Mdld Modelado y Programación de Sistemas de Eventos Discretos ón Piedrafi Área de Ingeniería de Sistemas y Automática Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial Universidad id dd de Zaragoza
Sistemas de eventos discretos En este mundo artificial existen nuevos desarrollos y artificios como son los sistemas de fabricación automatizados, redes de comunicaciones, sistemas de control de tráfico aéreo, sistemas de mando y control Muchos de estos sistemas, responden a una clase de sistemas dinámicos: los sistemas de eventos discretos (SED). Los SED son una clase de sistemas dinámicos cuyo comportamiento está gobernado por eventos discretos (pulsación de una tecla, activación de un sensor...) y su estado puede ser representado por un conjunto discreto devalores simbólicos. 5-2
Sistemas de eventos discretos Los eventos ocurren asíncronamente e instantáneamente en instantes discretos de tiempo. El cambio de estado del sistema es una reacción a un evento discreto. Un evento es un suceso instantáneo que puede cambiar el estado del sistema. En un intervalo de tiempo finito no puede haber un número infinito de cambios de estado. 5-3
Sistemas de eventos discretos Un ejemplo de sistema de eventos discretos es el clásico controlador lógico programable (PLC) controlando una máquina secuencial. El PLC realiza la función de sistema de control de eventos discretos (SCED). EL SCED actúa a través de sus salidas sobre los actuadores de las máquinas, y recibe información del estado de la máquina y de los eventos que suceden en ella a través de los sensores. 5-4
Sistemas de eventos discretos En el diseño funcional de un SCED es necesario realizar ar la especificación de su comportamiento dinámico, es decir, la forma en que se generan las salidas, en respuesta a los eventos y al estado previo del sistema. Esta especificación puede ser desarrollada de diferentes formas y debe ser un modelo del funcionamiento deseado (y posible) del sistema. Pueden existir diferentes funcionamientos deseados para la misma máquina si las acciones o procesos a realizar son diferentes. 5-5
Concepto de Automatismo SALIDAS ACCIONADORES PREACCIONADORES CAPTADORES ENTRADAS ÓRDENES DE MANDO 5-6
Concepto de Automatismo ÓRDENES DE MANDO SALIDAS ENTRADAS Salidas = Función (Entradas, Órdenes de mando). 5-7
Concepto de Automatismo ÓRDENES DE MANDO SALIDAS ENTRADAS las salidas del automatismo son una función booleana combinatoria i de las Entradas y de las Órdenes de mando? 5-8
Concepto de Automatismo M A i d B las salidas del automatismo son una función booleana combinatoria i de las Entradas y de las Órdenes de mando? 5-9
Concepto de Automatismo M A i d B d = función1(m,a,b) i = función2(m,a,b) 5-10
Concepto de Automatismo d= M*Not (B)+M*A+M*Not (A)..????? La repuesta es que esa función buscada no existe. Las salidas de un automatismo normalmente no son funciones booleanas combinatorias de las entradas y las órdenes de mando (a menos que el propio automatismo sea combinatorio) Las salidas son función únicamente del estado del automatismo y las entradas y órdenes de mando sirven para que el automatismo cambie de estado. La máquina tiene tres estados: reposo, ir a derechas e ir a izquierdas. Se representarán los estados de la máquina mediante círculos y los saltos de estados mediante arcos orientados. 5-11
Grafo de estados Reposo A Izquierda M B Derecha Estando la máquina en reposo cuando el operador pulsa marcha el autómata pasa al estado Derecha. En el estado Derecha el autómata activa la salida d. El carro avanza hacia la derecha, toca el final de carrera B. El autómata cambia su estado a Estado Izquierda, activa la salida i y desactiva la salida d. El carro retrocede hacia la izquierda, toca el final de carrera A. El autómata cambia 5-12 su estado a Estado Reposo y desactiva la salida i.
Grafo de estados Q el estado del autómata. Q ant el estado anterior del autómata. S las salidas del autómata. E las entradas del autómata. S=f(Q). Las salidas son función del estado del autómata. Q=f(Q ant,e). A Reposo El estado es función del estado anterior y de las entradas. Izquierda M Derecha B 5-13
Implementación Programada Estado reposo Marca M 64.1 Etd Estado Derecha Marca M 64.2 Estado Izquierda Marca M 64.3 Pulsador de Marcha Entrada digital E 0.1 Final de Carrera B Entrada digital E 0.2 Final de Carrera A Entrada digital E 0.3 Salida Derecha Salida digital A1.1 Salida Izquierda Salida digital A1.2 5-14
Instrucción U M 64.1 Comentario El carrito está en reposo U E 0.1 El operador pulsa M Implementación Programada S M 64.2 Añadimos una marca al siguiente estado R M 64.1 Quitamos una marca del estado anterior U M 64.2 S A 1.1 El carrito va hacia la derecha U M 64.2 U E 0.2 El carrito toca el final de carrera B S M 64.3 Añadimos una marca al siguiente estado R M 64.2 Quitamos una marca del estado anterior U M 64.3 R A 1.1 1 El carrito deja de ir a la derecha S A 1.2 El carrito va hacia la izquierda U M 64.3 U E 0.3 S M 64.1 RM643 64.3 U M 64.1 R A 1.2 El carrito toca el final de carrera A Añadimos una marca al estado de reposo Quitamos una marca del estado anterior El carrito deja de ir a la izquierda 5-15
Implementación Programada Instrucción Comentario UE07 0.7 Inicialización i ió del estado dla del Autómata S M 64.1 R M 64.2. R M 64.3 5-16
M Ejercicio i1 d1 A B i2 d2 C D 5-17
Ejercicio R1 R2 M C B E1 D2 D A D1 D2 I1 I2 D D1 E2 B C A R1 I2 I1 R2 5-18
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Metodología para realizar los programas de Autómata Modelado del Sistema Adecuándose al funcionamiento de la máquina deseado, dibujar en primer lugar el grafo de estados de la máquina. Realizar la asignación de los objetos del autómata Asignar entradas digitales a los captadores Asignar entradas digitales it o bits de memoria a los mandos Asignar salidas digitales a los accionadores. Asignar bits de memoria a los estados del autómata. 5-24
Metodología para realizar los programas de Autómata Programación de los saltos de estado Se deben programar todos los saltos de estado del grafo de estados. Se puede hacer en cualquier orden. La forma genérica de hacerlo es: Si el estado anterior está activo y la condición de salto es verdadera se hace un Set sobre el estado siguiente y un Reset sobre el estado anterior. Lenguaje lista de Instrucciones U Estado anterior U condición de salto S estado siguiente R Estado anterior Instrucción Comentario U M 64.2 El carrito va hacia la derecha U E 0.2 El carrito toca el final de carrera B. S M 64.3 Se activa el estado izquierda R M 64.2 Se desactiva el estado derecha. 5-25
Metodología para realizar los programas de Autómata Lenguaje L j de contactos 5-26
Metodología para realizar los programas de Autómata Lenguaje L j Literal lestructurado IF estado_anterior anterior AND Condición_ salto THEN SET estado_siguiente; RESET estado_anterior; END_IF; 5-27
Metodología para realizar los programas de Autómata Programación de las salidas Activación y desactivación mediante Set y Reset Instrucción U M 64.3 R A 1.1 S A 1.2 Comentario Estado izquierda El carrito deja de ir a la derecha. El carrito va hacia la izquierda. 5-28
Metodología para realizar los programas de Autómata Programación de las salidas Estados en paralelo Los estados en los que está activa la salida se programan como condiciones en paralelo que activan la salida. En lenguaje literal estructurado: Derecha1:= D1D2 OR D1E2; Derecha2:= D1D2 OR E1D2; Izquierda1:= I1I2 OR I1R2; Izquierda2:= I1I2 OR R1I2; 5-29
Metodología para realizar los programas de Autómata En lenguaje de contactos: 5-30
Metodología para realizar los programas de Autómata En lenguaje de contactos: 5-31
Metodología para realizar los programas de Autómata Atención La programación mediante estados en paralelo simplifica bastante el código y agrupa la programación de las salidas. Sólo debe existir una bobina en lenguaje de contactos o una asignación en lenguaje literal estructurado para cada salida. Si una salida se programa de la siguiente forma: Derecha1:= D1D2; Derecha1:= D1E2; Sobreescritura de salidas!!!! Es incorrecto, el programa funciona como si sólo se hubiera programado la última línea. Recuerde el lector la forma de ejecutar el ciclo del autómata. En lenguaje de contactos: 5-32
Metodología para realizar los programas de Autómata La inicialización del estado del autómata se ha realizado mediante una entrada digital, en los autómatas existen bits de sistema que se activan o bloques de programa que se ejecutan cuando el autómata pasa de STOP a RUN, o bien cuando sucede un arranque en frío o un rearranque en caliente. 5-33
Ejercicio Electrovávula C2AB Pulsador M Cilindro2 Presostato P Electrovávula C1D Cilindro 1 Electrovávula C1I Electrovávula C2AR Pieza Final de carrera fc2s Taladro T Final de carrera fc2i Final de carrera fc1i 5-34
Configuración Hardware 5-35
Asignación Objetos del Autómata 0 Reposo M 1 C1D fc1i 2 P C2AB T fc2i 3 C2AR T fc2s 4 Ci1 5-36
Programa en Literal Estructurado! (* Programación de los saltos de estado *) IF %M0 AND %I1.0 THEN IF %M4 AND %I1.2 THEN SET %M1; SET %M0; RESET %M0; RESET %M4; END_IF; END_IF; IF %M1 AND %I1.1 THEN SET %M2; RESET %M1; END_ IF; IF %M2 AND %I1.4 THEN SET %M3; RESET %M2; END_IF; IF %M3 AND %I1.3 THEN SET %M4; RESET %M3; END_IF; 5-37
Programa en Literal Estructurado!(* Activación de las salidas *) %Q2.0:=%M1; %Q2.1:=%M4; %Q2.2:=%M2; 2 %M2 %Q2.3:=%M3; %Q2.4:=%M2 OR %M3;! (* Inicialización del estado del autómata *) IF %S0 OR %S1 OR %S13 OR %I1.5 THEN SET %M0; RESET %M1; RESET %M2; RESET %M3; RESET %M4; END_ IF; 5-38
Programa en Literal Estructurado!(* Programación de los saltos de estado *) IF Reposo AND Marcha THEN IF Cilindro1retrocede AND Fc1i SET Cilindro1avanza; THEN RESET Reposo; SET Reposo; END_IF; RESET Cilindro1retrocede; IF Cilindro1avanza AND Presostato_p END_IF; THEN SET Taladrobaja; RESET Cilindro1avanza; END_IF; IF Taladrobaja AND Fc2i THEN SET Taladrosube; RESET Taladrobaja; END_IF; IF Taladrosube AND Fc2s THEN SET Cilindro1retrocede; RESET Taladrosube; END IF; 5-39
Programa en Literal Estructurado! (* Activación de las salidas *) C1d:=Cilindro1avanza; C1i:=Cilindro1retrocede; C2ab:=Taladrobaja; b C2ar:=Taladrosube; Taladro:=Taladrobaja OR Taladrosube;! (* Inicialización del estado del autómata *) IF %S0 OR %S1 OR %S13 OR Inicialización THEN SET Reposo; RESET Cilindro1avanza; RESET Taladrobaja; RESET Taladrosube; RESET Cilindro1retrocede; END_ IF; 5-40
MLimitaciones de los grafos de estados i1 d1 A B C i2 d2 D i3 d3 E F 5-41
R123 M M i1 d1 D123 A B B D F E1D23 D1E2D3 D12E3 C E i3 d3 i2 d2 D F D B F B F D E12D3 E1D2E3 D1E23 F D B I123 A C E R1I23 I1R2I3 I12R3 C A E A E C R12I3 R1I2R3 I1R23 E C R123 A 5-42
Modelos de sistemas con Redes de Petri. reposo M A i d B A M derecha B izquierda 5-43
Modelos de sistemas con Redes de Petri. M A i1 d1 i2 d2 B r1 d1 B e1 M r2 d2 D e2 C D i1 i2 A C 5-44
Modelos de sistemas con Redes de Petri. M i1 d1 A C i2 d2 B D r1 d1 B e1 r2 d2 D e2 M r3 d3 F e3 i3 d3 i1 i2 i3 E F A C E 5-45
Red de Petri. Cuatro carritos r1 r2 r3 d1 d2 M d3 B e1 D e2 F e3 i1 i2 i3 A C E 5-46
Implementación programada.red de Petri dos carritos. Lugares Salidas Entradas Lugar r1- M64.1 Salida d1- A1.1 Pulsador M- E0.1 Lugar r2- M65.1 Salida i1- A1.2 Final de Carrera A- E0.2 Lugar d1- M64.2 Salida d2- A1.3 Final de Carrera B- E0.3 Lugar d2- M65.2 Salida i2- A1.4 Final de Carrera C- E0.4 Lugar e1- M64.3 Final de Carrera D- E0.5 Lugar e2- M65.3 Lugar i1- M64.4 Lugar i2- M65.4 5-47
Instrucción Comentario U M 64.1 El carrito 1 está en reposo Implementación U M 65.1 programada.red El carrito 2 está en reposo de Petri dos carritos. U E 0.1 Se activa el pulsador M S M 64.2 El carrito 1 va hacia la derecha S M 65.2 El carrito 2 va hacia la derecha R M 64.1 Se desactivan los estados anteriores R M 65.1 U M 64.2 El carrito 1 va hacia la derecha U E 0.3 Toca el final de carrera B S M 64.3 El carrito 1 espera R M 64.2 U M 65.2 El carrito 2 va hacia la derecha U E 0.5 S M 65.3 R M 64.2 Toca el final de carrera D El carrito 2 espera 5-48
U M 64.3 Han llegado los dos carritos U M 65.3 UE03 0.3 Implementación U E 0.5 programada.red de Petri dos carritos. S M 64.4 El carrito 1 va hacia la izquierda S M 65.4 R M 64.3 El carrito 2 va hacia la izquierda Se desactivan los estados anteriores R M 65.4 U M 64.4 El carrito 1 va hacia la izquierda UE0.2 El carrito llega al final de carrera A S M 64.1 Añadimos una marca al estado de reposo RM644 64.4 Quitamos una marca del estado anterior U M 65.4 U E 0.4 S M 65.1 El carrito 2 va hacia la izquierda El carrito 2 llega al final de carrera C Añadimos una marca al estado de reposo R M 65.4 Quitamos una marca del estado anterior 5-49
U M 64.2 = A1.1 derecha 1 Activación de las salidas Implementación programada.red de Petri dos carritos. U M 65.2 = A1.3 derecha 2 U M 64.4 = A1.2 izquierda 1 U M 65.4 = A1.4 izquierda 2 U E 0.7 S M 64.1 R M 64.2 R M 64.3 R M 64.4 S M 65.1 R M 65.2 R M 65.3 R M 65.4 Inicialización del programa 5-5050
Implementación programada.red de Petri dos carritos. U M 64.3 Han llegado los dos carritos U M 65.3 U E 0.3 captador B U E 0.5 S M 64.4 S M 65.4 R M 64.3 R M 65.4 captador D El carrito 1 va hacia la izquierda El carrito 2 va hacia la izquierda Se desactivan los estados anteriores U M 64.3 Han llegado los dos carritos U M 65.3 S M 64.4 El carrito 1 va hacia la izquierda. S M 65.4 El carrito 2 va hacia la izquierda. R M 64.3 Se desactivan los estados anteriores R M 65.4 5-5151
Ejercicio M1 Máquina 1 Productor Almacén Máquina 2 Consumidor M2 5-52 52
CE O H PE A EXT DEP FEXT FDEP C P FC FP 5-53 53
Contadores en Literal Estructurado Operación función Preset Carga en el contador su valor de preset Reset Pone a cero un contador Up Incrementa uno. Down Decrementa uno. Variable función %Ci.P Valor de preset del contador. Es una palabra de 16 bits %Ci.V Valor actual del contador. Es una palabra de 16 bits. 5-5454
! IF Consumidorespera AND Objetos.V>0 AND Almacén THEN SET Consumidorextrae; RESET Consumidorespera; RESET Almacén; DOWN Objetos; END_IF;! IF Consumidorextrae AND Finextraccion THEN SET Consumidorconsume; RESET Consumidorextrae; SET Almacén; UP Huecos; END_IF;! IF Consumidorconsume AND Finconsumo THEN SET Consumidorespera; RESET Consumidorconsume; END_IF; 5-5555
! IF Productorespera AND Huecos.V>0 AND Almacén THEN SET Productordeposita; RESET Productorespera; RESET Almacén; DOWN Huecos; END_IF;! IF Productordeposita AND Findeposito THEN SET Productorproduce; RESET Productordeposita; SET Almacén; UP Objetos; END_IF;! IF Productorproduce AND Finproduccion THEN SET Productorespera; RESET Productorproduce; END_IF; 5-5656
! IF %S0 OR %S1 OR %S13 OR Inicialización THEN SET Consumidorespera; PRESET Objetos; RESET Huecos; SET Almacén; SET Productorespera; RESET Consumidorextrae; RESET Consumidorconsume; RESET Productordeposita; RESET Productorproduce; END_IF; 5-5757
!IF Reglaje THEN Objetos.P:=%MW10; PRESET Objetos; Huecos.P:=4-%MW10; PRESET Huecos; END_IF; 5-5858
c1 c2 cinta 1 cinta 2 M1 ASEA M2 robot 1 Ejercicio cinta 3 cinta 4 c3 c4 robot 2 M3 M4 M3 M4 cinta 5 5-5959
C1 C2 M1 M2 CINTA1 EN MARCHA CINTA1 PARADA ROBOT1 CINTA2PARADA CINTA2 EN MARCHA ROBOT1 DE CINTA1 A MAQUINA1 ROBOT1 DE CINTA2 A MAQUINA2 MAQUINA1 TRABAJANDO OBJETO PARA DEPOSITAR EN CINTA 3 MAQUINA2 TRABAJANDO OBJETO PARA DEPOSITAR EN CINTA 4 EJEMPLO DE SISTEMA Y RED DE PETRI ASOCIADA c1 c2 cinta 1 cinta 2 M1 M2 ROBOT1 A CINTA3 ROBOT1 A CINTA4 cinta 3 robot 1 cinta 4 5-60
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