INTRODUCCIÓN A LA PROGRAMACIÓN DE AUTÓMATAS SIEMENS S7-1200

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1 INTRODUCCIÓN A LA PROGRAMACIÓN DE AUTÓMATAS SIEMENS S7-1200

2 1. PRESENTACIÓN DE LOS EQUIPOS DE PRÁCTICAS Autómata SIEMENS SERIE S o CPU 1214C AC/DC/RLY o Según el fabricante, es un "controlador modular compacto para soluciones de automatización discreta y autónoma" y "Proporciona la potencia y flexibilidad para controlar una amplia variedad de dispositivos de apoyo a necesidades de automatización". o Dispone de 14 entradas digitales integradas (de 24 VDC), 10 salidas digitales integradas (por relé) y 2 entradas analógicas integradas. o Los autómatas del laboratorio llevan incorporado, además, un módulo adicional con 1 salida analógica (módulo SB 1232 AQ), que está conectado directamente en la parte central del autómata. Entrenador o Facilita las conexiones en el caso de conectar el autómata a una maqueta de un proceso físico. o Permite probar programas sin conexión a ningún equipo físico simulando las entradas manualmente mediante el movimiento de interruptores (representarán entradas provenientes de sensores). 2

3 En las figuras siguientes se muestran las entradas y salidas que llevan incorporadas los autómatas disponibles en el laboratorio, así como el módulo adicional de salida analógica. Recuérdese que, en esta asignatura, normalmente accionaremos las entradas y realizaremos las conexiones a través del entrenador sobre el que está montado el autómata. 14 entradas digitales integradas (24 VDC) 2 entradas analógicas integradas 10 salidas digitales integradas (por relé) Módulo de salida analógica (SB 1232 AQ) 3

4 Entorno de programación o PC con el programa TIA Portal de Siemens (Totally Integrated Automation Portal). La figura siguiente muestra el aspecto de la pantalla inicial del programa TIA Portal V13: 4

5 2. PASOS A SEGUIR PARA PROGRAMAR EL AUTÓMATA Paso 1. Creación de un proyecto En la ventana inicial pulsaremos en la opción "Crear proyecto" del panel central, lo cual nos permitirá en el panel de la derecha introducir las propiedades básicas del proyecto (nombre, ruta, autor y comentarios), como se observa en la figura siguiente. Crear proyecto Pulsamos el botón "Crear" y después de unos segundos se habrá creado el proyecto, apareciendo la ventana de la figura siguiente (a esta ventana se le denomina "Vista del portal"). 5

6 Para realizar programas con mayor comodidad se recomienda, al menos en las prácticas iniciales, pasar a la "Vista del proyecto". Para ello pulsaremos el botón "Vista del proyecto" que aparece en la esquina inferior izquierda, mostrándose la ventana de la figura siguiente. Paso 2. Agregación de un autómata al proyecto Una vez que se ha creado un proyecto nuevo, podemos observar que no existe ningún dispositivo asociado al mismo (en el panel de la izquierda, en el "Árbol del proyecto", no aparece ningún dispositivo). Los autómatas del laboratorio están conectados al PC a través de un cable y tarjeta de red. Para agregar el autómata al proyecto, primero lo alimentaremos accionando el interruptor correspondiente del entrenador sobre el que está montado y, a continuación, haremos doble click sobre la opción "Agregar dispositivo" del panel izquierdo. Una vez hecho esto nos aparecerá la ventana de la figura siguiente. 6

7 En esta ventana seleccionaremos el botón "Controladores" de la columna de la izquierda (un autómata es un "controlador") y nos aparecerá en la parte central un listado con todos los posibles modelos de autómatas que pueden conectarse. Existen 2 métodos para agregar el autómata: dejando que TIA detecte automáticamente el modelo de autómata, o introduciéndolo manualmente. A continuación vamos a ver cómo se agrega el autómata con cada uno de estos métodos. Método 1: Agregación manual del dispositivo. Cuando conocemos la versión de CPU que incorpora el autómata, puede agregarse al proyecto de forma manual. En primer lugar, elegimos el modelo de autómata en la parte central de la ventana anterior: SIMATIC S y nos aparecerá un listado con todas las posibles CPUs para este modelo. El modelo concreto de CPU puede leerse en el lateral derecho del propio autómata. En nuestro ejemplo, el modelo de CPU es "CPU 1214C AC/DC/Rly", con código de modelo "6ES BG31-0XB0". Seleccionamos esta CPU en el listado, como se observa en la figura siguiente. 7

8 En la parte superior de la ventana anterior se puede escribir un nombre para el dispositivo (autómata) aunque, en este ejemplo, dejaremos el nombre que aparece por defecto (PLC_1). Pulsamos el botón Aceptar y después de un tiempo se volverá a la Vista del proyecto con el autómata ya agregado, como se observa en la figura siguiente (aparece el autómata "PLC_1" en el panel de la izquierda). 8

9 Método 2: Detección automática del dispositivo. En este caso elegimos como modelo de autómata CPU 1200 sin especificar (en la ventana Agregar dispositivo ), como se muestra en la figura siguiente. En esta ventana elegimos cualquier versión del firmware (no es necesario conocerla, ya que el programa la detectará, aunque es conveniente elegir la versión más baja de las que aparezca en la lista). Pulsamos el botón Aceptar, y aparecerá la ventana de Vista de dispositivo: 9

10 En esta ventana seleccionamos la opción determinar la configuración del dispositivo conectado (en el cuadro amarillo de la parte central). A continuación aparecerá la ventana de Detección de hardware. A continuación debemos configurar las opciones del interfaz, es decir, indicar al programa cómo está conectado el autómata al ordenador. En el caso de los autómatas del laboratorio están conectados a través de una tarjeta de red (habrá que elegir el tipo de interfaz PN/IE y la tarjeta concreta que esté instalada). La configuración que debemos introducir es la siguiente: Tipo de interfaz PG/PC: PN/IE Interfaz PG/PC: NIC de Fasr Ethernet de la familia Realtek RTL... Esperamos a que se detecte el autómata y pulsamos el botón Detección. Una vez hecho esto, el programa volverá a la vista de dispositivo con el autómata detectado. Paso 3. Creación de un programa ejemplo. Se trabajará con el lenguaje de programación KOP. De este modo, los elementos que aparecerán en el programa serán contactos, bobinas y cuadros. Para crear nuestro programa, abriremos la opción "Bloques de programa" del menú de la izquierda. En esta opción existe la posibilidad de "Agregar un nuevo bloque" o acceder directamente al bloque "Main [OB1]" que ya está creado, pero vacío. Este es el bloque principal del programa del autómata, que se ejecuta cíclicamente como se ha explicado en clase de teoría. En este ejemplo escribiremos el programa directamente sobre el main que ya está creado por defecto, así que haremos doble click sobre "Main [OB1]" y se abrirá el editor de KOP en la parte central, como se puede ver en la figura siguiente. Las instrucciones del programa (contactos, bobinas, etc.) pueden arrastrarse directamente con el ratón, bien desde la barra de instrucciones de uso frecuente o favoritas (encima del "Título del bloque"), o bien desde el panel de la derecha, donde aparecen todas las instrucciones (ver figura siguiente). 10

11 Instrucciones más frecuentes Todas las instrucciones Con esos elementos se creará el siguiente programa ejemplo: I0.0 Q0.0 I0.0 Q0.1 El programa indica que la salida Q0.0 estará activa cuando lo esté la entrada I0.0 y que la salida Q0.1 estará activa en caso contrario. Nota: Obsérvese que al arrastrar hacia el programa con el ratón cualquier operación (contacto, bobina, etc.), aparece un pequeño cuadrado de color verde indicando lugares donde puede colocarse dicha operación en un segmento. Se recomienda practicar con el editor para familiarizarse con su funcionamiento y ver otras posibilidades del mismo. Por ejemplo, también pueden introducirse operaciones seleccionándolas primero con el ratón y pulsando después sobre el punto del programa donde se desea colocar. Nota: Antes de dibujar el programa es conveniente crear una tabla de variables en la que se asocie una etiqueta a cada entrada, salida y variable que usemos inicialmente en nuestro programa. Sin embargo, en este primer ejemplo dibujaremos directamente el programa sin crear la tabla de variables (posteriormente veremos cómo crearla). En este 11

12 caso, el editor crea automáticamente etiquetas para cada entrada/salida o variable que vayamos usando en el programa (con los nombres "Tag_1", "Tag_2", etc.), en una tabla que posteriormente podrá ser modificada. En la figura siguiente se muestra el aspecto de la ventana con el programa ya introducido. Paso 4. Carga del programa en el autómata. El programa se ha creado en el PC, y es necesario enviarlo a la memoria del autómata. Para ello es recomendable primero compilar el programa en el PC y, posteriormente, cargarlo en el autómata. Aunque en el menú de la parte superior existen botones directos para compilar y cargar el programa, la primera vez que se compila y carga el programa de un proyecto es recomendable hacerlo como se indica a continuación, para evitar errores de inconsistencias entre la configuración del proyecto y las características del autómata concreto. Las cargas posteriores del programa del proyecto sí pueden hacerse más cómodamente desde los botones del menú superior. Pulsaremos el botón derecho del ratón sobre la opción del panel izquierdo correspondiente al autómata ("PLC_1... "), y seleccionamos la opción "Compilar->Hardware y software (solo cambios)", como se muestra en la figura siguiente. 12

13 Si no se ha producido ningún error, en la ventana inferior central aparecerán mensajes indicando que el software y hardware se han compilado correctamente. A continuación cargaremos el programa en el autómata, pulsando el botón derecho del ratón sobre la opción del panel izquierdo correspondiente al autómata ("PLC_1..."), y seleccionando la opción "Cargar en dispositivo->hardware y software (solo cambios)". Aparecerá una ventana nueva de "Carga avanzada", en la que debemos seleccionar el tipo de interfaz entre el ordenador y el autómata ("Tipo de interfaz PG/PC") y la tarjeta concreta que estemos utilizando en el ordenador ("Interfaz PG/PC"). Con la configuración actual de los ordenadores del laboratorio, seleccionaremos las opciones que se muestran en la figura siguiente. Opciones de conexión 13

14 Pulsamos el botón "Iniciar búsqueda" y, después de un tiempo, se muestra en la parte inferior el autómata encontrado, como se puede ver en la figura siguiente. Autómata encontrado A continuación pulsamos el botón "Cargar". Al iniciar la carga del programa es posible que se encuentre algún tipo de error. Por ejemplo, es frecuente que el autómata esté en modo "Run" cuando queremos cargar el programa, y debería estar en modo "Stop". Si ocurre esto nos aparecerá una ventana como la que se muestra a continuación. 14

15 En esta ventana podemos elegir la acción "Parar todos" en el menú de acciones del mensaje "Parar módulos", para que se paren todos los módulos activos del autómata y pueda cargarse nuestro programa (véase figura siguiente). A continuación pulsamos el botón "Cargar" y, si no hay más errores, aparecerá una ventana como la siguiente en la que se permite arrancar de nuevo los módulos tras cargar, para poner en funcionamiento el programa en el autómata. Pulsamos el botón "Finalizar" y el autómata ejecutará el programa cargado. Paso 5. Comprobación del funcionamiento del programa. Una vez puesto en marcha el programa se probará el funcionamiento del mismo desde el entrenador. Para ello se utilizarán: Los interruptores, que actúan como entradas activadas manualmente. Los leds indicativos de salidas activas o inactivas integrados en el autómata. El funcionamiento debe ser el siguiente: 15

16 Al mover el interruptor correspondiente a la entrada I0.0, la salida Q0.0 tomará los mismos valores que la entrada (se activa cuando se activa el interruptor) y la salida Q0.1 tomará los valores contrarios (se inactiva cuando se activa el interruptor). El procedimiento de prueba de programas desde el entrenador será siempre el mismo, mientras no se conecte el autómata a un sistema físico. Cuando se prueben programas más complejos será necesario simular mediante los interruptores el funcionamiento de entradas cualesquiera (finales de carrera, sensores de proximidad sin contacto, botoneras, etc); y se deberá interpretar el encendido o apagado de los leds como puesta en marcha o paro de salidas cualesquiera (motores, electroválvulas, calentadores, etc). 16

17 3. REPASO DE LOS ELEMENTOS DEL LENGUAJE KOP A UTILIZAR EN ESTA PRÁCTICA A. Elementos tipo contacto x x Contacto normalmente abierto: deja circular la corriente cuando la entrada o variable x está activa (valor 1) Contacto normalmente cerrado: deja circular la corriente cuando la entrada o variable x está inactiva (valor 0) P Detección de flanco positivo: deja circular la corriente cuando se detecta un cambio de cero a uno. N Detección de flanco negativo: deja circular la corriente cuando se detecta un cambio de uno a cero. NOT Negación: cambia el valor de la corriente de cero o uno o viceversa (de circular corriente a no circular o viceversa). A continuación se ejemplifica el funcionamiento de cada uno de estos elementos mediante un programa y el cronograma correspondiente (el cronograma muestra un ejemplo de variación de los valores de las entradas en el tiempo y el correspondiente comportamiento de las salidas de acuerdo con el programa). I0.0 I0.1 Q0.0 I0.0 I0.1 I0.0 NOT Q0.1 Q0.0 Q0.1 I0.1 N Q0.2 Q0.2 1 ciclo 17

18 B. Elementos tipo bobina x x S n x R n Bobina de asignación: la salida o variable x se activa si llega corriente y se inactiva si no llega corriente. Set: cuando llega corriente se activan n bits a partir de la entrada o variable x. No se desactivan cuando deja de llegar corriente (su valor queda enclavado a uno). Reset: cuando llega corriente se desactivan n bits a partir de la entrada o variable x. No se activan cuando deja de llegar corriente (su valor queda enclavado a cero). A continuación se ejemplifica el funcionamiento de cada uno de estos elementos mediante un programa sencillo y el cronograma correspondiente. I0.0 Q0.0 I0.0 Q0.0 Q0.1 S 1 Q0.2 R 2 Q0.1 Q0.2 Q0.3 18

19 4. EJEMPLO 1: CONTROL DE UN MOTOR DESDE UN PANEL DE MANDO A continuación se indican los elementos que constituyen el panel de mando del motor y las entradas y salidas del autómata a las que se encuentran conectados: Interruptor ON/OFF Entrada I0.0 ON = 24V, OFF = 0V Palanca giro positivo motor Entrada I0.1 MARCHA = 24V, PARO = 0V Palanca giro negativo motor Entrada I0.2 MARCHA = 24V, PARO = 0V Lámpara funcionamiento Salida Q0.0 0V = apagado, 24V = encendido Lámpara sentido positivo giro Salida Q0.1 0V = apagado, 24V = encendido Lámpara sentido negativo giro Salida Q0.2 0V = apagado, 24V = encendido El motor se conecta al autómata mediante dos contactores que lo conectan a la red de modo que gire en un sentido u otro, y que se comandan desde las salidas Q0.3 y Q0.4 del autómata, según aparece en la siguiente tabla: Contactor giro positivo motor Salida Q0.3 24V = giro, 0V = paro Contactor giro negativo motor Salida Q0.4 24V = giro, 0V = paro El funcionamiento del sistema debe ser el siguiente: El interruptor ON/OFF pone en marcha o para el sistema y enciende o apaga la lámpara de funcionamiento. Si el interruptor está en ON y se actúa sobre la palanca de giro positivo, el motor gira a derechas y se activa la lámpara indicativa de ese sentido de giro. Si el interruptor está en ON y se actúa sobre la palanca de giro negativo, el motor gira a izquierdas y se activa la lámpara indicativa de ese sentido de giro. Si, con el interruptor en ON, se actúa sobre ambas palancas, el motor no girará en ningún sentido pero sí se encenderán las dos lámparas indicativas del sentido de giro. El programa resuelto se muestra en la figura siguiente. Se pide: introducir en el autómata y probar su funcionamiento: I0.0 Q0.0 I0.0 I0.1 I0.2 Q0.3 Q0.1 I0.0 I0.2 I0.1 Q0.4 Q0.2 19

20 EJERCICIO 1: ADICIÓN DE UN SENSOR DE TEMPERATURA Sobre el equipo anterior, se añade un sensor para medir la temperatura en el bobinado del motor. Cuando la temperatura sea excesiva, el motor debe detenerse y se debe encender un piloto en el panel de mando; una vez restablecida la temperatura normal se deberá apagar el piloto y el motor continuará moviéndose. Las conexiones de sensor y piloto con el autómata se muestran en la tabla siguiente: Sensor temperatura Entrada I0.3 24V = temperatura OK, 0V = temperatura alta Piloto panel de mando Salida Q0.5 0V = apagado, 24V = encendido Se pide: modificar el programa anterior para que contemple estos nuevos elementos y probar el resultado sobre el autómata. 5. EJEMPLO 2: CONTROL DE UN ASCENSOR CON DOS PISOS El gráfico siguiente muestra esquemáticamente los elementos sensores y actuadores presentes en el sistema: motor Final de carrera ascensor abajo SEGUNDA PLANTA contrapeso LL Llamada arriba ascensor botón subir botón bajar PRIMERA PLANTA Final de carrera ascensor arriba LL Llamada abajo 20

21 Las conexiones de sensores y actuadores al autómata son las siguientes: Botón subir Entrada I0.0 pulsado = 24V, suelto = 0V Botón bajar Entrada I0.1 pulsado = 24V, suelto = 0V Llamada arriba Entrada I0.2 pulsado = 24V, suelto = 0V Llamada abajo Entrada I0.3 pulsado = 24V, suelto = 0V Final carrera ascensor arriba Entrada I0.4 contacto = 24V, no contacto = 0V Final carrera ascensor abajo Entrada I0.5 contacto = 24V, no contacto = 0V Contactor subida motor Salida Q0.0 24V = giro, 0V = paro Contactor bajada motor Salida Q0.1 24V = giro, 0V = paro El programa resuelto se muestra en la figura siguiente. Se pide: introducir en el autómata y probar su funcionamiento. I0.2 I0.0 I0.5 Q0.0 S 1 Si el ascensor está abajo y se pide que suba, se pone en marcha el motor de subida I0.4 Q0.0 R 1 Si el ascensor llega arriba, se detiene el motor de subida I0.3 I0.1 I0.4 Q0.1 S 1 Si el ascensor está arriba y se pide que baje, se pone en marcha el motor de bajada I0.5 Q0.1 R 1 Si el ascensor llega abajo, se detiene el motor de bajada 21

22 EJERCICIO 2: PARADAS SUAVES PARA EL ASCENSOR Con el objeto de conseguir unas paradas más suaves, se introducen dos nuevos sensores de fin de carrera, uno de ellos poco antes de que el ascensor alcance el piso superior y otro de ellos poco antes de que alcance el piso inferior. Además se añade un contactor que cambia el modo de alimentación del motor de triángulo (mayor tensión aplicada a los devanados) a estrella (menor tensión) para que en el último tramo del recorrido el ascensor circule más lentamente y de este modo la parada sea más suave. Las conexiones de los nuevos sensores y el nuevo contactor con las entradas y salidas del autómata se muestran en la tabla siguiente: Final carrera ascensor casi arriba Entrada I0.6 contacto = 24V, no contacto = 0V Final carrera ascensor casi abajo Entrada I0.7 contacto = 24V, no contacto = 0V Contactor estrella-triángulo Salida Q0.2 24V = triángulo, 0V = estrella Se pide: modificar el programa anterior para que contemple estos nuevos elementos y probar el resultado sobre el autómata. La representación del ascensor con los dos nuevos sensores instalados se puede consultar en la figura siguiente: motor Final de carrera ascensor abajo Final de carrera ascensor casi abajo contrapeso SEGUNDA PLANTA LL Llamada arriba ascensor botón subir botón bajar Final de carrera ascensor casi arriba Final de carrera ascensor arriba PRIMERA PLANTA LL Llamada abajo 22

23 EJERCICIO 3: CONTROL DE BARRERA DE GARAJE La figura siguiente muestra una barrera de entrada a un garaje que se desea automatizar: final de carrera barrera arriba final de carrera barrera abajo pulsador sensor de paso de vehículo motor barrera Las conexiones de sensores y actuadores al autómata son las siguientes: Pulsador apertura barrera Entrada I0.0 pulsado = 24V, suelto = 0V Final carrera barrera abajo Entrada I0.1 contacto = 24V, no contacto = 0V Final carrera barrera arriba Entrada I0.2 contacto = 24V, no contacto = 0V Sensor paso vehículo Entrada I0.3 vehículo = 24V, no vehículo = 0V Contactor motor bajada barrera Salida Q0.0 24V = marcha, 0V = paro Contactor motor subida barrera Salida Q0.1 24V = marcha, 0V = paro El funcionamiento del sistema debe ser el siguiente: al apretar el pulsador, la barrera se levanta hasta llegar al punto más alto (detectado por un final de carrera); cuando el vehículo ha atravesado la barrera (detectado por el sensor situado sobre el asfalto) la barrera se cierra hasta llegar al punto más bajo (detectado por el otro final de carrera). Se pide: desarrollar el programa y probarlo sobre el autómata. 23

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