AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

Transcripción

1 AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL PROFESOR: PEDRO Mª GUERRICAGOITIA PRÁCTICA 1 IKER AMESCUA FERNÁNDEZ DE LARRINOA JON ANDER MOENO SÁEZ DE ADANA

2 ÍNDICE Arquitectura y Funcionamiento del autómata Siemens Simatic S pag. 3 Ejemplo de control de las electroválvulas de un depósito... pag. 17 Ejemplo de control de lámpara por medio de interruptores... pag. 24 2

3 PRÁCTICA 1 ARQUITECTURA Y FUNCIONAMIENTO DE UN AUTÓMATA SIEMENS SIMATIC S7-300 Como comienzo de las prácticas realizamos un primer contacto con el autómata que se dispone en el laboratorio. El autómata programable que se utiliza se trata del modelo SIMATIC S7-300, fabricado por la marca SIEMENS. Comenzamos por explicar que el autómata consta de tres partes divididas en fuente de alimentación, CPU (del propio autómata) y las conexiones de entradas y salidas de las que disponemos. Fuente de alimentación Es el primero de los bloques empezando por la izquierda. En el nos encontramos con el botón de encendido y apagado del propio autómata situado en la zona superior del bloque. En la parte inferior están las conexiones de entrada y salida del convertidor. El SIMATIC S7-300 se alimenta a 24V de señal continua, por lo que es necesario el convertidor para poder transformar los 230V de señal alterna de la red a los 24V de continua necesarios. CPU Se encuentra en la parte central, digamos que es el cerebro de nuestro autómata, en este bloque será donde se implemente los diferentes programas a desempeñar por nuestro dispositivo. También se encuentran el control de las diferentes funciones del autómata (Run, Stop,...) que son activadas con la ayuda de una llave, dependiendo de la posición de la llave el autómata se encontrará realizando la función correspondiente. La forma de procesar los programas que tiene que implementar se define como CICLO-SCAN. Este funcionamiento consiste en que, en un primer momento la CPU comprueba la situación de todas sus entradas. En base a la configuración de las entradas que se le halla presentado va a leer por completo el programa sin detenerse y posteriormente a la lectura, actuará sobre las señales de salida que se le hallan indicado como consecuencia de las entradas del comienzo. Este procedimiento se repetirá cíclicamente. Si por algún motivo la entradas cambiasen de configuración mientras que el dispositivo este leyendo el programa, no volverá a comprobar la situación de las entradas, si no que seguirá con su camino haciendo caso omiso al cambio producido. La nueva composición de las salidas será considera en el siguiente ciclo, esto podría ser un gran problema si cada ciclo de comprobación (de las entradas), lectura (del programa) y ejecución (sobre las salidas) fuese lento, ya que sería un problema que una de las entradas alterase su situación tan rápido que el autómata no fuese capaz de captar el cambio. Pues bien esta situación no supone un problema ya que la ejecución de cada 3

4 ciclo es de unos pocos milisegundos, dependiendo siempre de la longitud de nuestro programa. Entradas y salidas Las entradas y salidas de nuestro autómata se encuentran todas ellas agrupadas en un bloque único situado en la parte derecha del dispositivo. Tenemos entradas y salidas de dos tipos analógicas y digitales. Disponemos de cuatro entradas y salidas analógicas, colocadas en la parte izquierda del bloque ya que la parte derecha de éste está reservada para las entradas y salidas de tipo digital. De éstas últimas disponemos de un número mayor, hablamos de dieciséis posibles entradas digitales conectadas a la vez. También se debe mencionar que para poder conocer el estado de cada entrado o salida se sitúa al lado de cada conexión un led, de modo que éste se encenderá siempre que una entrada o salida se encuentre activada. Conexión entre el autómata y el PC Un autómata te puede realizar infinidad de tareas. El programa lo realizamos en el PC con la ayuda del programa STEP-7. Este programa tiene diferentes modos de programación por medio de diagrama de relés, funciones lógicas o por medio de texto. Después de que tengamos nuestro programa terminado necesitamos trasmitírselo al autómata para que pueda ejecutarlo. Esta transmisión del programa la realizamos por medio del puerto serie. Modos de funcionamiento En este apartado definimos los diferentes modos funcionamiento del SIMATIC S Se dividen en cuatro Stop, Run, Run-P y M-Reset. Los dos primeros modos de refieren a la lectura del programa por medio del autómata, con la función Run comenzamos la lectura del programa, el autómata no se pone en funcionamiento hasta que termina de leer todo el programa. Existe la posibilidad de interrumpir la lectura que realiza el autómata, basta con accionar la función de Stop, en ese momento se detiene el proceso de carga del programa sobre el autómata. Hemos dicho que la función Run la utilizamos para cargar el programa, pero siempre y cuando el autómata no este ejecutando otro programa. Pues bien para poder cargar un nuevo programa mientras el autómata este trabajando sobre otro de ellos, utilizamos Run-P. Cuando utilizamos esta función el autómata nos responde de manera que ejecutará el programa que estaba realizando inicialmente hasta que el nuevo programa es leído por completo. En el momento que se ha terminado de cargar el nuevo programa, en el siguiente ciclo de lectura del autómata lo hará sobre el nuevo programa, eliminando en ese mismo momento el programa inicial. Por último nos queda explicar la función M-Reset. Con esta función podemos realizar un borrado de la CPU del S7-300, quedándose de este modo sin funciones a ejecutar hasta que se cargue un nuevo programa. 4

5 Funcionamiento del SIMATIC S7-300 Antes de comenzar a implementar nuestro programa, debemos realizar la configuración del hardware de nuestro API (Autómata Programable Industrial). Como primero de los pasos debemos crear un nuevo proyecto donde se guardará toda la configuración del hardware junto con el programa que vallamos a realizar. Nuestro proyecto lo guardaremos en el directorio S7Proj. Ya tenemos creado el nuevo proyecto, ahora definimos cual será el equipo con el que vamos a trabajar. Con el botón derecho del ratón hacemos un clic sobre el proyecto, desplegando de este modo una ventana en la que seleccionamos insertar nuevo objeto y posteriormente elegimos equipo simatic 300. Después de haber definido el equipo debemos elegir el hardware. Para ello expandimos el árbol que tenemos en el proyecto y seleccionamos SIMATIC-300. En este momento nos aparece el hardware, lo seleccionamos apareciéndonos ahora la pantalla de configuración (HW Config). 5

6 Ahora seleccionamos la ventana ver, en ella nos aparece la opción del catálogo, elegimos dicha opción. Al haber seleccionado el catálogo, éste nos aparece en la parte izquierda de la pantalla. 6

7 El siguiente paso es desplegar el árbol que nos encontramos en SIMATIC-300. Seguidamente seleccionamos la opción de bastidor de este modo desplegamos el menú del bastidor y elegimos perfil soporte. 7

8 Como podemos ver nos aparecen una serie de ventanas en las que tenemos que ir definiendo las módulos de nuestro autómata. La elección de cada bloque se debe encontrar en la posición correcta. El primero de los slot se refiere a la fuente alimentación de nuestro autómata, en esta debemos colocar el tipo de fuente de alimentación de la que disponemos. Para ello desplegamos el árbol de PS-300 situado en el catálogo. Seguidamente elegimos la fuente de alimentación que en nuestro caso se trata de la PS 307 5A. El segundo slot es el de la CPU, haremos lo mismo que con la fuente de alimentación eligiendo el modelo de la CPU que tenemos. Desplegamos el árbol de CPU-300 y seguidamente volvemos a desplegar el árbol de la opción CPU 314 IFM. Nos aparecen una serie de modelos de diferentes CPU, de modo que debemos fijarnos en el modelo que tenemos y seleccionarlo. El modelo viene impreso en la parte inferior izquierda del bloque de la CPU, que en nuestro es el modelo 314-5AE03-0AB0. Se nos despliega un nuevo árbol en el que por último seleccionaremos V1.0. 8

9 El slot número tres en nuestro caso permanecerá libre debido a que está reservado a las comunicaciones y nosotros no las utilizaremos. El cuarto slot está reservado para las entradas y las salidas analógicas, no haría falta elegir el tipo de las entradas y salidas analógicas ya que al elegir el tipo de la CPU ya se eligen a la vez las entradas y las salidas analógicas. De todos modos vamos a explicar cuales serían los pasos por si en algún momento debemos definir un nuevo bloque de entradas y salidas. Desplegamos el árbol de SM-300 y volvemos a realizar lo mismo con la opción de AI/AO-300, ahora nos aparecen los diferentes modelos en donde elegiríamos la que nosotros deseemos. 9

10 El último slot que vamos a utilizar será el número cinco que está reservado para las entradas y salidas digitales. En este caso pasa lo mismo que con las entradas y salidas analógicas que se definen en el momento que defines la CPU que vas a utilizar. Aún así vamos a localizar donde se encuentran los diferentes modelos de las entradas y salidas digitales. Para ello nos basta con desplegar en árbol que posee la opción SM-300 y volver ha hacer lo mismo con la opción DI/DO-300 encontrándonos de esto modo con las modelos que se nos da a elegir. 10

11 Después de haber seguido cada paso lo único que nos falta es guardar y compilar la configuración que hemos realizado. Para guardarlo y compilarlo lo podemos hacer desde la ventana equipo y seleccionar guardar y compilar. 11

12 También se puede realizar este paso con la ayuda de un icono situado en la parte superior de la pantalla. Después de todos estos pasos ya podemos cerrar la ventana de configuración (HW Config). Volviendo a la pantalla inicial, ahora debemos definir los símbolos que vamos a utilizar en nuestro programa. Para realizar la definición de los símbolos abrimos el árbol de nuestro programa seleccionamos SIMATIC-300 y después CPU 314 IFM. Ahora debemos elegir la opción programa, situada en la ventana de la derecha, y seguidamente seleccionas símbolos. Al haber seleccionado símbolos nos aparecerá una pantalla como la que mostramos a continuación, en la tabla que aparece debemos introducir los símbolos que utilizaremos para la realización de nuestro programa. En la tabla se debe introducir el nombre del símbolo que vamos a definir, si se trata de una entrada (E) o de una salida (A) y por último la dirección de la entrada o salida del autómata a la que le asignaremos ese símbolo. 12

13 En estos momentos podemos comenzar a implementar nuestro programa. Para ello seleccionamos la opción de bloques situada en la parte derecha de la pantalla y marcamos la elección de OB1 haciendo doble clic con el ratón sobre ella. Antes de poder acceder a la pantalla en la que realizaremos nuestro programa se nos muestra en pantalla una ventana en la que deberemos elegir el tipo de lenguaje a utilizar, que en nuestro caso elegiremos el lenguaje KOP. 13

14 Después de haber aceptado nuestra elección ya nos encontramos en la pantalla propia para la realización de nuestro programa. Una vez que tengamos implementado nuestro programa deberemos guardarlo en nuestro directorio. Después de haberlo salvado volvemos a la pantalla principal (Simatic Manager). Cuando ya nos hemos situado en dicha pantalla procedemos a realizar un borrado de total de la memoria del autómata para asegurarnos de la eliminación del programa anterior. Para realizar dicho borrado nos dirigimos a la ventana sistemas de destino en la que se dispone de una opción de borrado total. 14

15 Para terminar debemos cargar nuestro programa en el autómata, para poder realizar la carga el autómata se deberá encontrar o bien en el estado de Stop o en el de Run-p. Cuando tengamos el autómata preparado para realizar la carga del programa abrimos la ventana de sistemas de destino y seleccionamos cargar. Una vez cargado el programa podemos estudiar su funcionamiento con la ayuda de la simulación de la que dispone el Step7. Ésta la podemos abrir por medio de su icono situado en la parte superior derecha del Simatic Manager. 15

16 También se puede apreciar los resultados de la ejecución del programa por medio de la observación en los diagramas de relés. Dicha herramienta se encuentra representado por un icono con unas gafas dibujadas en la pantalla KOP/AWL/FUP. 16

17 EJEMPLO CONTROL DE ELECTROVALVULAS DE UN DEPÓSITO El ejercicio que se muestra a continuación se trata de un automatismo combinacional formado por un depósito con cuatro electroválvulas de entrada y cuatro electroválvulas de salida. Las electroválvulas de entrada se denominan a, b, c, d y las de salida A, B, C, D. Cada una se abre con un nivel lógico alto que vamos a representar con un 1 y se cierran con un nivel lógico bajo que representaremos con un 0. El caudal aportado por cada electroválvula de entrada es 5, 15, 25 y 30 litros por segundo respectivamente. El caudal evacuado por las electroválvulas de salida son 5, 10, 20 y 40 litros por segundo respectivamente. El control que se desea realizar sobre las electroválvulas de salida es tal que el caudal de entrada tiene que ser igual al evacuado por las salidas. Para ello tendrá en cuenta el estado de las electroválvulas de entrada y actuara sobre las de salida igualando ambos caudales. Como única condición se dice que en ningún momento hay más de dos electroválvulas de entrada abiertas al mismo tiempo. Teniendo en cuenta esta última condición esta claro que ciertas combinaciones de entrada no se van a dar nunca, lo que vamos a aprovechar para simplificar más las funciones resultantes: según nos convenga cogeremos estas salidas como nivel alto o nivel bajo. 17

18 ENTRADAS SALIDAS l/s a b c d A B C D Los mapas de Karnaugh resultantes de esta tabla son los que se muestran a continuación: ab cd A = abcd + abcd + abcd + abcd + abcd + abcd = abc( d + d) + abc( d + d) + abc( d + d) = abc + abc + abc = a( cb + cb) + abc ab cd B = abcd + abcd + abcd + abcd + abcd + abcd + abcd + abcd + abcd = abcd + bd( a+ a)( d + d) + ac( b+ b)( d + d) = abcd + bd + ac ab cd C = abcd + abcd + abcd + abcd + abcd + abcd + abcd + abcd = ab( c + c)( d + d) + bcd ( a + a) + bcd ( a + a) = ab + bcd + bcd = bcd ( + cd) + ab 18

19 ab cd D= abcd + abcd + abcd + abcd + abcd + abcd + abcd + abcd + abcd + abcd + abcd + abcd = bd( a + a)( c + c) + cd( a + a)( b + b) + bc( a + a)( b + b) = bd + cd + bc = b( d + c) + cd Estas funciones las hemos implementado usando diagramas de relés (KOP) con contactos normalmente abiertos, normalmente cerrados y bobinas. Para facilitar la programación primero hemos realizado una tabla de símbolos que se muestra a continuación, la cual no es más que una asociación entre una dirección de entrada o salida y un nombre asociado para su fácil reconocimiento. A continuación se muestra el diagrama de relés introducido. Cada electroválvula esta programada en su propio segmento, haciendo un total de 4 segmentos. 19

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21 Seleccionando el menú ver se puede pasar de un tipo de programación a otro: A continuación se muestra el mismo programa usando funciones lógicas: 21

22 Si volvemos a seleccionar el menú ver y cambiamos a AWL obtenemos las siguientes listas de funciones: 22

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24 EJEMPLO DE CONTROL DE LÁMPARA POR MEDIO DE INTERRUPTORES A continuación vamos a diseñar un automatismo combinacional que cumpla las siguientes condiciones: Se dispone de cuatro interruptores x, y, z, w que actuaran como entradas digitales (nivel alto/nivel bajo) y una lámpara (L) que será la salida. La lámpara tiene que encenderse (novel lógico 1 ) cuando los interruptores xy o wz estén activados por parejas al mismo tiempo pero nunca los cuatro a la vez. La tabla de la verdad resultante es la siguiente: x y z w L El mapa de Karnaugh resultante de esta tabla de la verdad es: xy zw

25 Usando los maxterm obtenemos: L= ( x+ y+ z+ w)( x+ y+ z+ w)( x+ y+ z+ w)( x+ y+ z+ w)( x+ y+ z+ w)( x+ y+ z+ w) ( x+ y+ z+ w)( x+ y+ z+ w)( x+ y+ z+ w) = ( x + z + y y + ww)( y + z + xx + ww)( y + w+ xx + zz)( x + w+ y y + zz) = ( x+ z)( y+ z)( y+ w)( x+ w) = ( zw + xy) La tabla de símbolos usada es: El diagrama de relés de esta última función es el siguiente: 25

26 El mismo programa escrito en funciones lógicas es la que se muestra a continuación: Por ultimo el listado de funciones es el siguiente: 26