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PLCs
Tema 5
Sesión 3
Controladores Lógicos Programables
PLC5.1 Partes de un PLC
Numeración de I/O
Numeración de acuerdo a la dirección lógica de la entrada o salida.
I = Entradas
Q = Salidas
El primer digito identifica al Byte y el segundo digito al bit.
Modos de Operación
RUN : El PLC ejecuta el programa.
TERM : La PC de programación puede seleccionar el modo de operación (RUN o STOP).
STOP : Se detiene la ejecución del programa.
Ajuste Analógico
Se utiliza para incrementar o decrementar valores de la memoria especial. Estos valores pueden utilizarse para variar contadores o establecer limites de control.
Conexión de Cartuchos- Cartuchos de memoria EEPROM para respaldo de programa.
- Cartucho de reloj de tiempo real con batería.
- Cartucho de batería de respaldo.
Indicadores de Estado
RUN : Se enciende verde cuando está en modo RUN.
STOP : Se enciende amarillo cuando está en modo STOP.
SF/DIAG : System Fault / Diagnostics se enciende rojo cuando hay una falla de sistema, se enciende amarillo para indicar diagnósticos.
Puerto de Conexión de Módulos de Expansión
Alimentación del PLC
Modelos Alimentados con 24VDC
Modelos Alimentados con 120/230VAC
Consideraciones de diseño para seleccionar un PLC
• Tipo y cantidad de entradas y salidas requeridas
• Capacidad de procesamiento (Set de instrucciones) y memoria del CPU
• Voltaje de alimentación del CPU
• Velocidad de procesamiento del CPU
• Puertos de comunicación disponibles
• Capacidad de expansión
Familia SIEMENS STEP 7
S7-200
Es un micro PLC debido a su tamaño, su aplicación es en pequeñas aplicaciones independientes y en aplicaciones industriales de mediana complejidad.
S7-300 y S7-400
Son PLCs que se utilizan en aplicaciones de mayor complejidad, esto debido a su mayor capacidad de entradas y salidas.
Familia SIEMENS
STEP 7 - 200Existen 5 tipos de CPUs de la familia S7-200 :
CPU 221
CPU 222
CPU 224
CPU 224XP
CPU 226
Cada tipo tiene dos configuraciones de alimentación.
5.2 Módulos de Expansión
Módulos de Expansión Digitales
EM 221 EM 222 EM 223
Configuración de Entradas y Salidas
Especificaciones Eléctricas de las Entradas
Especificaciones Eléctricas de las Salidas
EM 221
Entradas Digitales
EM 222
Salidas Digitales
EM 222
Salidas Digitales
EM 223
I/O Digitales
EM 223
I/O Digitales
EM 223I/O Digitales
Módulos de Expansión Analógicos
EM 231 EM 232 EM 235
Módulos de Expansión Analógicos
Tipos de Conexión
PLCA IN
+ -
+ -SUP
A Out+ -
Instrumento
+ -
Fuente 24 VDC
PLCA IN
+ -+ -
Instrumento
+ -
Fuente 24 VDC
Lazo Cerrado
Especificaciones Eléctricas de las Entradas
Especificaciones Eléctricas de las Salidas
Configuración de Entradas y Salidas
Configuración de Entradas y Salidas
Calibración de Módulos Analógicos de Entrada
La calibración afecta todos los canales de entrada.
-Desenergice el modulo y seleccione con los switches el rango de entrada deseado.
- Encienda el CPU y el modulo, espere 15 min. para estabilización.
- Utilizando una fuente de voltaje o corriente, aplique un señal de valor 0 a una de las entradas.
- Lea el valor reportado por el CPU.
- Ajuste el potenciómetro OFFSET hasta que la lectura sea 0 o el valor deseado.
- Aplique una señal de valor de escala completa a una de las entradas y lea el valor reportado.
- Ajuste el potenciómetro GAIN hasta que la lectura sea 32000 o el valor deseado.
Calibración de Módulos Analógicos de Entrada
Configuración del Modulo EM 231
La configuración aplica a todas las entradas
Para que la configuración tenga efecto se debe apagar y prender el modulo
Configuración del Modulo EM 235
La configuración aplica a todas las entradasPara que la configuración tenga efecto se debe
apagar y prender el modulo
Recomendaciones de Instalación de Módulos Analógicos
- Asegurese que la fuente de alimentación de 24 VDC sea estable y libre de ruido.
- Asegurese que el cableado de los sensores sea lo más corto posible.
- Utilice cable par trenzado blindado para conectar los sensores.
- Corto circuite las entradas analógicas que no se utilicen.
- Evite que los cables tengan dobleces muy cerrados.
- Evite que los cables de señal estén paralelos a los de potencia, si deben encontrarse que sea en un ángulo recto.
- No se recomiendan los módulos EM 231 y EM 235 para termopares.
Definiciones
Exactitud : Diferencia entre el valor medido y el valor real.
Precisión : Especifica la repetibilidad de un conjunto de lecturas realizadas por un mismo instrumento.
La precisión NO garantiza la exactitud, la exactitud necesita de la precisión.
Resolución : Efecto de un cambio en el LSB sobre la salida.
Sensibilidad : Cambio incremental más pequeño que puede detectar un medidor.
Exactitud Vs. Precisión Resolución Vs. Sensibilidad
Módulos de Expansión para Medición de Temperatura
EM 231
Especificaciones Eléctricas
Conexión de Sensores
El modulo para termopar incluye un compensador de “Cold Junction”
Configuración del Modulo de Termopares
El tipo de Termopar aplica para todas las entradas
Configuración del Modulo de Termopares
Para que la configuración tenga efecto se debe apagar y prender el modulo
Indicadores del Modulo de Termopares
Configuración del Modulo de RTD
El tipo de RTD aplica para todas las entradas
Configuración del Modulo de RTD
Indicadores del Modulo de RTD
Se recomienda instalar una resistencia del valor nominal del RTD configurado en las entradas que no se utilicen
para evitar detección de circuito abierto.
Tarea 9
- Investigar los principios de operación y diferencias entre Termopares y RTDs.
- Investigar tipos de Termopares y RTD y sus características y aplicaciones.
- Investigar que es la compensación de punta fría (Cold Junction)
PLCs
5.4 Programación
Tema 5
Operación Básica de un PLC
y
Ciclo de Ejecución
- Lectura de Entradas : El PLC copia el estado físico de las entradas al registro de entradas.
-Ejecución : El PLC ejecuta el programa de control y guarda valores en diferentes áreas de memoria.
- Comunicaciones : El PLC procesa las peticiones de comunicaciones.
- Auto Diagnostico : El PLC revisa el estado del firmware, memoria de programa y módulos de expansión.
- Escritura de Salidas : Los valores almacenados en el registro de salidas son escritos en las salidas físicas.
Acceso a Datos
Se especifica la dirección, compuesta por el identificador del área de memoria, la dirección del byte y el numero de bit
Áreas de Memoria
Registro de Entradas I : El PLC copia el valor de las entradas físicas al inicio de cada ciclo de ejecución en este registro.
Registro de Salidas Q : El PLC copia los valores de este registro a las salidas físicas al final de cada ciclo de ejecución.
Memoria Variable V : Se utiliza para almacenar resultados intermedios de operaciones ejecutadas por la lógica de control, o cualquier otro dato relacionado al proceso.
Áreas de Memoria
Memoria Bit M : Se utiliza como relevadores lógicos de control para almacenar estados intermedios de una operación.
Timers T : Son temporizadores que cuentan en incrementos de 1, 10 o 100 ms, tienen relacionados dos valores, el valor actual y el bit de estado, este bit resulta de la comparación del valor actual y el valor preestablecido.
Contadores C : Hay tres tipos de contadores que cuentan cada transición de 0 a 1 en su entrada. Hay contador ascendente, descendente y en ambos sentidos.
Áreas de Memoria
High Speed Counters HC : Se utilizan para contar eventos de alta velocidad independientemente del barrido del CPU, su valor esta en formato Double Word 32 bits.
Acumuladores AC : Se utilizan como memoria, por ejemplo para pasar parámetros desde y hacia subrutinas y para almacenar valores intermedios usados en cálculos, El PLC cuenta con 4 acumuladores de 32 bits (AC0, AC1, AC2 y AC3)
Memoria Especial SM : Son un medio para comunicar información entre el CPU y el programa, por ejemplo indicador de primer ciclo de ejecución.
Tarea 10 : Investigar los bits SM y su función
Áreas de Memoria
Memoria Local L : Es similar a la memoria Variable (V) con la gran diferencia que la memoria (V) tiene un alcance global , es decir puede accesarse desde cualquier parte del programa (programa principal, subrutinas o interrupciones), La memoria Local (L) tiene un alcance limitado a una parte especifica del programa (programa principal, subrutinas o interrupciones) y no puede accederse desde otra parte. Esta área de memoria tiene un tamaño de 64 bytes.
Entradas Analógicas AI : En esta área de memoria se almacena el valor digital de una entrada analógica. Es de un tamaño de 16 bits, debido a esto siempre comienzan en bytes pares (AIW0, AIW2, AIW4)
Áreas de Memoria
Salidas Analógicas AQ : En esta área de memoria se almacena el valor digital de una salida analógica. Es de un tamaño de 16 bits, debido a esto siempre comienzan en bytes pares (AQW0, AQW2, AQW4)
Constantes
Direccionamiento de I/O Local y Expandida
La dirección de los puntos de entrada y salida de los módulos de expansión se determina en base al tipo de I/O y la posición del modulo de expansión en la cadena de conexión, con respecto al modulo del mismo tipo que lo precede.
Las entradas y salidas analógicas siempre reservan memoria por pares, si el modulo no tiene conexión física para una dirección lógica, esta dirección ya no es utilizada en otro modulo.
Almacenamiento y Restauración de Datos
- Memoria de Retención : Los datos no se pierden en un ciclo de encendido del PLC siempre y cuando el capacitor y la batería de respaldo no se encuentren descargados. Las áreas de memoria que pueden configurarse para que sean retenidas son V, M, Cuenta actual de Timers y Cuenta actual de Contadores.
- Memoria Permanente : Es memoria no volátil que se utiliza para almacenar el bloque de programa, el bloque de datos, el bloque de sistema, Forzamientos, área de memoria M configurada para almacenarse aun cuando hay perdida de energía (Solo los primeros 14 bytes MB0 – MB13).
- Cartucho de memoria : Es memoria no volátil removible que se utiliza para almacenar el bloque de programa, el bloque de datos, el bloque de sistema y Forzamientos.
Configuraciones Especiales
Configuración del Estado de Salidas Digitales y Analógicas en el modo Stop
Permite determinar si el estado de las salidas digitales o analógicas al detener el PLC será un estado predeterminado, o que mantengan el ultimo estado antes de la transición al modo STOP.
Esta configuración es parte del bloque de sistema que se carga en el PLC.
Esta configuración se realiza en el menú System Block Output Table
Configuraciones Especiales
Configuración de la Memoria de Retención
Se pueden configurar hasta 6 rangos de memoria para que mantengan su valor al apagar el CPU, esta configuración es aplicable a las áreas de memoria V,M,C y T. Para los timers solo aplica para los timers con retención (TONR).
Al habilitar la retención en el rango MB0 a MB13 habilita una característica especial que automáticamente guarda los datos de estas direcciones en la memoria permanente.
Esta configuración se realiza en el menú System Block, Retentive Ranges.
Configuraciones Especiales
Filtrado de Entradas Digitales y Analógicas
Esta configuración permite eliminar ruido en las entradas del PLC, se debe tener precaución al configurar estos filtros ya que se pueden perder señales de entrada.
Esta configuración se realiza en el menú System Block, Input Filters.
Configuraciones Especiales
Detección de Pulsos de Corta Duración
Permite detectar pulsos de corta duración al capturar y mantener el estado de una o varias entradas hasta el siguiente ciclo de actualización del registro de entradas.
Esta configuración se realiza en el menú System Block, Pulse Catch Bits.
Configuraciones Especiales
Contraseña
Esta configuración se realiza en el menú System Block, Password.
Configuraciones Especiales
Potenciómetros Analógicos
El valor de estos potenciómetros es almacenado en al área de memoria SM, SMB28 contiene el valor del potenciómetro 0 y SMB29 el valor del potenciómetro 1. El ajuste analógico tiene un rango de 0 a 255.
Estos valores pueden utilizarse en el programa para varios fines, un ejemplo es establecer el valor predeterminado de un timer.
Programación
Consideraciones de Seguridad
Identifique el equipo que requiere de lógica “cableada” para aspectos de seguridad. Los dispositivos de control pueden fallar produciendo condiciones de arranque u operación inesperadas. La operación incorrecta o inesperada de maquinaria puede resultar en dannos a personas o al equipo, se debe considerar el uso de paros de emergencia que operen independientemente del PLC.
Consideraciones :
-Identifique operación inesperada o incorrecta de actuadores peligrosos
-Identifique como afecta el energizar y desenergizar el PLC, así como cuando se producen errores.
-Diseñe paros de emergencia manuales o electromecánicos independientes del PLC que bloqueen operaciones peligrosas.
Elementos Básicos de un Programa
El bloque de programa esta integrado por el código ejecutable y los comentarios, el código ejecutable consiste del programa principal, subrutinas y rutinas de interrupción.
El Programa Principal contiene las instrucciones de control de la aplicación, el PLC ejecuta estas instrucciones de manera secuencial.
Las Subrutinas solo se ejecutan cuado son invocadas por el programa principal, una rutina de interrupción u otra subrutina. Son útiles cuando :
-Se ejecuta una función repetidamente, se evita reescribir código
-Reduce el tiempo de barrido del programa
-Se crea código portátil y reutilizable en otros proyectos, para ello se recomienda el uso del área de memoria (L)
Elementos Básicos de un Programa
Las Rutinas de Interrupción son invocadas por eventos de interrupción no por el programa principal. El PLC ejecuta las instrucciones en la rutina de interrupción solo cada ves que se presente el evento de interrupción.
Otros Elementos de un Programa
Bloque de Sistema : Permite configurar varias opciones de Hardware del PLC.
Bloque de Datos : Almacena el valor de las variables (V), se puede utilizar para ingresar valores iniciales.
Edición de un Programa
El STEP 7-Micro/WIN incluye tres editores para crear programas : Lógica Escalera (LAD), Listado de Enunciados “Statement List” (STL) y Digrama de Bloque de Funciones “Función Block Diagram” (FBD)
Edición de un Programa
Statement List (STL)
El editor muestra el programa como en un lenguaje basado en texto, las instrucciones de control se representan como nomónicos. Se requiere de un nivel de experiencia avanzado para utilizar esta opción de edición.
El editor STL puede utilizarse para ver o editar programas creados por el editor LAD o FBD, lo contrario no siempre es cierto.
Edición de un Programa
Lógica Escalera (LAD)
El editor muestra el programa como una representación grafica similar a un diagrama de cableado eléctrico. Permite emular el flujo de corriente de una fuente a través de una serie de condiciones de entrada lógicas que en su defecto habilitan condiciones lógicas de salida.
El riel vertical que se muestra a la izquierda se encuentra energizado, los contactos que se cierran permiten el paso de la corriente a través de ellos hacia el siguiente elemento, los contactos que se encuentran abiertos bloquean el flujo de corriente.
La lógica esta organizada en redes “Networks”, el programa ejecuta una red a la ves, de izquierda a derecha y de arriba abajo.
Edición de un Programa
Lógica Escalera (LAD)
Las tres formas básicas que se utilizan son :
-Contactos : Representan condiciones lógicas de entrada como botones, switches o condiciones internas.
-Bobinas “Coils” : Representan salidas como lamparas, arracadores, relevadores intermedios o condiciones de salida internas.
-Cajas : Representan instrucciones adicionales como contadores, timers o instrucciones matemáticas.
Edición de un Programa
Función Block Diagram (FBD)
Este editor despliega el programa como una representación de diagrama de compuertas lógicas, no existen contactos o bobinas, pero hay instrucciones equivalentes que aparecen como cajas.
Edición de un Programa
Direccionamiento Simbólico de Variables
La tabla de símbolos permite definir y editar un nombre simbólico a las variables. Una referencia simbólica utiliza una combinación de caracteres alfanuméricos para identificar una dirección de memoria.
Edición de un Programa
Monitoreo y Forzamiento
La tabla de estado “Status Chart” permite monitorear los valores de las variables de proceso en tiempo de ejecucion del programa, tambien permite forzar o cambiar los valores de las variables de proceso.
Simulador del PLC
y
STEP 7-Micro/WIN V3.1
PLCs
5.5 Micro PLC
Tema 5
Un Micro PLC es aquel que normalmente tiene un tamaño físico y memoria interna reducida, cuenta con pantalla y teclado integrados aunque hay versiones económicas que no lo incluyen.
Se programan con lenguaje escalera, aunque la tendencia es a programación gráfica por bloques de funciones, lo cual los hace muy amigables de programar y configurar.
Al igual que un PLC se les puede agregar módulos de expansión de I/O y comunicación aunque también con limitaciones.
Un Micro PLC es la solución ideal de bajo costo para aplicaciones de control pequeñas a medianas donde se requiere de una interfase con el usuario sencilla.
Modelos de la Familia Millenium 3 de Crouzet
Otras marcas:
Zelio Schneider
Logo! Siemens
Módulos de Expansión
de la Familia Millenium 3 de Crouzet
Conexión del Micro PLC
24 VDC
Modulo Modbus Crouzet XN03
40000+n+1
Modulo Modbus Crouzet XN03
AB
AB
Programación de Crouzet
Selección de PLC y Expansión
AB
Programación de Crouzet
Selección de Lenguaje de Programación
AB
Programación de CrouzetInterfase de Programación y Simulación
AB
Programación de CrouzetConfiguración de Programa
AB
Programación de CrouzetConfiguración de Modulo Modbus
AB
Programación de CrouzetOpciones de Programación del PLC
AB
5.6 Programación de OCS Horner
Tipos de Datos Soportados
AB
Áreas de Memoria
AB
Área de Memoria %SSystem Bits
AB
Área de Memoria %SRSystem Registers
AB
Conexiones
Alimentación
Puertos SerialesMJ1 : RS485 Half Duplex RS232 HandShakingMJ2 : RS485 Full y Half Duplex RS232 sin HandShaking
MJ1 comparte el puerto con modulos de expansión de comunicación, no esta disponible si se instala uno de ellos.
1,3 -> A / +
2,4 -> B / 1
AB
Conexión RS485 Half Duplex
AB
Conexiones I/O
AB
System Key
SYS+F1 (screen calibration)SYS+F2 hold for 3 seconds (Reset Unit) SYS+F3 (Manually initiates autoload)SYS+F4 (Clear memory) SYS+F5 during power-up (places unit in Firmware loader mode)Para el Xle es F1+ flecha arriba + ENT (Clear Memory)
En modelos pequeños presionar ↓ y ↑ simultáneamente
A
Configuración y ProgramaciónPantalla Principal
A
Configuración y ProgramaciónEdición de Pantallas
A
Configuración y ProgramaciónSelección de Equipo
A
Configuración y ProgramaciónConfiguración de I/O
Configuración y ProgramaciónConfiguración de Protocolo Modbus RTU
Configuración y ProgramaciónData Logger
Configuración y ProgramaciónData Logger
AB
Práctica 1, 2 y 3
