ITESM Campus Monterrey Depto. de Ing. Eléctrica Laboratorio de Teleingeniería Práctica 2: Operaciones Binarias Objetivo: Comprender las operaciones lógicas básicas, como las compuertas AND, OR, y NOT. Aplicar las operaciones binarias para automatizar un proceso. Introducción: Las siguientes instrucciones son consideradas como las bases de la programación en Step 7. Al hablar de una señal encendida, se refiere a que dicha señal se encuentra en el estado lógico 1. Por otro lado, una señal apagada se refiere a una señal de estado lógico 0. Tipos de lenguaje: SIMATIC Manager cuenta con tres tipos de programación: Diagrama de escalera (LAD) Lenguaje Estructurado (STL) Diagrama de Bloques (FBD) Los cuales pueden utilizarse indistintamente, pues las operaciones que se realizan son las mismas. La elección del tipo de programación es cuestión de familiaridad. Al utilizar el software de SIMATIC Manager, se puede cambiar el tipo de programación. Una vez que se ha creado un Bloque de Organización (OB), desde esa ventana se selecciona View del menú superior, y elegir la opción LAD, STL, o FBD. De igual manera, se pueden presionar las teclas Ctrl+1 para LAD, Ctrl+2 para STL, y Ctrl+3 para FBD. Asignación simple La asignación simple (=) entrega el resultado de una operación lógica (RLO) de la operación anterior, y la asigna al siguiente operando. La figura 1 muestra un ejemplo de una asignación simple para los tres diferentes lenguajes de programación. Si la señal de entrada I 0.0 es activada, la señal de salida Q 0.0 se activará. En caso de que la señal de entrada se encuentre desactivada, la señal de salida no se activará. Práctica 2: Operaciones Binarias 1 / 8
Figura 1. Asignación simple Operación AND Este tipo de operación consiste en dos o más contactos conectados en serie. En la figura 2 se muestra el ejemplo: la salida Q 0.0 se encenderá (tendrá el estado 1) en caso de que todas las señales de entrada se encuentren encendidas (tengan una señal de 1) a la vez. Si una señal de entrada se encuentra apagada (estado 0), la salida se mantendrá apagada (0). Figura 2. Operación AND Operación OR Este tipo de operación consiste en dos o más contactos conectados en paralelo. La figura 3 muestra las señales I 0.2 e I 0.3, las cuales habilitan a la señal de salida Q 0.1. En caso de que cualquiera de las señales de entrada se encienda, la señal de salida se activará. Para que la señal de salida se encuentre desactivada, ambas señales de entrada deberán permanecer desactivadas. Figura 3. Operación OR Operación AND OR La operación AND OR (AND BEFORE OR en ingles) consiste en realizar una configuración en paralelo de varios contactos en el diagrama. En la figura 4 se muestra que la salida 0.1 tendrá una señal lógica de 1, si todos los contactos de al menos una rama se encuentran encendidos. La primera función AND (I 0.0, I 0.1) es independiente de la segunda función AND (I 0.2, I 0.3) gracias a la función OR. En la representación STL, la operación AND OR se escribe sin paréntesis. Sin embargo, las ramas paralelas del circuito deben separarse por el carácter O (Función OR). Práctica 2: Operaciones Binarias 2 / 8
En este tipo de operación, las compuertas AND tienen mayor prioridad y siempre se ejecutarán antes que las compuertas OR. Figura 4. Operación AND OR Operación OR AND La operación OR AND (OR before AND en ingles) corresponde a una conexión de contactos en serie unidos en paralelo. Con este tipo de combinación, la salida 1.0 se enciende si al menos uno de los contactos de cada columna se encuentra activado. Figura 5. Operación OR AND Práctica 2: Operaciones Binarias 3 / 8
Operación OR Exclusivo (XOR) Esta operación es similar a la operación AND OR, con la diferencia de utilizar dos contactos diferentes para cada rama (uno normalmente abierto, y el otro normalmente cerrado). Según la figura 6, la salida 1.0 será activada sólo si uno de los contactos se encuentra activado. En caso de que ambos contactos se activen, la señal de salida no se encenderá. Figura 6. Ejemplo de OR Exclusivo Bobinas Set Este tipo de bobinas se activan sólo cuando el resultado de una operación lógica (RLO) en una serie de instrucciones es igual a 1. Si la RLO es 1, la dirección especificada en la bobina tiene un valor de 1. Si la RLO es 0, no hay efecto alguno en el estado actual de la bobina, y la dirección permanece sin cambios. La figura 7 muestra un ejemplo de cómo utilizar este tipo de bobinas: el estado de la señal Q 4.0 es 1, si existe cualquiera de las siguientes condiciones: El estado de las entradas I 0.0 e I 0.1 es 1. El estado de la entrada I 0.2 está desactivada. En caso de que no se cumpla ninguna de las condiciones mencionadas, la RLO es 0, y la señal de la salida Q 4.0 permanece sin cambios. Figura 7. Uso de la bobina SET Bobinas Reset Este tipo de bobinas se activan sólo cuando el resultado de una operación lógica (RLO) en una serie de instrucciones es igual a 1. Si la RLO es 1, se reinicia la dirección especificada en la bobina con un valor de 0. Si la RLO es 0, no hay efecto alguno en el estado actual de la bobina, y la dirección Práctica 2: Operaciones Binarias 4 / 8
permanece sin cambios. La figura 8 muestra un ejemplo de cómo utilizar este tipo de bobinas: el estado de la señal Q 4.0 se reinicia a 0, si existe cualquiera de las siguientes condiciones: El estado de las entradas I 0.0 e I 0.1 es 1. El estado de la entrada I 0.2 está desactivada. En caso de que no se cumpla ninguna de las condiciones mencionadas, la RLO es 0, y la señal de la salida Q 4.0 permanece sin cambios. Figura 8. Uso de la bobina RESET Funciones de almacenamiento Si la señal de entrada conectada a la terminal S (Set) tiene un estado lógico de 1, se activará la señal de salida de la función. Si la señal de entrada conectada a la terminal R (Reset) tiene un estado lógico de 1, se desactivará la señal de salida de la función. Una señal lógica de 0 no realiza cambio alguno en la señal de salida. En caso de tener una señal lógica de 1 tanto en la entrada S y en la entrada R, la función se activará o desactivará según la configuración realizada: Dominante Set o Dominante Reset. La figura 9 muestra una configuración Dominante Reset. En caso de que las entradas de Set y Reset sean encendidas al mismo tiempo, la señal de salida permanecerá apagada. Figura 9. Asignación Dominante Reset La figura 10 muestra una configuración Dominante Set. En caso de que las entradas de Set y Reset sean encendidas al mismo tiempo, la señal de salida permanecerá encendida. Práctica 2: Operaciones Binarias 5 / 8
Figura 10. Asignación Dominante Set Creación de una memoria auxiliar La memoria auxiliar es otra herramienta útil para el manejo de estados en un proceso. Consiste en habilitar una memoria de bit en el programa (utilizarla como una señal de salida en un escalón), y utilizarla como una variable más (utilizarla como una señal de entrada en un escalón). Esto es útil para evitar posibles conflictos al momento que se encienden varias entradas, pues una combinación de entradas puede encender varias salidas a la vez. La figura 11 muestra un fragmento de un programa, en donde se enciende una memoria interna y se utiliza en el siguiente escalón. Para este ejemplo, es necesario agregar un escalón en donde se utilice una bobina RESET para la memoria M100.3 (con sus respectivas condiciones de entrada). Figura 11. Uso de una memoria auxiliar Práctica 2: Operaciones Binarias 6 / 8
Detección de Transiciones Este tipo de operación permite mantener el RLO solo en un ciclo de ejecución cuando la señal cambia de estado positivo o negativo de acuerdo al tipo de transición que se desea detectar. Esta función necesita de un espacio de memoria para guardar la información del estado previo encontrado en el ciclo de ejecución anterior. Figura 12. Detección de Transiciones Si la entrada I1.0 cambia de bajo a alto, cuando se utiliza la función para transiciones positivas el RLO estará en alto durante un ciclo de reloj, el valor actual es guardado en la memoria M1.0 y Q4.0 estar encendido solamente un ciclo de ejecución. Práctica 2: Operaciones Binarias 7 / 8
Descripción del ejercicio.- Controlar el registro y llevar solamente una pieza a la mesa 2. Para este ejercicio se trabajará con el registro para lograr su control óptimo y con el pistón de la mesa 2. El usuario deberá de programar una rutina la cual le permita sacar la pieza que está en el almacén y deberá de transportar la pieza hasta el pistón 1 y colocarla en la mesa 1 validando que la mesa este libre. Descripción dinámica y estáticas de los sensores del registro, pistones y mesas: El registro cuenta con los sensores llamados Conveyor chain y Light barrier register storage. El Conveyor chain es un sensor inductivo normalmente abierto el cual se activa cuando en su cercanía hay presencia de material férrico a una distancia no mayor de 5 mm, su tiempo de respuesta es de 10 ms. Ligth barrier register storage es un sensor el cual consta de un receptor y un emisor de luz, es normalmente cerrado, su distancia máxima de funcionamiento es de 40 cm, la luz que emite es infraroja de 880 Nm (nanómetros) y tiene un tiempo de respuesta de 10 ms. Los pistones y las mesas cuentan con los sensores llamados pusher in work position, pusher in home position, pusher engaged y reflection ligth switch place. Los sensores pusher in work y pusher in home son transductores de contacto mecánico normalmente cerrados, los cuales tienen un tiempo de respuesta aproximadamente de ½ segundo. El sensor pusher engaged es un transductor capacitivo el cual tiene un rango de medición de 4 mm y su tiempo de respuesta es de 4 ms, es un sensor normalmente abierto. El sensor reflection ligth switch es un transductor por reflexión de luz el cual tiene un diámetro de captación de 11 mm y un rango de medición de 30mm, adicionalmente su tiempo de respuesta es de 10 ms. Funcionamiento: Es necesario considerar las propiedades dinámicas, estáticas de los transductores y realizar un análisis del funcionamiento de la planta en base a los actuadores y sensores, se realizara un programa el cual debe de tener las siguientes funciones básicas: En el registro deberán de estar solo una pieza (cualquier color), la cadena deberá de transportar la pieza hacia la banda. La banda transportadora y la cadena se prenderan cuando se detecte pieza en el registro. La banda transportadora llevara la pieza hasta el pistón 2. Cuando el pistón detecte la pieza, la banda y la cadena deberán detenerse. Se deberá de validar que la mesa 2 se encuentre desocupada antes de que el pistón 2 empuje la pieza hacia la mesa. Si la mesa está desocupada se podrá hacer el trabajo (llevar la pieza a la mesa activando el pistón). Si la mesa está ocupada no deberá de realizarse el trabajo del pistón y se detendrá el proceso hasta que se libere la mesa. El proceso de automatización deberá de ejecutarse cualquier cantidad de ocasiones. Deberá de probar el correcto funcionamiento del ejercicio en el emulador (Maquina Virtual) del modelo. Solo lo podrá cargar su ejercicio al PLC real cuando el Instructor lo permita ya que ya haya sido validado el correcto funcionamiento de la tarea de automatización, de otra manera en caso de error se penalizara la práctica con 20 puntos. Práctica 2: Operaciones Binarias 8 / 8