Sistemas automatizados - Autómatas Programables (PLC´s) Felipe Mateos (Nov. 2001)

Estandarización con autómatas programablesSistema automatizado (PLCs)Sistema automatizado (PLCs)

PLC´sPLC´s

Sistema automatizado (PLC´s)Sistema automatizado (PLC´s)

Felipe MateosFelipe Mateos -- Nov. 2001Nov. 2001

Sistemas automatizados - Autómatas Programables (PLC´s) Felipe Mateos (Nov. 2001)

Sistema automatizado (PLCs)Sistema automatizado (PLCs)

• Esquema general• Componentes habituales (PLC)• Breve reseña histórica• Comparativa entre los distintos controladores

• PLC. Definición• Concepto gráfico de PLC• Arquitectura típica de un PLC. Ejemplos• ¿Cómo trabaja un PLC?• Criterios de selección. Gamas de PLCs• Elementos de programación. Tipos de lenguajes• Equipos de programación, diseño y explotación• Desarrollo de un proyecto con PLCs• El PLC y su entorno

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ParteParteOperativaOperativa

Parte deParte deControlControl

Parte deParte deSupervisiónSupervisión

y explotacióny explotación

Esquema general de un sistema automatizado (I)Esquema general de un sistema automatizado (I)

Interface SInterface S--CC Interface SInterface S--PP

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ProcesoProcesoParte deParte deControlControl

Parte deParte deSupervisiónSupervisión

y Explotacióny Explotación

SensoresSensores

PreaccionadoresPreaccionadoresAccionadoresAccionadores

Interface SInterface S--PPInterface SInterface S--CC

Esquema general de un sistema automatizado (II)Esquema general de un sistema automatizado (II)

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ParteParteOperativaOperativa

Parte deParte deControlControl

Parte deParte deSupervisiónSupervisióny Explotacióny Explotación

•• Proceso realProceso real•• Simuladores E/SSimuladores E/S•• MaquetasMaquetas

•• LógicaLógica cableadacableada•• PLC´sPLC´s•• PC+Tarjeta E/SPC+Tarjeta E/S•• MicrocontroladoresMicrocontroladores•• Reguladores DigitalesReguladores Digitales•• EtcEtc......

•• Panel de mandoPanel de mando•• PC+SCADAPC+SCADA

Sistema de automatización: Componentes habitualesSistema de automatización: Componentes habituales

Interface SInterface S--CC Interface SInterface S--PP

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Controladores.Breve reseña históricaControladores.Controladores.Breve reseña históricaBreve reseña histórica

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Comparativa de los distintos tipos de controladorComparativa de los distintos tipos de controlador

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ProcesoProceso

Parte deParte deControl:Control:

Parte deParte deSupervisiónSupervisióny Explotacióny Explotación

SensoresSensores

PreaccionadoresPreaccionadoresAccionadoresAccionadores

Interface SInterface S--PPInterface SInterface S--CC

El PLC y su entornoEl PLC y su entorno

AutómatasAutómatasprogramablesprogramables

(PLC´s)(PLC´s)

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¿Qué es un autómata programable?¿Qué es un autómata programable?

Un autómata programable (AP) es un sistema electrónico programablediseñado para ser utilizado en un entorno industrial, que utiliza unamemoria programable para el almacenamiento interno de instruccionesorientadas al usuario, para implantar unas soluciones específicas talescomo funciones lógicas, secuencia, temporización, recuento y funcionesaritméticas con el fin de controlar mediante entradas y salidas, digitalesy analógicas diversos tipos de máquinas o procesos.

AP Autómata programablePLC Programmable Logic Controller

Definición IEC 61131Definición IEC 61131

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Concepto gráfico de PLCConcepto gráfico de PLC

Automatismo eléctrico Vs. Autómata programable

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Precio

Micro PLC

Módulo Lógico

Temporizadores

ContactoresFunctionalidad

Controladores eléctricos y programablesControladores eléctricos y programables

PLC

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ContactoresAuxiliares

• Múltiples contactos• Enclavable• Lógica funcional

única

Relés

• Adaptación denivel y aislamientoeléctrico desde /para SIMATIC

• Conexión de pequeñascargas monofásicas

Temporizadores

•• RetardoRetardo aa la conexiónla conexión:Arranque de motores paso apaso con supresión deinterferencias

•• RetardoRetardo aa desconexióndesconexión:Funciones de llave

•• EstrellaEstrella--TriánguloTriángulo:Arranque retardado demotores con intervalos deconexión de 50ms

•• MultiMulti--funciónfunción: Flexible paratoda aplicación, hasta 8funciones integradas

•• ContactoresContactores dede acciónacciónpositivapositiva:para circuitosseguros de categoría 2.

•• Contactores doradosContactores dorados:

Programador lógico

•• EdificiosEdificios:Control de IluminaciónVentiladoresControl de AccesoEquipos de seguridad

•• IndustriaIndustria:Bombas/CompresoresArmariosControl puertasSistemas de alimentaciónPlataformas elevadorasControl secuencialControl de nivelControl de válvulasPlantas de llenadoPlantas de vaciadoSistemas de transporte

Micro-PLC

•• EdificiosEdificios yy construcciónconstrucción:Ascensores, posicionadoresElevadores

•• IndustriaIndustria:Empaquetado y envasadoMaquinaria textilTratamiento de alimentosMáquinas de cortePaneles, displaysAtornilladoresPrensado yFabricación de ladrillosPinturaTelecontrolSistemas de esterilizaciónEquipos de laboratorioMáquinas de lavado

Controladores eléctricos y programables: Campo de aplicaciónControladores eléctricos y programables: Campo de aplicación

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Fuente dealimenta-ción

MóduloEntradasDigitales

MóduloSalidasDigitales

MóduloE/Sanalógicas

MóduloCPU

220-230VAC

24VDC

5VDC

Sensoresdigitales(interruptores,sensores de prox.)

Actuadoresdigitales(válvulas neumáticas,lámparas indicadoras.)

Sensores analógicos(Termopares, potenciómetros)Actuadores analógicos(Variadores de velocidad)

MóduloEspeciales(contaje,comunica-ciones,PID ...

Conexión a otros controladoreso con E/S remotas Conectores

al bus paramás módulosde E/S

Unidad deprogramaciónó supervisión

Bus

Arquitectura típica de un autómata programableArquitectura típica de un autómata programable

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Arquitectura típica de un autómata programableArquitectura típica de un autómata programable

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Ejemplo de arquitectura (I)Ejemplo de arquitectura (I)

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1. Salidas digitales integradas2. LEDs de estado de las salidas digitales3. Terminales de alimentación4. Conmutador Stop/Run5. Conector para el cable de ampliación6. LEDs de estado de la CPU7. Ranura para el cartucho de memoria8. Puerto de comunicaciones (p. Ej. PPI)9. Entradas digitales integradas10. LEDs de estado de las entradas digitales11. Fuente de alimentación integrada12. Potenciómetros integrados13. Módulo de ampliación14. Fijadores para tornillo (DIN métrica M4, diámetro 5 mm)15. Pestaña de fijación

1 32

4 56

7

89

1011

1213

14

15

Ejemplo de arquitectura (II)Ejemplo de arquitectura (II)

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¿Cómo trabaja un PLC?¿Cómo trabaja un PLC?

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Característicasdel PLC-X

Especificacionesdel sistema

Selección de un PLC(criterios cuantitativos)Selección de un PLCSelección de un PLC(criterios cuantitativos)(criterios cuantitativos)

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Selección de un PLC (criterios cualititativos)Selección de un PLC (criterios cualititativos)

� Ayudas al desarrollo de programas� Fiabilidad del producto� Servicios del suministrador� Normalización en planta� Compatibilidad con equipos de otras gamas� Coste� Previsión de repuestos

Son las más importantesen la elección del PLC

Son las más importantesSon las más importantesen la elección del PLCen la elección del PLC

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Gama de autómatas TSX (Schneider) y Siemens

TSX Nano

TSX Micro

TSXTSX PremiumPremium

Apl

icac

ione

s

Simples

Complejas

Nº E/S46 300 2000

S7-200

S7-300 S7-400

Gama de PLCs en distintos fabricantesGama de PLCs en distintos fabricantes

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Elementos de programaciónElementos de programación

4 Lenguajes de programación + Grafcet (SFC)

• Lenguajes gráficosDiagrama de escalera (“Ladder Diagram”, LD)Diagrama de Bloques Funcionales (”Function Block Diagram, FBD)

• Lenguajes literalesLista de instrucciones (“Instruction List”, IL)Texto estructurado (“Structured Text”, ST)

La selección del lenguaje de programación depende de la experienciadel programador, de la aplicación concreta, del nivel de definición de laaplicación, de la estructura del sistema de control y del grado decomunicación con otros departamentos de la empresa...

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Lenguajes de programaciónLenguajes de programación

Programación con lenguajesconocidos de PLC... y lenguaje de alto nivel

LD Entrada_ManualOR Entrada_AutomáticaAND DesbloqueoST Funcionamiento

LD Entrada_01

IL

( )S_01 S_02

S_03

Manual

S_01 LD

TONTiempo_01

XORS_01S_02S_03 Lámpara

T#12s400ms

FBD Tiempo actual

Start

Paso_1

Paso_2

S_01

Transición_02

Transición_Fin

SFC

IF Data = "EOF" THENFOR Index:=1 TO 128 DO

X:=Read_Data(Datenfeld[index]);IF X > 2500 THEN Alarma:=TRUE;END_IF;

END_FOR;END_IF; ST

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Características comunes:

Entornos Integradosde Automatización

Ingeniería de Sistemas y Automática

IEC-61131 Presentación, 16/05/2000

Parte 3: Lenguajes de programaciónParte 3: Lenguajes de programaciónLenguaje Gráficos (LD y FBD)

• Los elementos del lenguaje gráfico se representan mediante caracteresISO/CEI 646 o elementos gráficos o semigráficos.

• Una red es un conjunto de elementos gráficos interconectados, que debeser identificada (un número, p.e.).

• Reglas de evaluación de redes. Vías de realimentación.• Posibilidad de saltos y retornos (condicionales e incondicionales).

( )S_01 S_02

S_03

Manual

S_01 LD TONTiempo_01

XORS_01S_02S_03 Lámpara

T#12s400ms

FBD Tiempo actual

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Entornos Integradosde Automatización

Ingeniería de Sistemas y Automática

IEC-61131 Presentación, 16/05/2000

Parte 3: Lenguajes de programaciónParte 3: Lenguajes de programaciónDiagrama de escalera (“Ladder Diagram”, LD)Características:• Barras de alimentación.• Elementos de enlace y estados: flujo de energía.• Contactos, bobinas y bloques funcionales• Orden de evaluación de las redes.

MAN S_0 Lma

FCS EM

KMB

Ejemplo:

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Entornos Integradosde Automatización

Ingeniería de Sistemas y Automática

IEC-61131 Presentación, 16/05/2000

Parte 3: Lenguajes de programaciónParte 3: Lenguajes de programaciónDiagrama de Bloques funcionales (FBD)Características:• La representación es coherente con la Norma CEI 617-12.• Las salidas de los bloques funcionales no se conectarán entre

sí (se precisa bloque “OR”).• La evaluación de una red estará terminada antes de la siguiente.

Ejemplo:Start

IN

PT ET

QEMER

T#4s400ms

KM

V_temp

TONAND

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Características comunes:

Entornos Integradosde Automatización

Ingeniería de Sistemas y Automática

IEC-61131 Presentación, 16/05/2000

Parte 3: Lenguajes de programaciónParte 3: Lenguajes de programaciónLenguaje Literales (IL y ST)

• La representación de literales.• Los siguientes elementos de

estructuración de las POU´s:

TYPE ... END_TYPEVAR ... END_VARVAR_INPUT ... END_VARVAR_OUTPUT ... END_VARVAR_IN_OUT... END_VARVAR_EXTERNAL .. END_VARFUNCTION ... END_FUNCTIONFUNCTION_BLOCK ... END_FUNCTION_BLOCKPROGRAM .. END_PROGRAMSTEP ... END_STEPTRANSIION ... END_TRANSITIONACTION ... END_ACTION

LD Entrada_ManualOR Entrada_AutomáticaAND DesbloqueoST Funcionamiento

LD Entrada_01

IL

IF Data = "EOF" THENFOR Index:=1 TO 128 DO

X:=Read_Data(Datenfeld[index]);IF X > 2500 THEN Alarma:=TRUE;END_IF;

END_FOR;END_IF; ST

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Entornos Integradosde Automatización

Ingeniería de Sistemas y Automática

IEC-61131 Presentación, 16/05/2000

Parte 3: Lenguajes de programaciónParte 3: Lenguajes de programaciónLista de Instrucciones (“Instruction List”, IL)Características:

• Instrucciones:Etiqueta Operador Operando Comentario

START: LD Arranque (*Pulsar botón *)ANDN %MX5 (* No inhibidor *)ST SALIDA (* Conecta calefactor *)

• Operadores:LD, ST, S, R, AND, OR, XOR, ADD, SUB, MUL, DIV, GT, GE, EQ,NE, LE, LT, JMP, CAL, RET, )

• Funciones y bloques funcionales. Se coloca el nombreen el campo del operando y los parámetros, si los lleva, enentre paréntesis. Se emplea la operación CAL.

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Entornos Integradosde Automatización

Ingeniería de Sistemas y Automática

IEC-61131 Presentación, 16/05/2000

Parte 3: Lenguajes de programaciónParte 3: Lenguajes de programaciónTexto estructurado (“Structured Text”, ST)Características:

• Similar al Pascal. Alto nivel, estructurado en bloques.• Expresiones:Es una construcción sintáctica que al se evaluada

proporciona un valor. Está compuesta por operadores y operandos.La evaluación se efectúa según una tabla de prioridades.

• Sentencias:De asignación (:=),De control del flujo del programa:

llamada a bloque funcional, RETURNDe selección: IF, CASEDe iteración: FOR, WHILE, REPEAT, EXIT

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Ingeniería de Sistemas y Automática

IEC-61131 Presentación, 16/05/2000

Parte 3: Lenguajes de programaciónParte 3: Lenguajes de programaciónTexto estructurado (“Structured Text”, ST)

Ejemplo:

IF Dato = “EOF” THENFOR indice:=1 TO 128 DO

x:= Read_dato(Canal[indice);IF x>2500 THEN Alarma:=TRUE;END_IF;

END_FOR;END_IF

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Equipos para la programación y explotaciónEquipos para la programación y explotación

� De ajuste� De programación y mantenimiento� Puesto de trabajo, PC� Visualizadores con pantalla alfanumérica� Terminales con pantalla alfanumérica� Visulizadores con pantalla semigráfica� Pupitres de explotación y control� Terminales con pantalla gráfica� Estaciones de diálogo y control

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Algunos programas de diseño y explotaciónAlgunos programas de diseño y explotación

� Herramientas de simulación� Diseño e instalación de aplicaciones� Desarrollo de funciones C� Tratamiento en lógica difusa� Puesta a punto de programas de autómata� Servidor OPC� Visualizar, ajustar y gobernar la instalación� Aplicaciones para terminales de operador� Software de comunicaciones

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Desarrollo de un proyecto con PLCsDesarrollo de un proyecto con PLCs

Especificacionesdel sistema

Especificacionesdel sistema

Nº y tipo deE/S

Nº y tipo deE/S

ConfiguraciónConfiguración

Programaciónde secuenciasProgramaciónde secuencias

Introducir elprograma

Introducir elprograma

CorrecciónCorrección

ControlControlConexióny montaje

Conexióny montaje

DocumentaciónDocumentación

Listado delprograma

Listado delprograma

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Entorno de los autómatas programablesEntorno de los autómatas programables