1. El autómata programable: ciclo de funcionamiento, cableado y software de programación

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1 1. El autómata programable: ciclo de funcionamiento, cableado y software de programación Autómata o PLC: equipo electrónico de control con hardware independiente de la aplicación (habitualmente flexible), capacidad de conexión directa a las señales de campo y programable por el usuario. entra adas Interfaz entradas Fuente de alimentación bus interno Micro procesador Memoria de datos CPU Memoria de programa Memoria imagen e/s salidas Interfaz salid das 1 Basado en microprocesador + programa (ejecución secuencial) mano grifo MICRO-P PROGRAMA Nivel agua en vaso vista 2 1

2 Basado en microprocesador + programa Funcionamiento cíclico MICRO-P grifo Nivel agua en vaso PROGRAMA If h < max, Then Grifo:=1, Else Grifo:=0, end 3 Sistema a controlar Entradas (sensores) vista AUTÓMATA PROGRAMA Nivel agua en vaso Salidas (actuadores) grifo 4 2

3 Ciclo de funcionamiento del autómata programable tensión Comprobación hardware INICIALIZACIÓN Borrado de variables internas Puesta a cero del watchdog Comprobación conexiones y memoria Correcto? Lectura interfaz entrada Ejecución programa escritura interfaz salida Servicio periféricos error NO CICLO SCAN 5 Conexiones Los autómatas que tenemos tienen entradas de CC de 24 V y salidas a relé. Salidas a relé Aisladas eléctricamente robustas lentas micro Contactos relé Q0 salida cero Bobina relé COM común salidas Al activarse por programa la salida cero se activa el relé y se cierran los contactos 6 3

4 Salidas estáticas o a colector abierto micro Diodo LED (aislamiento i óptico) No sisladas éléctricamente frágiles rápidas Q0 salida cero transistor Transistor salida COM común salidas Al activarse por programa la variable salida cero se activa el transistor y el diodo led que activa el transistor de salida y se cierra entre E0 y COM. Sea como sea la salida, lo que tengo son dos contactos que pueden estar desconectados o conectados, a ellos conecto mis elementos (motor, bobina, robot.), yo debo proporcionar la fuente de alimentación. 7 Entradas, de corriente continua micro I0 entrada cero COM común entradas Al hacer pasar corriente entre I0 y COM se activa el diodo que activa el transistor interno y cambia el estado de la variable entrada0 en el micro. 8 4

5 Práctica 1: alimentación de entradas y salidas 24 Vcc Q2 Q1 Q0 COM (-) micro I2 I1 I0 COM (-) 24 Vcc Tengo que añadir fuentes de corriente 24Vcc para activar entradas y salidas. Los autómatas disponen de fuentes que pueden usarse para ello (sólo para salidas de baja potencia) 9 Software de programación Abrir icono CX-programmer (Omron-Cx-One) Archivo nuevo Tipo de dispositivo CP1L Tipo de CPU L 10 5

6 Autómatas CPM2, CPM2A Tipo de dispositivo CPM2* 11 Autómatas CPM1 Tipo de dispositivo CPM 1 Número de puntos 10, (número de entradas y salidas) 12 6

7 Para CP1L, CPM1 y CPM2 entrada Para CPM1 y CPM Para CP1L Salida 0 13 PLC trabajar online PLC transferencia a PLC 14 7

8 PLC modo de operación RUN (podemos ejecutar el programa en el autómata) PLC trabajar online (de nuevo, para salir de online y volver a editar) 15 ATENCIÓN!! Para poner una nueva línea de programa hay que abrirla antes cuidado con la bobina negada! Al encender se apaga, pero al apagar tb. se enciende 16 8

9 2. Programación en diagrama de contactos (ladder), áreas de memoria

10 19 variables básicas autómatas OMRON Entradas: 0.0, 0.1, 0.2 (para todos los PLC s) Salidas: , , para CP1L , para CPM1, CPM2 Variables de trabajo: W0.0, W0.1.para CP1L para CMP1 CPM

11 Memoria del OMRON CPM1 Memoria dividida en canales= conjuntos de 16 bits, los cuales están agrupados en diferentes zonas. Hay zonas de canales que se pueden acceder bit a bit y otras donde los canales se acceden sólo como canal completo. En algunas zonas es necesario poner letras para especificar la zona de memoria y luego un número que indica el canal y el bit, en otras (las más usadas) basta con el número de canal y bit. Ejemplo: XXX.YY bit YY del canal XXX (000.01, ) HRXXX.YY bit YY del canal XXX de la zona IR (Internal Relays) DM346 canal 346 de la zona de DM (Data Memory) que sólo se accede con canales completos. 21 Memoria del OMRON CPM1 Áreas de memoria IR- Internal Relays -- bits entradas, salidas y relés internos de trabajo SR - Special Relays -- indicadores del estado del autómata, utilidades. HR- Holding Relays -- bits de trabajo que retienen su estado. TR - Temporal Relays -- diagnóstico de programas complejos AR- Auxiliar Relays --señaladores recursos autómata. LR - Link Relays -- intercambio de datos entre autómatas TC - Temporizadores y Contadores -- gestión de temp. y cont. DM- Data Memory -- gestión de datos numéricos y parámetros de configuración del autómata

12 OMRON CPM1 Área IR: Internal Relays, bits de trabajo accesibles como bit o como canal (dependiendo de las instrucciones que utilicemos para acceder a ellos) bits entrada: canales 000 al 009, es decir bits: , etc. Sólo los 8 ó 10 primeros están conectados a las entradas reales del autómata, los otros pueden usarse como bits de trabajo. (En los bits conectados a las entradas yo no puedo escribir, son reflejo de las entradas físicas del autómata) t 23 OMRON CPM1 Área IR: Internal Relays, bits salida: canales 010 al 019, es decir bits: , etc. Sólo los 8 ó 10 primeros están conectados a las salidas reales del autómata, los otros pueden usarse como bits de trabajo. bits de trabajo: canales 200 al 231, es decir bits: , etc

13 OMRON CPM1 Área SR: Special Relays canales 232 a 255 (o bien SR232, ) bit siempre a ON bit siempre a OFF indicador de primer ciclo (FIRST SCAN) reloj 1 minuto (medio minuto ON medio OFF) reloj de 1 segundo indicador mayor que indicador igual que indicador menor que 25 OMRON CPM1 Área TC: Temporizadores y Contadores Área que se utiliza para gestionar temporizadores y contadores. Al asignar un temporizadores se le asigna un número que será la posición de memoria donde se almacenen sus datos en el área TC. Al compartir los temporizadores y los contadores esta área no se debe asignar el mismo número a un temporizador y a un contador. Se puede acceder como bit o como canal, y recibimos diferente información según cómo lo hagamos. TIM

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15 CP1L memoria 29 CP1L BITS ESPECIALES (Menú Ver símbolos global) 30 15

16 3. Automatismos combinacionales y secuenciales 31 FC0 FC1 Al pulsar M avanza. Cuando llega a FC1 retrocede. Al llegar a FC0 se para y espera a que volvamos a pulsar M

17 Enclavamiento de variables: biestables o memoria binaria Cómo puedo hacer que una variable guarde memoria de lo que ha pasado en la entrada? I:0.00 I: 0.01 Q: Q: I: 0.00 Q: I: Lógica combinacional? lógica secuencial? Combinacional: las salidas dependen de las variables de entrada, relaciones de algebra booleana Secuencial: las salidas dependen de las variables de entrada y del valor de las entradas en instantes anteriores. El estado del sistema guarda memoria de los cambios y se memoriza mediante variables de estado (variables internas). entradas Circuito Circuito combinacional combinacional estado actual Elementos de almacenamiento salidas salidas estado anterior 34 17

18 Biestables electrónicos Biestables eléctricos SET x +24 Vcc SET K 1 RSET Y RSET K 1 0 Vcc Biestables neumáticos Y SET RESET Presión 35 Biestables CX-ONE c.e. c.e. SET B RSET B c.e. : Condición de ejecución: si está activado se ejecuta la instrucción. B: bit de las áreas IR, SR, AR, HR, LR Si la c.e. Está a 1 B se pone a 1 y queda en ese estado hasta ser desactivado por otra función. Si c.e. Está a 1 B se pone a 0 y queda en ese estado hasta ser activado por otra función

19 Ejemplo: SET RSET

20 39 Biestables en Codesys 40 20

21 Detección de flancos Franco ascendente DIFU scan Franco descendente DIFD scan

22 43 Ejemplo: proceso de electrólisis 44 22

23 Automatismo secuencial Sistema cuyo funcionamiento emplea una secuencia de fases claramente diferenciadas, según un conjunto de reglas preestablecidas. El final de cada fase, determinado por una condición de transición lógica, da paso al inicio de la fase siguiente. Proceso de electrolisis -sube (una vez arriba) -avanza (una vez en posición) -baja (una vez abajo) -espera desengrase -sube -avanza -baja -espera en aclarado -sube -avanza -baja -espera en electrolito -sube -avanza 45 Jaula: -sube (una vez arriba) -avanza (una vez en posición) -baja (una vez abajo) -espera desengrase -sube -avanza -baja -espera en aclarado -sube -avanza -baja -espera en electrolito 0 inicio 1 SUBE arriba 2 AVANZA Posición desengrase 3 BAJA abajo 4 ESPERA Fin espera 5 6 SUBE arriba AVANZA Necesito guardar memoria del proceso 46 23

24 inicio SUBE final carrera arriba AVANZA Final carrera posición desengrase BAJA F.C. abajo ESPERA Temporizador Fin espera 5 SUBE F.C. arriba 6 AVANZA F.C. posición aclarado 6 SUBE F.C. arriba Estos dos avanza no son iguales Programación en GRAFCET Procesos secuenciales Procesos complejos No pretende minimizar el número de variables internas sino garantizar la fiabilidad y facilidad de test y mantenimiento

25 Elementos fundamentales del GRAFCET Etapas: asociadas a acciones a realizar, deben corresponder a actuaciones del sistema en las que la relación entre entradas y salidas sea puramente combinacional 4 etapa normal, identificada con un número 0 etapa inicial, se activa al comenzar el proceso Cada etapa tiene una variable lógica asociada Xi La etapa puede estar activa Xi=1, o inactiva Xi=0 49 Activación de las etapas iniciales Al ser GRAFCET secuencial tenemos que inicializar alguna etapa, si no el proceso no comienza. En el inicio etapas iniciales Xi =1 el resto a cero 0 PRIMER CICLO (FIRST SCAN) SET X 0 Se activa la etapa inicial en el primer ciclo, cuando el autómata se pone a RUN (una( forma de inicializar) X1 X2 Xn SET X 0 Se activa la etapa inicial cuando todas las otras están desactivadas (otra forma de inicializar) 50 25

26 Líneas de evolución entre etapas (por defecto hacia abajo) Condiciones de transición, condiciones lógicas necesarias para que finalice una etapa y se pase a la siguiente. Hay que guardar el orden etapa-transición-etapa-transición. i 6 CT i,i+1 A+ /b + c i+1 7 (A ó no-b o flaco de subida de c) Transiciones dependientes del tiempo 6 7 4s/x6 La condición de transición se activará al pasar cuatro segundos después de la activación de la etapa 6 (temporizador a la conexión activado en etapa6) 51 Reglas de evolución entre etapas GRAFCET En el arranque se activa la(s) etapa(s) inicial(es) y se desactivan todas las demás Una etapa se activa cuando está activa la anterior y se cumple la condición de transición entre ellas i i CT i,i+1 CT i,i+1 i+1 i+1 Una etapa se desactiva cuando se cumple la condición de transición con la etapa siguiente. El gráfico de evolución global GRAFCET debe ser siempre cerrado

27 Traducción a diagrama de contactos Una etapa se activa cuando está activa la anterior y se cumple la condición de transición entre ellas Parte secuencial del programa GRAFCET i i+1 CT i,i+1 X i CT i,i+1 SET X i+1 RSET X i 53 Acciones, asociadas a las etapas. Son la parte combinacional de GRAFCET. Las acciones se pueden asignar de varias maneras: Asignación directa o modo continuo (asignación al estado) La variable de salida está activa mientras el estado está activo y se desactiva cuando el estado se desactiva 8 Motor 1 B X8 Motor1 B Asignación en evento o modo enclavado. La variable de salida toma un valor y lo mantiene hasta que se le asigne otro valor (función SET/RESET) X8 8 Motor 1:=1 SET Motor

28 Acciones condicionadas, se ejecutan cuando se cumple una condición B 8 Motor 1 X8 B Motor1 Acción en la activación/desactivación de una etapa. Se ejecuta al activar/desactivar una etapa 8 contador:= contador contador:= contador Estructura básica de un programa GRAFCET Inicialización: gestión de arranques, paradas, fallos, etc. Arranque en frío: inicialización de un proceso automático sin guardar memoria de ninguna situación anterior. Arranque en caliente: inicialización de un automatismo cuando éste guarda memoria de una situación anterior. Parte secuencial Sucesión de acciones secuenciales, etapas. Parte combinacional (accionamientos), Acciones a realizar en cada etapa

29 Estructuras GRAFCET Secuencia lineal: sucesión etapa-transición-etapatransición En un momento dado, sólo puede existir una etapa activa en una secuencia lineal. Convergencia y divergencia O : procesos excluyentes (condición if-else ) Convergencia C y divergencia Y : procesos simultaneos 57 Convergencia y divergencia O Se utiliza cuando existen caminos alternativos de los cuales se escogerá únicamente uno, sólo los estados de ese camino estarán activos. 9 CT 8,9 CT 9,10 CT 9,20 CT 9, CT 19,40 CT 25, CT40,41 CT 37,

30 Divergencia O En ella se inician varias secuencias lineales, cada una de ellas con su propia condición de transición, situada después de la divergencia. Las condiciones de las diferentes ramas deben ser excluyentes, de forma que sólo una de ellas pueda activarse cada vez. X 9 CT 9,10 CT 8,9 SET X 10 9 CT 9,10 CT 9,20 CT 9, X 9 CT 9,20 RSET X 9 SET X 20 X 9 CT 9,30 RSET X 9 SET X 30 RSET X 59 9 Convergencia O Las secuencias lineales que se inician en una divergencia O, deben confluir en una divergenica O, aunque no necesariamente los caminos que se inician a la vez deben confluir a la vez. Caminos que se inician en una divergencia O no pueden confluir en una confluencia Y CT 19,40 25 C 25,40 37 CT 40,41 C 37,41 X 40 CT 40,41 SET X 41 RSET X X 37 CT 37,41 SET X 41 RSET X

31 Convergencia y divergencia Y Se utiliza cuando necesitamos que varios procesos se realicen simultáneamente y de forma independiente 8 9 CT 8,9 CT CT A CT B 61 Divergencia Y En ella se inician varias secuencias lineales, todas ellas con la misma condición de transición situada antes de la divergencia. 9 CT 9 X 9 CT 9 SET X SET X 20 SET X 30 RSET X

32 Convergencia Y Todas las ramas deben haber acabado para que se flanquee la convergencia Y, por ello suelen ser necesarios estados de espera. La condición de transición situada después de la divergencia se puede omitir. X 19 X 25 CT A SET X CT A RSET X 19 RSET X Macroetapas Una macroetapa es un conjunto de etapas agrupadas que se representan de forma resumida. Su expansión tiene una única etapa de entrada y una única etapa de salida. 8 9 M10 11 C 8 C 9 C 10 C 11 E10 a 10.1 b+/c 10.2 d S10 La expansión de una macroetapa debe tener sólo una etapa de entrada y una etapa de salida El flanqueo de la transición anterior (1) activa la etapa de entrada (E10) El flanqueo de la transición posterior (2) sólo se realiza si está activada la etapa de salida (S10) El flanqueo de la transición posterior (2) desactiva la etapa de salida (S10) 64 32

33 Macroetapas X 9 C 9 8 E10 SET XM 10 (1) (2) 9 M10 11 C 8 C 9 C 10 a 10.1 b+/c 10.2 d S10 XM 10 XS 10 C 10 SET XE 10 RSET X 9 SET X 11 C 11 RSET XS Macroetapas (1) (2) 8 9 M10 11 C 8 C 9 C 10 E10 a 10.1 b+/c 10.2 d S10 La definición inicial excluye que una expansión pueda ser llamada desde d dos macroetapas (usar la macroetapa como subrutina) pero se suele utilizar siempre que el programador se asegure de evitar conflictos de acceso, no dejando que dos macroetapas accedan a la vez a la misma expasión. C

34 9 10 C 8 C 9 Etapas cercadas (enclosures) Un conjunto de etapas pueden estar cercadas o incluidas en una etapa. 10 Las etapas cercadas por otra sólo pueden tener activas sus etapas mientras esté activa la etapa 8 80 cercadora (X10) 11 C a b+/c d Si la etapa cercadora está activa, al menos una de las etapas de su cercado debe estar activa C 11 G1 67 Etapas cercadas (enclosures) Un conjunto de etapas pueden estar cercadas o incluidas en una etapa C 8 C 9 C a b+/c d Al activarse la etapa cercadora (X10) se activa la primera etapa de su cercado (X80) Al desactivarse la etapa cercadora (X10) se desactivan todas las etapas de su cercado (X80, X81, X82, X83) C 11 G

35 Etapas cercadas (enclosures) Una etapa puede cercar varios esquemas GRAFCET C 8 C a b+/c 11 C C m d 82 /m G1 G2 m 69 Las macroetapas y los cercados pueden anidarse C 8 C 9 C m 61 C /m a b+/c d G2 m G