciones, por ejemplo en las funciones de comparación en las que hay que comparar dos valores, se necesitan dos registros internos del procesador. Por está razón los Simatic S5 tienen dos acumuladores, el acumulador se utiliza como acumulador principal por todas las funciones digitales y en el acumulador 2 se almacenan los valores digitales que han de combinarse de cualquier manera con el valor del acumulador. Mediante la operación de carga L, se cargan en el acumulador las informaciones de las áreas de operando de entrada, salida A, bandera M, temporizador T, contador, datos D y datos del sistema BS; así como las constantes (en diversas representaciones) e informaciones directas del área de periferia P. l código del lenguaje STL para ejemplo de instrucciones de carga se tiene: L B 0 Carga del byte de entrada 0 T MB Transferencia al byte de bandera 2

3 L MB Cargar byte de bandera T AB Tranferencia al byte de salida 2.2. OPRACIONS D COMPARACIÓN Los PLC poseen instrucciones que son capaces de comparar dos valores (Simatic S5 0 compara valores binarios) y determinar si los valores son iguales o desiguales; si un valor es más grande que otro o si un valor es menor que otro. Además, los dos valores pueden ser comparados para determinar si uno es más grande que o igual a otro, o menor que o igual a. l resultado de la comparación es un RLO si la comparación es verdadera, 0 si la comparación es falsa. ste RLO puede entonces ser usado por instrucciones adicionales de procesamiento. Cuando se manipulan dos valores en una comparación, el PLC emplea dos acumuladores, el principal y el secundario, estos son llamados Acumulador y Acumulador 2. Los valores a ser comparados son cargados en los acumuladores usando la operación carga. Cuando una operación carga es ejecutada el valor especificado en el operando es cargado en el acumulador y el valor actualmente en el acumulador es transferido al acumulador 2. Por tanto, dos operaciones de carga tienen el efecto de colocar valores en ambos acumuladores. Para observar esto se muestra el ejemplo: INSTRCCION ACMLADOR ACMLADOR 2 DSCRIPCION L KF+06 06? carga de una constante como valor en punto fijo l valor de 06 es cargado en el acumulador. Si habia previamente un valor en el acumulador entonces sería transferido al acumulador 2. INSTRCCION ACMLADOR ACMLADOR 2 DSCRIPCION L KF carga de una constante como valor en punto fijo na segunda operación de carga coloca 28 en el acumulador y mueve el 06 al acumulador 2. INSTRCCION ACMLADOR ACMLADOR 2 DSCRIPCION L KF carga de una constante como valor en punto fijo Si otra operación de carga es ejecutada, el nuevo valor 573 se mueve al acumulador. l valor del acumulador 28 se movió al acumulador 2 y el viejo valor del acumulador 2 06 es perdido. 3

4 Antes de realizar la función de comparación se deben cargar los operandos a compara en los acumuladores. n programa de ejemplo en STP 5 se muestra: L W 0 Carga del valor de la palabra de entrada W 0 L DW 22 Carga del valor de la palabra de datos DW 22 >F l contenido de ambos operandos se compara según mayor =M 9.0 Si la comparación se cumple, se asigna a la bandera M 9.0 el estado Las comparaciones que se realizan son: =F Comparación igual a ><F Comparación si son distintos >F Comparación mayor que >=F Comparación mayor o igual a <F Comparación menor a >=F Comparación menor o igual a 2.3. CONTADORS Los contadores son instrucciones que proveen las mismas funciones de un contador de lógica alambrada ( hardware ) en aplicaciones de control de procesos. n algunas aplicaciones ellos son usados para activar o desactivar un dispositivo de control luego de que una cuenta ha sido alcanzada. Por ejemplo, un programa de control en STL puede ser usado para contar el número de piezas producidas en una línea de ensamblaje y luego parar la línea de producción después de que un determinado número de piezas ha sido manufacturado. Hay dos instrucciones de contador en el lenguaje de programación STL: Contador hacia arriba (C- V) y contador hacia abajo (CD R). l área de memoria de un PLC reserva una palabra de 6 b para cada contador en una instrucción de contador. Los Siemens Simatic S7 en el lenguaje de lista de instrucciones soporta hasta 256 contadores, pero el número exacto de contadores soportados depende del modelo del CP usado en la aplicación. Para el Siemens Simatic S5-0 el número de contadores es de 6. n el laboratorio se utilizará el contador del PLC Simatic S5-0 y se inicializará un valor de 0, para observar bien la cuenta hacia adelante y la cuenta hacia atrás. A continuación se presenta la lista de instrucciones a introducir en el programador: V 0. CNTA HACIA ADLANT. 4

5 R L S R K. CNTA HACIA ATRAS CARGAR INICIALIAR L CONTADOR. 3. PSTA A CRO. CONSLTA BINARIA. = A 2. A continuación se muestra el diagrama temporizado del programa, en el cual se observa claramente el funcionamiento del mismo: 2.4 JMPLO D APLICACIÓN TILIANDO CONTADORS Se tiene un estacionamiento público con capacidad para 0 vehículos. l usuario debe pulsar P0 para entrar y P para salir, ( P0 esta representado por. y P por.0 ). Si se encuentran 0 vehículos en el estacionamiento se inhibe el funcionamiento de la puerta automática y se enciende una señal de "NO HAY PSTO". De existir puesto disponible, se activa la señal de "HAY PSTO". Para la implementación de la solución al planteamiento anterior se elaboró el programa en STP 5 que permite realizar lo antes expuesto. V. CNTA HACIA ADLANT. 5

6 R 0. CNTA HACIA ATRAS L K 0 S INICIALIACION DL CONTADOR. 0. L K 0 S 2 INICIALIACION DL CONTADOR 2. L L 2 CARGAR VALORS D LOS CONTADORS. > = F? CIRTO? NO CIRTO 0 = A 0.0 NO HAY PSTO < F = A 0. HAY PSTO Al correr el programa anterior se debe observar que al entrar el décimo automóvil se enciende la luz de "NO HAY PSTO" y simultáneamente se apaga la luz de "HAY PSTO". Al salir un automóvil del estacionamiento debe cambiar automáticamente el estado de los indicadores, ya que ahora se encuentran 9 automóviles dentro del mismo y puesto desocupado. l número de automóviles que se encuentra en un determinado momento dentro del estacionamiento se podrá observar mediante la función STATS. Al finalizar el presente ejemplo, se debe entender de una manera mejor, la aplicación de diferentes funciones como: carga de acumuladores, comparación, inicialización, puesta a cero, cuenta hacia adelante y cuenta hacia atrás. Además se deberá entender la importancia de los contadores en la solución de problemas prácticos que se presentan a diario y que pueden ser resueltos con la simple aplicación del PLC y sus diversas funciones. l esquema de conexión de este programa se muestra en la figura. n problema que presenta este programa es el uso innecesario de dos contadores, esto puede ser solventado por uno de dos métodos: a) Comparando con una constante numérica en lugar de hacerlo con el contador 2. b) sando una consulta binaria en lugar de la comparación numérica. 6

7 FIGRA : squema de conexión en mímico del laboratorio SOLCION a): V R L S K. CNTA HACIA ADLANT. 0. CNTA HACIA ATRAS INICIALIACION DL CONTADOR. L CARGAR VALOR DL CONTADOR. L KF 0 CARGAR VALOR D LA CONSTANT NMRICA. > = F?? CIRTO? NO CIRTO 0 = A 0.0 NO HAY PSTO < F = A 0. HAY PSTO SOLCION b): V 0. CNTA HACIA ADLANT. 7

8 R. CNTA HACIA ATRAS L K 0 S INICIALIACION DL CONTADOR. = M 00. CONSLTA BINARIA. M 0.0 = A 0. HAY PSTO. N M 0.0 = A 0.0 NO HAY PSTO. Nota: Compare las soluciones propuestas e indique: Cuál a su criterio es mejor? y Porqué? 2. PR-LABORATORIO 2.. Diseñe los diagramas en escalera y escriba los programas en lenguaje STP-5 que permitan resolver los ejercicios de alarma descritos a continuación. 2.. JRCICIO : Sistema de Distribución de Agua Potable Se tiene el siguiente sistema de distribución de agua potable para una población dividida en 4 sectores: B Sector A B3 V Tanque de Almacenamiento V3 B2 V B B2 V2 Sector B Sector C B23 V2 V23 Sensor de Flujo B2 B22 V22 Sector D l sistema tiene las siguientes características: 8

9 n tanque de almacenamiento el cual posee un sensor que se activa cuando el nivel del tanque llega al mínimo permitido. na válvula principal (V) la cual permite el paso desde el tanque hasta la planta de distribución. n sensor de flujo que indica cuando está circulando agua por la tubería y cuando no está circulando. Dos (2) de bombas primarias de 5" (B y B2). Cada una posee un sensor que indica cuando ocurre una falla en la misma. n operación normal están encendidas las dos. Cuatro (4) bombas secundarias de 2" (B, B2, B2, B22) las cuales permiten bombear agua hacia cada sector. Cada una posee un sensor que indica cuando ocurre una falla en la misma. n operación normal están encendidas las cuatro. Dos (2) bombas de reserva de 2" (B3 y B23) las cuales normalmente están apagadas y solo se encienden cuando ocurre una falla en las bombas secundarias correspondientes (jm: la bomba B3 se enciende cuando ocurre una falla en la bomba B ó cuando ocurre una falla en la bomba B2), para evitar que no haya distribución de agua hacia algún sector. sta bomba solo puede sustituir una de las dos bombas secundarias en un mismo instante de tiempo. 4 válvulas de distribución (v, v2, v2, v22) de dos entradas y una salida, que permiten seleccionar la bomba que suministrará el flujo de agua a cada sector. Cada válvula posee dos posiciones: entrada y entrada 2. La posición normal de dicho conjunto de válvulas en la siguiente: Válvula v: entrada, desde la bomba B Válvula v2: entrada, desde la bomba B2 Válvula v2: entrada, desde la bomba B2 Válvula v22: entrada, desde la bomba B22 Dos válvulas de falla (v3 y v23) de una entrada y dos salidas, que permiten seleccionar a que sector va a suministrar agua la bomba de reserva correspondiente. Cada válvula posee dos posiciones: salida y salida 2. La posición normal de éste par de válvulas es la siguiente: Válvula v3: salida, hacia el sector A Válvula v23: salida, hacia el sector C Se debe diseñar e implementar con un PLC un sistema de detección y solución de fallas leves y graves con de activación de alarmas para el sistema de distribución. FALLA LV: Falla en alguna de las válvulas de distribución secundarias. FALLA GRAV: No hay suministro de agua en alguno de los sectores de la población. Se desea que el sistema cumpla con los siguientes objetivos: a) mitir una señal de ALARMA LV en el caso de ocurrir una falla leve. b) mitir una señal de ALARMA GRAV en el caso de ocurrir una falla grave 9

10 c) n caso de falla leve, encender la bomba de reserva correspondiente y colocar la válvula de falla en la posición adecuada, para no detener el suministro de agua al sector. d) Si el nivel en el tanque de almacenamiento llega al mínimo permitido o no está circulando agua en la tubería principal, cerrar la válvula principal y apagar todas las bombas. e) Llevar un control del Nº de Fallas Leves y Fallas Graves que ocurren en el sistema y activar una ALARMA D MANTNIMINTO si ocurren más de 0 Fallas Leves o más de 3 Fallas Graves. sta alarma permitirá programar un mantenimiento general del sistema tras lo cual se debe reinicializar con todo el sistema JRCICIO 2 : Contador de Personas Se desea realizar un programa usando un contador hacia adelante y hacia atrás, para contar las personas en un recinto de 00 personas de capacidad. Para este objeto se han dispuesto a la entrada del recinto dos señales luminosas, instaladas de tal forma que al circular delante de ellas primero se interrumpe una señal y después las dos. A partir de aquí se obtienen las señales para el contador. l esquema siguiente nos da la disposición del contador. Las células fotoeléctricas dan el estado "" cuando se interrumpe el rayo de luz. n indicador luminoso señaliza cuando el recinto está ocupado. 2.2 Realice la simulación de los programas a ser introducidos en el PLC, usando l programa S5 y el de SoftLOGIC Realice el programa en : diagrama en escalera (LAD), diagrama de bloque de funciones (FBD) y listado de instrucciones (STL). Todos de acuerdo a la norma IC

11 2.4 Dibuje el diagrama de instrumentación del proceso de acuerdo a las normas ISA 5., tal como lo haría una empresa de automatización. 2.5 Dibuje el diagrama de cableado de las entradas y salidas al PLC SIMATIC S5-0 en cada proceso, de acuerdo a normas para planos de instrumentación. 3. LABORATORIO. Al llegar al laboratorio debe entregar en un disco flexible la simulación con extensión.s5d (formato siemens S5D) y todo lo solicitado en el pre-laboratorio. 2. Debe programar el PLC simatic S5 para implementar la solución a los ejercicios propuestos de acuerdo a los programas en STL diseñados, para comprobar su funcionamiento. 3. Mostrar los resultados al profesor. 4. POST-LABORATORIO. Realizar el informe correspondiente. 2. Agregar las modificaciones hechas a cada problema de acuerdo a su propia iniciativa. 5. BIBIBLIOGRAFÍA. Rojas Ruben. Introducción al uso de los Controladores Lógicos Programables (PLC). Práctica # 4. Laboratorio de Sistemas de Control. Guía de Prácticas. LA Berger Hans. La automatización con S5-5. SIMNS, S.A. Berlin. Munich. República Federal de Alemania SIMNS. SIMATIC S5. Programmable Controllers. S5-0 Self-Study Systems Hughes Thomas A. Programmable Controllers. Third dition. ISA. SA. 200.