Unidad 2 - Autómatas Programables en las Instalaciones Térmicas y de Fluidos

CPR de BadajozCurso 2012 /2013

UD2.Programaciónde Autómatas ProgramablesJosé María Delgado CasadoProfesor Técnico FP Instalaciones Electrotécnicas IES JAVIER GARCÍA TÉLLEZ (Cáceres)

Curso Autómatas Programables IES San Roque (BADAJOZ)

UD2. Programación de Autómatas Programables1. Metodos de programación.

José María Delgado Casado

Los PLCs han dispuesto habitualmente de cuatro métodos de carga de programas de usuario para la realización de tareas, algunos hoy reservados a ciertos modelos de autómatas, otros en desuso y otros establecidos como estándares habituales de interacción con los dispositivos:

1. Programación desde consola de programación. Las consolas de programación permiten el cambio en el programa de usuario del PLC sin necesidad de disponer de equipos PC para el volcado de programa. Su uso era especialmente amplio hasta la aparición de equipos portátiles y las altas velocidades de transmisión en comunicaciones.

Foto: OMRON

2. Programación desde el propio dispositivo. Los dispositivos tipo relé-programable (Siemens Logo, Telemecanique Zelio, etc.) pueden ser programados a través de interfaz incorporado en el propio dispositivo, permitiendo de esta forma una rápida posibilidad de cambios en programa sin necesidad de equipos externos.

Foto: Siemens

3. Programación desde software de programación. Es el método más habitual para la programación de dispositivos. Cada fabricante dispone de una plataforma software propia, desarrollada en base a los estándares IEC 61131 (en España, UNE-EN-61131), que permite la interacción con sus dipositivos (programación, monitorización, comunicación, etc.).

Imagen: Siemens

4. Programación desde red. La integración de los dispositivos en redes de comunicaciones ha posibilitado que en dispositivos esclavos de red puedan volcarse de forma directa bloques de programa desde dispositivos de rango superior a través de redes de comunicación.


UD2. Programación de Autómatas Programables2. Lenguajes de programación.


El lenguaje de programación en un autómata programable es el encargado de manejar el juego de instrucciones del autómata para realizar las funciones lógicas y de cálculo de la CPU.

El programa de usuario se procesa en la memoria del PLC y se introduce a través de un software específico de programación. Para poder realizar la programación de forma adecuada, es indispensable conocer la simbología, mapa de memoria y direccionamiento del autómata programable en cuestión.

Según la norma UNE-EN-611131-3 (IEC 1131-1), podemos distinguir 4 tipos de lenguaje estandarizados para la programación de autómatas: dos en formato texto, y dos en formato gráfico, que pueden ser complementarios y combinables entre sí. Es importante tener en cuenta que la norma únicamente define el estándar general de los lenguajes, no los sets de instrucciones ni simbología o direccionamiento específico, que dependerán de la marca o tipo del autómata programable.

Lenguajes textuales Lenguajes gráficos

Lista de Instrucciones (IL / AWL)Lenguaje estructurado (ST / SCL)

Bloques funcionales (FBD / FUP)Bloques de contactos (LD / KOP)

Variación SFC para procesos secuenciales

Imagen: IAS Univerität Stuttgart




1. Lenguaje de listas de instrucciones (IL - Instruction List / AWL - Anweisungliste).

Los lenguajes de lista de instrucciones están basados en un listado de símbolos nemotécnicos cercanos al lenguaje máquina (directamente interpretable por los autómatas), por lo que puede considerarse como un lenguaje de medio nivel.

Se escribe en forma de texto mediante caracteres alfanuméricos para definir las operaciones lógicas. El set de instrucciones suele ser más amplio que el de lenguajes gráficos, ya que permiten más número de funciones que estos primeros.

El uso de uno u otro lenguaje a la hora de programar los dispositivos depende de numerosos factores: problema a tratar, conocimientos del programador, nivel del proceso, solución PLC elegida, etc.

Cada lenguaje tiene sus características propias, si bien los lenguajes textuales tienen una penetración mayor en posibilidades, soluciones interjerárquicas y rapidez en codificación, aunque su sintaxis es mucho más estricta y menos intuitiva en el aprendizaje.

2. Lenguaje estructurado (ST - Structured Language).

Los lenguajes estructurados (programación estructurada o de alto nivel) facilitan la programación de procesos que requieren instrucciones complejas y cálculos de cierto nivel, como bucles recurrentes (do-while, for-next,...) y ejecución condicional (if-else, switch-case).

Los lenguajes de alto nivel sólo están disponibles para modelos de gama alta, que admiten programacin de ciertas operaciones en C++, C#, PHP, etc.




3. Diagrama de bloques funcionales (FBD - Function Block Diagram / FUP - Funktionsplan).

Es un lenguaje muy común en aplicaciones que implican flujo de información o datos entre componentes de control. Las funciones y bloques funcionales aparecen como circuitos integrados, con una simbología normalizada por la IEC-1131.

En lenguaje de bloques funcionales puede parecer a primera vista más lógicamente comprensible a alguien no versado en exceso en lógica secuencial, por lo que se ha implementado tradicionalmente en la programación de relés programables como el Logo de Siemens.

La gran ventaja es que es muy sencillo seguir la lógica de programa: basta como seguir la evolución del mismo en cada línea. No es, no obstante, un lenguaje pensado para grandes listas de instrucciones, elevado número de E/S y funciones de comunicación.

4. Lenguaje de contactos (LD - Ladder / KOP - Kontaktsplan).

El lenguaje de contactos es el más ampliamente difundido en autómatas de nivel de campo y sensor / actuador, precisamente por su similitud con la lógica de relés.

Dado que es muy similar a los esquemas de los circuitos eléctricos, la transcripción de un esquema de mando cableado a programa LD a lenguaje gráfico de contactos es muy inmediata.

Tiene una nemotecnia (representación de símbolos y órdenes) muy sencilla y específica, donde se trata de aplicar una traducción al esquema cableado para su representación es diagrama de contactos. Aunque la nemotecnia básica viene regulada por la IEC 1131-1, entre diferentes marcas comerciales existen algunas diferencias en símbolos, y sobre todo en direccionamiento y funciones, que dependen del mapa de memoria del dispositivo.


UD2. Programación de Autómatas Programables3. Estructura básica y representación en lenguaje LD / KOP


La nemotecnia básica en lenguaje LD / KOP permite una traducción “casi” directa entre lógica de relés y diagrama de contactos, por lo que en la curva de aprendizaje, es útil como comienzo la traducción directa entre diagramas cableados y programas LD / KOP.

La traducción de la lógica de relés a diagrama Ladder implica conocer, al menos:

La nemotecnia normalizada para cada elemento de programa (simbología). La lógica de relés. La nemotecnia normalizada para elementos especiales (temporizadores y contadores). La nemotecnia normalizada para funciones especiales (control de programa, comunicaciones, etc).


UD2. Programación de Autómatas Programables4. Software de programación para S7-200 y S7-1200.


El software de programación de los PLCs de Siemens ha corrido parejo a la evolución de los dispositivos. Debido a la diferente orientación de aplicación de los dispositivos de la gama, cada dispositivo poseía un software específico de programación y comunicación vía PC:

S7-200

STEP7 MicroWIN

S7-300 & S7-400

SIMATIC STEP7

LOGO!

LOGO! Soft Comfort

TIA Portal STEP7STEP7 V11 SP2(1Q 2013 - V12)

V4.0 SP9

V5.5

S7-1200S7-300S7-400 S7-1500

S7-200 -> Sustituido por S7-1200

S7-300 y S7-400 -> Soportados por TIA Portal (Sólo Professional)

LOGO! Se conserva como elemento aparte en STEP7

LOGO! Soft ComfortV7.0

Sustitudos a largo-medio plazo


UD2. Programación de Autómatas Programables5. El entorno de programación STEP7-MicroWIN para el S7-200.


STEP7 MicroWIN es el entorno de programación desarrollado por Siemens de acuerdo a la norma IEC-1131-3 para la programación del PLC S7-200 en todas sus variantes.

El entorno STEP7 MicroWIN ha ido evolucionando conforme lo han hecho los dispositivos de la gama 200, hasta llegar a la versión 4.0.8.06, que soporta todos los PLCs de la gama (no así las versiones anteriores, que si bien permite la comunicación con los dispositivos, no aprovechan todo el set de instrucciones y funciones que las últimas CPUs aportan).

Imagen: Siemens

Actualmente, MicroWIN soporta los siguientes SOs:

Soporte de sistema de MicroWIN según SIEMENS

Es importante tener en cuenta que SP8 y SP9 sólo están disponibles como actualizaciones de versión, no como versión completa, por lo que se debe disponer de versión de MicroWIN previamente instalada.

Consejo: Es suficiente la presencia en sistema de un archivo microwin.exe de un sistema ya instalado para que SP9 reconozca una versión preinstalada y pueda actualizarse desde la misma.




El entorno de trabajo de STEP7-MicroWIN está formado por los siguientes elementos:

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1. Barra de menús y barra de herramientas. En este bloque son accesibles la mayor parte de las funciones del PLC, desde las de comunicación hasta las de edición de programa.

2. Área de variables. En el caso de uso de subrutinas, en esta zona pueden definirse los parámetros de E/S de las mismas.

3. Editor de programa. Ésta es la zona principal del área de trabajo. El programa, estructurado en Networks o segmentos, se edita y construye en e s t e b l o q u e . Ta m b i é n p u e d e accederse a las subrutinas y rutinas de interrupción.

4. Área de mensajes. Zona de comunicación del entorno con el usuario programador. En ella se muestran los principales mensajes (compilación, comunicación,...).

5. Barra de navegación. Se muestran iconos para acceso rápido a elementos de programa de común acceso: comunicaciones, bloque de programa, tabla de símbolos y de estado, bloque de sistema, etc.

6. Árbol de operaciones. Mediante el mismo pueden insertarse las operaciones KOP en los segmentos del editor de programa, así como acceder a otros elementos accesibles también desde la barra de navegación.




5.1. Comunicación PG/PC.

En el caso de trabajar con cable PC/PPI RS-485/RS-232, es imprescindible asegurarnos que los controladores de adaptador, si el PC no dispone de puerto serie, están correctamente instalados, y que el dispositivo está conectado a un puerto COM concreto.

En el caso de trabajar con cable PC/PPI RS-485/USB, no es necesario realizar la tarea anterior y puede establecerse la comunicación de forma directa.

Para poder realizar la comunicación PG/PC es necesario seguir una serie de pasos:

1. Asegurarse de que el PLC está enchufado al PC vía adaptador PC/PPI y que el sistema ha reconocido el mismo.

2. Seleccionar la opción “Comunicación” en la barra de navegación.

3. Seleccionar la opción “Ajustar interface PG/PC”.

4. Una vez seleccionada, deberemos pinchar en “Propiedades” y asegurarnos de que está seleccionada la opción “USB”, dentro de la pestaña “Conexión local

5. Una vez configurada la comunicación, volvemos a la pantalla principal y pinchamos en “Haga doble clic para actualizar”. Cuando detecto el dispositivo, pinchar en “Aceptar”.




5.2. Carga de programa.

Una vez configurada la comunicación, el PLC está lista para poder comunicar con el PC. El flujo de comunicación puede establecerse en dos sentidos:

1. Desde el PC a la PG (CPU) (Cargar en PG). El programa pasa desde el PC a la PG, sobreescribiendo el programa que hubiera en el PLC. A la hora realizar la carga, MicroWIN permite seleccionar Bloque de Programa, Bloque de datos, Bloque de sistema, Recetas y Configuraciones del registro de datos.

2. Desde el PG (CPU) al PC (Cargar en PC). El programa presente en la memoria de sistema del PLC, así como los bloques de datos, sistema, recetas, etc. se recuperan a MicroWIN, pudiendo de esta forma realizar modificaciones en el mismo para una carga posterior.




5.3. Bloque de programa.

El editor de programa es la zona donde el usuario-programador interacciona con MicroWIN para definir el programa que posteriormente se cargará en el PLC. Mediante la sección de barra de herramientas se dispone de acceso rápido al control de Networks y a la entrada de datos mediante la inserción de contactos, con la lógica que posteriormente se verá, a las salidas (bobinas) y a las funciones, incluyendo en éstas los temporizadores y contadores.

Control de segmentos Acceso a contactos, bobinas y funciones.




5.3. Tabla de símbolos.

En ocasiones, en programas con gran cantidad de E/S y elementos intermedios de memoria, emplear la nomenclatura del mapa de memoria del PLC hace perder perspectiva de qué significan realmente cada uno de los elementos de programa, ya que I0.0, I0.2, Q1.0 ó M1.1 no representan de por sí elementos físicos, sino direcciones de memoria.

La tabla de símbolos del PLC permite asignar un nombre simbólico a cada una de esas direcciones, para hacer que posteriormente aparezcan en programa. De esta forma, I0.0 puede ser MARCHA, I0.1 PARO y Q0.0 MOTOR.

Es aconsejable escribir el símbolo asignado siempre con mayúsculas y sin espacios.




5.4. Tabla de estado.

La tabla de estado sirve para supervisar o modificar los valores de las variables del proceso a medida que el S7-200 ejecuta el programa de control. Es posible supervisar el estado de las entradas, salidas o variables del programa, visualizando para ello los valores actuales. La tabla de estado también permite forzar o modificar los valores de las variables del proceso, pudiendo de esta forma poner a ON entradas, marcas o salidas aunque por estado natural de programa no lo estén.

La tabla de estado permite seleccionar el formato de monitorización de elementos: Sin signo, con signo, hexadecimal, binario o ASCII.




5.5. Bloque de sistema.

El acceso a bloque de sistema permite configurar diferentes opciones de la CPU, como por ejemplo:

1) Puertos de comunicación: Permite configurar parámetros como la dirección de la CPU en red, así como la velocidad de transferencia o el factor GAP.

2) Áreas remanentes: Los valores de memoria residentes en RAM se pierden ante la falta de alimentación, pero pueden configurarse diferentes áreas remanentes que mantengan estado.

3) Configurar salidas: La configuración de salidas permite seleccionar salidas que se pongan a ON de forma automática cuando el PLC pase de STOP a RUN.

4) Bits de captura de impulsos: Permite definir entradas que capturen impulsos de duración menor que un ciclo de scan (p.e para el uso de encoders o contadores rápidos).

5) Filtrar entradas: Permite definir un tiempo de retardo para la captura de entradas, evitando así cambios accidentales en las entradas de corta duración durante el proceso.

El filtrado de entradas es especialmente interesante para el caso de tratamiento de valores analógicos.




5.6. Referencias cruzadas y ajustar interface PG/PC.

1) Referencias cruzadas: Las referencias cruzadas permiten el control del referenciado de áreas de memoria en el programa de usuario, de forma que es posible visualizar de un golpe todas las áreas, bits y bytes empleados en el programa, pudiendo controlar áreas libres.

2) Ajustar interface PG/PC: El ajuste de la interfaz PG/PC permite seleccionar el método de comunicación entre PC y PLC. El método por defecto es el enlace PC/PPI, pero con los módulos respectivos pueden definirse comuniciones como Ethernet o Profibus.


UD2. Programación de Autómatas Programables6. El entorno de programación TIA Portal V11 SP2 para el S7-1200.


STEP7 TIA Portal (Total Integrated Automation Portal), actualmente en su versión V11 SP2 (con la versión V12 esperada para el 1Q ó 2Q de 2013) es un portal integrado, que originalmente permitía la comunicación sólo con el S7-1200 en su versión V10, que acoge la programación y configuración de todos los dispositivos de la gama Siemens (a excepción de Logo! y S7-200), y no sólo PLCs sino también pantallas HMI y accionamientos.

TIA Portal se distribuye en 3 versiones:

1) SIMATIC Step7 Basic: permite la programación PLC S7-1200 y a pantallas HMI.

2) SIMATIC Step7 Professional: permite la programación del PLC S7-1200 y pantallas HMI, así como los PLCs soportados por el antiguo STEP7 V5.5: S7-300 y S7-400. En la v12 permitirá la programación del S7-1500.

3) SIMATIC Step7 Safety Advanced: Permite la programación y configuración de PLCs de seguridad.




STEP7 permite dos diferentes visualizaciones de trabajo: vista de portal (orientado a visualizar las distintas funcionalidades del portal) y vista de proyecto:

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3

4

5

6

VIST

A D

E PR

OYE

CTO

VIST

A D

E PO

RTA

L

1) Portales para diferentes tareas: Desde esta zona puede accederse a dispositivos y redes, programación de PLCs, visualización y herramienta on-line y de diagnóstico.

2) Tareas del portal seleccionado: Mediante estas opciones podrán crearse nuevos proyectos, cerrar abiertos o abrir proyectos anteriores.

3) Panel de selección: Una vez seleccionada una opción del portal, aparecerán las distintas posibilidades asociadas a la misma en esta zona.

4) Vista de proyecto / vista de portal: Es posible conmutar ambas desde aquí.

5) Menús y barras de herramientas: Condensan la mayoría de las opciones posibles del manejo del portal y de los dispositivos.

6) Árbol del proyecto: Al igual que ocurría con MicroWIN, en esta zona se organiza jerárquicamente el proyecto abierto, sus dispositivos, bloques de programa, configuraciones, recursos, etc.

7) Área de trabajo: Área principal de trabajo del portal, desde donde se accede a bloques de programa del dispositivo, configuraciones hardware, tablas de observación, forzado de valores, etc.

8) Ventana de inspección: Mediante la misma pueden cambiarse propiedades de dispositivos, redes,...

9) Task Cards: Las task cards son tarjetas de tareas o paneles desplegables con los que se puede tener acceso rápido a instrucciones, test, tareas y librerías a emplear en la programación de los dispositivos.

10) Barra del editor: La barra del editor permite un acceso a todas las ventanas abiertas dentro de la vista de proyecto (dispositivos, bloques de programa, observaciones, variables...).

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El S7-1200 incorpora por defecto una interfaz ProfiNET para su integración en red y comunicación PG/PC. Dado que ProfiNET emplea base Ethernet (capa física), para la configuración de la comunicación del dispositivo con el PC, es necesario especificar una dirección IP al mismo, que deberá estar en el mismo rango que la asignada a la unidad programadora para que ambos se sitúen en la misma red.

STEP7 incorpora no obstante autodetección de dispositivos, por lo que se detección en conexión es extremadamente sencilla. A pesar de que existen varias formas de asignar dirección IP al dispositivo para su comunicación, la más corriente es la siguiente:

1) Añadir el dispositivo en la configuración HW del portal. Se puede hacer desde la vista de portal o desde la vista de proyecto. Una vez creado el proyecto, y desde vista de proyecto, puede pincharse en “Agregar Dispositivo”, y seleccionar la CPU y su nº de serie para agregarla al proyecto.

2) Configuración Ethernet: Una vez agregado el dispositivo, debe configurarse la dirección Ethernet del mismo antes de establecer comunicación desde el PC. Para ello, puede accederse a la misma en “Propiedades de dispositivo -> Direcciones Ethernet” o directamente pinchando en la interfaz Profinet de la vista de dispositivos.





Si se emplea cable de red cruzado para la comunicación con conexión directa entre PC y PLC, la dirección IP a especificar deberá estar en el mismo rango que la del PC (ambos situados en misma red / subred).

Puede optarse por conectar el PLC a un switch, con lo que las condiciones anteriores no cambian, o conectar de forma directa a router, con lo que es necesario especificar la puerta de acceso (Gateway) del router.

Es posible igualmente que el dispositivo obtenga dirección IP por otros medios si existe otro dispositivo externo capaz de realizar la asignación.

3) Establecer comunicación on-line con el dispositivo: Establecida la dirección, puede realizarse la carga de programa y configuración en el dispositivo. Para ello, es posible acceder pinchando en “Establecer conexión on line” en barra de herramientas o directamente intentando realizar la carga del programa al dispositivo.





Para poder realizar la comunicación debe seleccionarse, de entre las disponibles, el interfaz de comunicación, así como la subred y gateway si los hubiera.

STEP7 mostrará los dispositivos conectados y en caso de encontrar múltiples dispositivos, dará la opción de “Parpadear LED” para poder identificar a cada uno de ellos en la red.

Una vez seleccionado el dispositivo, al pinchar en “Conectar” el dispositivo quedará configurado con la dirección especificada. A partir de este momento, estará establecida una conexión on-line y la cabecera de menús cambiará de color para mostrar el nuevo estado.


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