Xavier Román Barceló MIGRACIÓ DELS PROJECTES D...

Xavier Román Barceló

MIGRACIÓ DELS PROJECTES D’AUTOMATITZACIÓ DEL S7-300 AL S7-1200

TREBALL DE FI DE GRAU

dirigit per José Ramon López López

Grau d’enginyeria elèctrica

Tarragona

2017

Migració dels Projectes d’Automatització del S7-300 al S7-1200

2

INDEX

1 Contents INDEX .................................................................................................................................. 2

PRÒLEG ............................................................................................................................... 5

1. INTRODUCCIÓ ............................................................................................................ 6

1.1 Introducció............................................................................................................... 7

1.2 Context sobre Automatització .................................................................................. 7

1.2.1 Context General ................................................................................................ 7

1.2.2 Context Específic ............................................................................................ 11

1.3 Objectius del Treball de Fi de Grau ........................................................................ 12

1.4 Viabilitat del Projecte ............................................................................................ 13

1.4.1 Persones involucrades en el Projecte ............................................................... 13

1.4.2 Temps de Realització ...................................................................................... 13

1.4.3 Recursos Materials.......................................................................................... 13

1.5 Definicions i abreviatures....................................................................................... 15

2 L’AUTÒMAT .............................................................................................................. 16

2.1 Introducció............................................................................................................. 17

2.2 Objectius ............................................................................................................... 18

2.3 Descripció del Tema .............................................................................................. 18

2.3.1 Historia dels Autòmats Programables .............................................................. 18

2.3.2 El PLC ............................................................................................................ 20

2.3.3 Camps D’Aplicació del PLC ........................................................................... 21

2.3.4 Estructura i parts del PlC ................................................................................ 22

2.4 Ítem Corresponent.................................................................................................. 29

2.5 Conclusions ........................................................................................................... 29

3 LA PROGRAMACIÓ .................................................................................................. 30

3.1 Introducció............................................................................................................. 31

3.2 Objectius ............................................................................................................... 31


3.3.1 El Programa .................................................................................................... 31

3.3.2 Pasos de la programació de l’Autòmat ............................................................ 33


3

3.3.3 Llenguatges de programació ........................................................................... 34

3.3.4 Estructures de programació ............................................................................. 40

3.4 Exemples d’Aplicació ............................................................................................ 41

3.5 Exercicis Proposats ................................................................................................ 43

3.6 Item corresponent .................................................................................................. 45

3.7 Conclusions ........................................................................................................... 46

4 EL TIA PORTAL ......................................................................................................... 47

4.1 Introducció............................................................................................................. 48

4.2 Objectius ............................................................................................................... 48


4.3.1 Entorn de Programació TIA Portal .................................................................. 49

4.3.2 Navegació en la vista del programa ................................................................. 51

4.3.3 Exemple en TIA.............................................................................................. 54

4.3.4 Com pot el TIA Portal ajudar als estudiants .................................................... 55

4.4 Ítem corresponent .................................................................................................. 56

4.5 Conclusions ........................................................................................................... 56

5 EL GRAFCET I LA GUIA GEMMA ........................................................................... 58

5.1 Introducció............................................................................................................. 59

5.2 Objectius ............................................................................................................... 59


5.3.1 El GRAFCET ................................................................................................. 59

5.3.2 La Guia GEMMA ........................................................................................... 66

5.4 EXEMPLE: ESTACIÓ DE MARCATGE DE PECES ........................................... 72

5.5 Ítem Corresponent.................................................................................................. 73

5.6 Conclusions ........................................................................................................... 73

6 PROJECTES PROPOSATS ......................................................................................... 75

6.1 Introducció............................................................................................................. 76

6.2 Objectius ............................................................................................................... 76


6.3.1 Els Motius del Canvi....................................................................................... 76

6.3.2 Les Pràctiques Actuals .................................................................................... 77

6.3.2. Pràctiques Proposades ........................................................................................ 78

6.4 Conclusions ........................................................................................................... 80


4

7 PROBLEMES SURGITS, PROPOSTES I MILLORES ............................................... 81

7.1 Introducció............................................................................................................. 82

7.2 Objectius ............................................................................................................... 82


7.3.1 Problemes Sorgits durant el Desenvolupament del Projecte............................. 82

7.3.2 Proposta de millores al laboratori .................................................................... 84

7.4 Conclusions ........................................................................................................... 85

8 Conclusions del Projecte .............................................................................................. 86

8.1 FONTS .................................................................................................................. 88

8.1.1 Referències Bibliogràfiques ............................................................................ 88

8.1.2 Manuals .......................................................................................................... 88

8.1.3 Bibliogràfia de Pàgines Web ........................................................................... 88

8.1.4 Apunts ............................................................................................................ 88

9 Annexes ....................................................................................................................... 89


5

PRÒLEG

Aquest projecte de final de grau té com a finalitat la migració de les pràctiques de

l’assignatura d’automatització dels autòmats S7-300 a S7-1200 amb actualitzacions a les

plantes i a l’equip que això comporta. S’instal·larà un nou software de programació punter en

la indústria i a més a més es redactaran manuals i solucionaris per a els pràctiques que s’han

desenvolupat.

Per ha realitzar això hem migrat les pràctiques que teníem, però també hem creat noves

pràctiques per a millorar l’experiència del laboratori. Amb això hem anat més enllà de les

pràctiques que es feien abans per a realitzar laboratoris comprensius i competitius amb

l’automatització del món laboral i adaptar-nos a la gran velocitat a la que evoluciona i agafa

més i més funcions.

La idea principal per realitzar aquest projecte és el fet que les pràctiques del model anterior

eren conceptes bàsics, és a dir, que eren conceptes inicials. Amb el nou model educatiu

Bolonia només es té temps de donar iniciació a l’automatització. L’autor del projecte i el

professor de l’assignatura coincideixen en el fet de que l’automatització (i la tècnica en

general) és viva. Això vol dir que la ciència i la tècnica evoluciona contínuament i que per

tant el material i el coneixement que s’imparteix han d’evolucionar i progressar i les tècniques

i el material no es poden quedar estancats en el passat.

Aquest projecte s’ha pogut realitzar gràcies a l’esforç de Rubén Navarro i Xavier Román,

autors dels projectes de millora de l’assignatura, el professor José Ramón López López i els

tècnics del laboratori. La feina realitzada ajudarà a millorar considerablement l’ordre i la

qualitat del laboratori i, per tant, de totes les carreres de la ETSE.

Els objectius que ens hem marcat per aquest projecte són els següents:

Millorar les pràctiques existents, fer-ne de noves i assegurar que els estudiants

s’adaptin bé al nou software de programació.

S’han de realitzar programes per al solucionari de les noves pràctiques

Dissenyar les noves plantes del laboratori i col·laborar juntament amb el taller

d’automatització per a realitzar-les

Una vegada les plantes estiguin construïdes s’han de provar totes les plantes amb el

programa

1. INTRODUCCIÓ

Capítol 1:Introducció

7

1.1 Introducció

El projecte de final de grau realitzat té la finalitat de migrar les pràctiques i els autòmats del

laboratori a un sistema més actualitzat que reflecteixi les realitats del mercat laboral en

automatització. Per a aconseguir aquest objectiu s’han substituït els PLC’s de Siemens S7-300

a S7-1200, una gamma que permet fer més coses i que s’acosta més a PLC’s utilitzats en

l’indústria actualment. A més a més s’ha substituït el software antic que teníem (que

funcionava amb Windows 98) i s’han instal·lat ordinadors nous amb un nou programa: El TIA

Portal.

Els programes que es feien servir eren antics, que tot i que tenien un rendiment bastant bo, els

temps de càrrega del programa i del ordinador es van deteriorar al llarg del temps.

TIA Portal és un programa de Siemens que té molta història. Es va crear al principi com a un

programa que integrés tots els softwares i eines necessàries per a la programació d’un

autòmat. Aquest software té molta història i degut a la seva complexitat i preu no va ser

adaptat en empreses. El programa va tenir moltes iteracions fins ara, les últimes versions (10-

11-12-13) estan començant a fer-se servir en empreses. L’automatització que s’ensenya a

l’alumne ha de anar paral·lela a les modernitzacions de l’indústria. Anteriorment els alumnes

treballaven amb un entorn de treball seriosament obsolet i endarrerit respecte al ritme

accelerat de l’automatització moderna.

En aquest capítol també s’explicarà una mica el passat, la situació actual i el futur de

l’automatització. Actualment, l’automatització assumeix cada vegada més atribucions i

potència. L’automatització ja no és només una utilitat industrial, ja que cada vegada més,

s’està expandint de la indústria als serveis i als petits negocis.

1.2 Context sobre Automatització

1.2.1 Context General

1.2.1.1 Antecedents

Els orígens de l’automatització es remunten als inicis de la revolució industrial. Les primeres

màquines industrials automatitzades van sorgir al 1750 i eren màquines de teixit que

funcionaven amb targetes perforades. Tot i aquest origen, els automatismes industrials com

els coneixem avui en dia no van aparèixer fins més tard.

Primer es feia servir la lògica electromecànica. La lògica electromecànica (o cablejada) és un

una lògica de programació molt difusa, i encara es fa servir avui. Consisteix en la unió física

de diferents elements electromecànics (bobines, contactors...). Els seus inconvenients eren

molts: ocupava un gran volum, era car i poc flexible, si es vol fer una modificació s’ha de

canviar una gran part del circuit i amb circuits grans es fa difícil d’interpretar i de trobar

errors. Aquesta lògica encara és molt important i es fa servir en algunes ocasions amb altres

sistemes d’automatització.


8

Figura 1: Armari d’una màquina automàtitzada en lògica electromecànica

Paral·lelament a la lògica cablejada existia la lògia pneumàtica, que fa servir l’energia de

l’aire comprimit. Aquesta és una tecnologia que es fa servir en automatismes senzills i que es

fa servir molt en ambients domèstics ja que no és molt difícil d’entendre i l’aire comprimit no

és perillós.

Quan va aparèixer el transistor es van començar a implementar automatitzacions de forma

electrònica. Aquests circuits estaven formats per resistències, transistors i díodes. Aquesta era

la anomenada lògia estàtica directa. Va permetre la reducció de volum i un augment

important de la velocitat i la netedat de l’autòmat però un problema que tenia era que

l’autòmat tenia diferents nivells de tensió.

Figura 2: Rèplica del primer transistor en activitat

La lògica estàtica directa va ser ràpidament obsoleta per l’aparició dels circuits integrats.

Així va aparèixer la lògica estàtica integrada. Un dels grans problemes que tenia aquesta

lògica era que una vegada creat el circuit integrat si es volia automatitzar un altre procés no es

podria reutilitzar el circuit.

Per solucionar el gran problema de la lògica estàtica programada es va passar a un sistema

amb microprocessadors, creant la lògica programada. Aquests van aconseguir una reducció

més gran de volum i va permetre que l’automatització sigui programable, permetent reutilitzar

els elements.


9

Figura 3: Intel 4004, el primer microprocessador comercial

Com a millora dels processos basats en lògica programada van aparèixer els ordinadors de

procés. Ordinadors amb entrades i sortides preparats per treballar en ambients industrials.

Però tenien el gran inconvenient de necessitar personal informàtic altament qualificat.

Per acabar, a mitjans dels 70 van aparèixer els Autòmats Programables Industrials, a

General Motors. Aquests funcionaven al principi en lògica de Boole i després amb diagrames

de contactes.

Figura 4: Uns dels primers Autòmats creats per l’empresa IDEC

1.2.1.2 Present

Actualment els Autòmats són un element molt important de la societat moderna. Si en el

segle XX es pensava que els autòmats i els robots només podien desenvolupar tasques molt

simples en cadenes de producció, en la edat de la informació poden aterrar un avió o aprendre

el comportament humà. Un autòmat modern és aquell que està en una cadena de producció,

però també les noves caixes self-service en el supermercat, el caixer d’un banc o el cotxe

sense pilot.

Figura 5: El Watson, superordinador creaat per IBM per a ser “El millor doctor del món”


10

Els experts estan començant a crear la distinció entre Autòmat (màquina física) i Màquines

digitals (Software destinat a aprendre i desenvolupar treballs de pensar). Les Màquines

Digitals poden observar i aprendre a desenvolupar tasques.

La tecnologia que envolta l’automatització cada vegada és més potent, amb programes

informàtics capaços d’aprendre i realitzar les tasques que se l’hi demanen més

eficientment, i hardware capaç de cuinar una hamburguesa o pintar un quadre.

Automatització i la pèrdua de llocs de treball

Tot i que aquest projecte tracta sobre automatització industrial, l’automatització, que abans

era una eina del món industrial, està començant a permear cap a tot tipus d’industries.

El grup de treballadors més gran del món, camioners, aviat es veurà substituït per autòmats.

Les anomenades “feines de cubicle”, també estan en perill. Ara mateix hi han autòmats que

pinten, escriuen o componen música, o que treballen amb els llums i les càmeres dels platós

de televisió. Fins hi tot hi han màquines que poden detectar cancer!

Molts dels llocs de treball en industries ja els ocupen robots i cada vegada més.

La innovació i les noves feines que es creaven sempre ajudaven a fer que la creixent població

estigués empleada però això ja no és així. Posem exemples:

- En el 1979 General Motors tenia 800.000 empleats i generava un benefici de onze mil

milions de dòlars. En el 2012 Google empleava 58.000.000.000 d’empleats i guanyava

un benefici de 14.000.000.000 de dòlars.

- En el pic de la empresa de lloguer de pel·lícules Blockbuster en el 2004 empleava

84.000 treballadors i guanyava 6.000.000.000 de dòlars. El servei de streaming de

pel·lícules a través d’internet Netflix tenia 4.500 treballadors i guanyava

9.000.000.000 de dòlars en el 2016.

- Una altra dada molt important és la que s’extreu analitzant les hores de feina que

treballem. En teoria, si hi ha més població es treballaran més hores al final de l’any

no? L’any 1998 els americans van treballar un total de 194.000.000.000 d’hores. Al

cap de 15 anys, al 2013, els americans van produir un 42% més, es van crear milers de

noves empreses, i la població va créixer en uns 40.000.000 de persones, les hores

treballades van ser les mateixes.

Tenim la situació en la que les noves empreses que s’estan creant no ocupen tants

treballadors per a cobrir l’augment de població i les empreses que tancaven. Al mateix

temps els salaris de graduats universitaris estan caient en picat i el 40% d’aquests no troben

feina del sector que han estudiat. La productivitat s’està separant del treball humà. Estem

apunt de entrar en una revolució industrial com les que no es poden imaginar. Segons l’estudi

“The Future of Employment: How Susceptible Are Jobs to Computerisation?” la meitat dels

llocs de treball dels Estats Units podien ser automatitzats durant els pròxims 20 anys.


11

1.2.1.3 Futur

Es preveu que la combinació entre Màquina Digital i Autòmat sigui revolucionària i que

permetria constuir autòmats molt potents i intel·ligents. Capaços d’aprendre i desenvolupar

una gran nombre d’operacions i de fer-les cada vegada més bé amb el temps. Aquesta nova

màquina podria desenvolupar la gran majoria de les feines.

Figura 6: Baxter el Robot, cambrer, recepcionista i empleat d’indústria, tot per al cost de cèntims d’electricitat

Per tot aquests motius, l’automatització és un element molt important de l’enginyer elèctric i

electrònic i es fonamental que s’aprengui bé a la universitat. En el futur l’automatització serà

més important que mai.

Fins i tot el futur pinta malament per a l’Autòmat. Es creu que el PLC serà substituït en la

major part per ordinadors fora de la indústria, en els nous Autòmats que es creïn.. Fora

d’ambient perillós, amb atmosferes perilloses, vibracions o esforços mecànics, l’Ordinador és

millor que el PLC en tots els sentits. El PLC seguirà fent les tasques repetitives en ambients

on es demani resistència física.

La màquina del futur serà un Autòmat amb un “cervell de Màquina Digital”. Un cos físic que

es pugui moure i actuar en el món, i un software que li permeti aprendre i desenvolupar taques

complexes.

1.2.2 Context Específic

Els laboratoris de l’assignatura es seguiran

realitzant al mateix laboratori, el Laboratori

d’Automatització FESTO 107, situat al primer pis

de l’edifici de laboratoris just després de les escales

d’accés. Figura 7: Laboratori d’automatització

La distribució d’aquest laboratori no ha canviat

gaire, i s’han mantingut totes les plantes FESTO

que hi han. Aquestes formen la major part del

laboratori. Al fons del laboratori hi ha una planta

nova per a fer la segona part dels laboratoris. Hi han

planejats la construcció de dos mòduls amb dos motors DC petits per a realitzar la tercera


12

pràctica, per aprendre com funcionen els variador de freqüència. Aquesta tindrà un PLC i un

variador, botons i elements de control, seguretats i un motor. Totes les connexions estaran

assegurades amb bananes. Aquestes se l’hi podran connectar el seu respectiu motor. El seu

lloc designat serà al fons, darrere les plantes actuals.

També hi ha planejada la construcció de cinc instruments per a la pràctica 4, destinada a

ensenyar als alumnes comunicacions entre PLC. Aquests instruments consistiran en un PLC

encaixat dintre d’una capsa transparent per seguretat dels estudiants. Els estudiants es

comunicaran amb el PLC mitjançant l’ordinador de la pràctica 1. Aquests instruments són

petits i per tant es podran tancar en un armari amb clau, estalviant lloc al laboratori.

1.3 Objectius del Treball de Fi de Grau

L’objectiu del TFG és la migració de les pràctiques de l’assignatura d’automatització de

S7-300 a S7-1200

L’assignatura d’automatització abans funcionava amb una planta per a cada grup. Els

estudiants treballaven fent simulacions d’exercicis simples en el programa i al final, al mes de

desembre, realitzaven la programació de la planta amb S7-GRAFCET. Aquesta planificació

s’ha canviat per un sistema on els estudiants comencen a treballar en projectes de veritat des

del primer dia, mentre tenen en les memòries exemples i pràctiques per poder practicar.

Hi han dos passos fonamentals per assolir aquesta migració:

- Actualitzar l’equipament del laboratori a un nivell més modern: La indústria de

l’automatització innova molt ràpidament i per poder impartir l’assignatura amb

garanties als futurs estudiants. Per tant, a la Universitat Rovira i Virgili hauríem de ser

punters i tenir uns laboratoris al dia i no equip del segle passat.

- Proposar i construir pràctiques: Anteriorment l’assignatura consistia d’exercicis per

a definir conceptes bàsics finalitzats amb una planta que simulava un exemple simple

d’automatització amb GRAFCET, un llenguatge molt útil per a l’estudiant però que no

s’ha implementat gaire en les empreses. Amb aquest treball de fi de grau pretenem

canviar com es fan les pràctiques, substituint activitats i exercicis per plantes que

ajuden a l’estudiant a treballar en ambients més semblants a l’industrial

Amb aquest TFG volem aconseguir que els estudiants treballin amb exemples concrets que

ajudin els nostres estudiants. Cal dir que l’automatització és molt important per un enginyer

elèctric o electrònic ja que engloba una gran part dels coneixements i aplicacions de la resta

de les assignatures de la carrera. A més, l’automatització ajuda als estudiants amb aprendre

resolució de problemes, una habilitat molt necessària per a un enginyer. L’automatització

moltes vegades no es tracta de coneixements tècnics si no de saber solucionar un problema i

una de les coses que es busca dels estudiants és que sàpiguen simplificar un problema

complicat en diversos problemes més petits i simples.

Els alumnes començaran amb la pràctica 1, que és la planta FESTO que ja es feia servir.

Després podran treballar en la pràctica 2, una planta que hi ha al laboratori, molt semblant a la


13

1, la planta 3 per aprendre a treballar amb variadors de freqüència, o la planta quatre, per

aprendre a comunicar PLC’s.

Si bé de la primera pràctica tenim moltes plantes, de la resta tindrem bastant menys numero,

per tant els alumnes no faran les pràctiques en el mateix ordre. Caldrà fer una bona gestió dels

laboratoris per part dels professors de l’assignatura o assignar més grups de pràctiques dels

que hi han perquè els alumnes puguin treballar contínuament.

1.4 Viabilitat del Projecte

El preu i el nombre de hores i recursos dedicats per aquest projecte de migració pot ser

sorprenent, comptant el preu de la maquinària, salari dels tècnics... En aquest projecte han

participat moltes persones i en ocasions ha estat difícil de coordinar.

1.4.1 Persones involucrades en el Projecte

Aquest projecte ha involucrat a les següents persones:

- Rubén Navarro i Xavier Román , realitzant el projecte conjuntament.

- José Ramón López, Tutor del projecte i coordinador del projecte

- Equip de Tècnics de la Universitat, realitzant els muntatges de les plantes al laboratori.

1.4.2 Temps de Realització

Aquest projecte s’ha realitzat durant els mesos de Gener fins al final de Juliol cada dia durant

5 hores..

Les tasques d’assistència i construcció de les plantes les han realitzat el taller d’automatització

(Laboratori 106)

1.4.3 Recursos Materials

Els recursos materials necessaris per a realitzar aquesta planta han estat els següents:

Per al redactat de les pràctiques:

- 2 ordinadors amb connexió a la xarxa

- 2 Autòmats col·locats damunt de plaques per a poder treballar

- 2 accessoris per a poder donar senyals d’entrada a l’autòmat


14

Per a la construcció de la pràctica 1

Com que ja estava parcialment construïda i només s’havia de substituïr l’autòmat el

material ha estat poc.

- Un autòmat S7-1200

- 2 plaques de plàstic transparent per a protegir l’autòmat

- Cable elèctric

Per a la construcció de la pràctica 2:

- Una caixa elèctrica transparent nova

- 4 metres de canal elèctrica

- 4 metres de tub pneumàtic de 6 mm de diàmetre

- Caixa elèctrica petita

- Un PLC S7-1200

- Botons de control

- Cables amb bananes i femelles de bananes

- Botons i polsador de seguretat

- 2 Bobines per a cablejar els motors

- Cable elèctric


Per assumptes que discutirem al capítol 7 aquesta pràctica no s’ha pogut construïr i per

tant aquí indicarem els elements que hi han planejats per a la seva construcció

- Un tauler de fusta

- Un PLC S7-1200

- Un variador de freqüència

- Un motor elèctric petit AC

- 2 metres de canaletes

- 1 Bobina per a cablejar el motor

- Botons i polsadors

- Cable elèctric

- Borners


Pel mateix motiu que la pràctica 3 no s’ha pogut construir la pràctica 4. S’explicarà

perquè al capítol 7.

- Un PLC S7-1200

- Un Cable per donar corrent a l’autòmat

- Una caixa elèctrica transparent

- Cable elèctric


15

1.5 Definicions i abreviatures

PLC: Programmable Logic Controller, o Controlador Lògic Programable, o Autòmat

Programable.

API: Autòmat Programable Industrial.

PC: Controlador Programable.

LC: Lògica Cablejada

LP: Lògica Programada

TIA: TIA Portal

E/S: Entrades i Sortides

HMI: Pantalles tàctils automatitzables d’interacció operari-màquina

GRAFCET: Gràfic Funcional de Control d’Etapes i Transicions

Guia GEMMA: Guide d’Étude des Modes de Marche et Arrêt (Guia d’Estudi dels Modes de Marxa

i Parada)

2 L’AUTÒMAT

Capítol 2: Autòmat

17

2.1 Introducció

L’Autòmat és una eina molt potent a disposició de la indústria. Que ha provocat una revolució

en les cadenes de producció i en altres tasques industrials i de manufactura i processos

electromecànics.

Els PLCs, a diferència d’altres ordinadors amb finalitats més generals, pot funcionar amb

moltes entrades i sortides i té una resistència important als impactes mecànics i elèctrics i a les

vibracions que el fan molt més adequat que un ordinador normal a l’entorn industrial.

Pel que fa als components interns del PLC és molt semblant a un ordinador. Ambdós tenen un

microprocessador i memòria RAM i ROM, i uns circuits electrònics que serveixen per

comunicar l’interior amb elements externs perifèrics que el comuniquen amb l’exterior. Tot

això no serviria de res sense un software que unís tot. L’autòmat funciona amb entrades, que

reben informació de l’entorn que està controlant, i sortides que actuen en funció de les

condicions d’entrada. Aquests també poden desenvolupar accions complexes i operacions

matemàtiques. En el nostre cas, el PLC al que s’ha migrat és el S7-1200. Aquest PLC és més

ràpid i potent que l’antic S7-300 antic i ens permetrà fer servir programes de software més

moderns i rellevants en la indústria. Analitzem les característiques de cada PLC:

Figura 8: A l’esquerra l’autòmat S7-300 i a la dreta l’autòmat S7-1200

El PLC S7-300 amb la CPU 312C té una memòria de 32 KB i per tant pot suportar programes

petits i software no gaire complex. El temps de resposta a simple operacions boleanes és 0,2

µs i per a operacions amb words de 0,4 µs. A més a més té 1280 bytes dedicats a marques.

El PLC al que migrem és el S7-1200 amb CPU 1214C i té una memòria de 2 MB permetent-li

realitzar operacions molt més complicades i carregar al PLC programes més complexos. El

temps de resposta a la majoria d’operacions és de 0,1 µs i pot realitzar operacions amb words

més complicades. Té una velocitat molt impressionant de 18 µs en operacions matemàtiques i

té 8192 bytes dedicats a marques. A més a més el PLC S7-1200 permet fer servir software de

programació més potent i complex, com per exemple el TIA Portal.

De tota aquesta informació podem concloure que el PLC S7-1200 al que es migra és

millor i per tant ens permetrà donar una millor educació als estudiants.


18

2.2 Objectius

L’objectiu principal d’aquest tema és comprendre el funcionament intern de l’autòmat, saber-

ne identificar les parts i saber distingir entre ells. En aquest capítol aprendrem a:

- Determinar la evolució històrica dels Autòmats

- Especificar les avantatges i inconvenients de l’Autòmat Programable

- Presentar els camps d’aplicació de l’Autòmat

- Diferenciar un autòmat modular d’un compact.

- Conèixer l’estructura interna del PLC

- Determinar la funcionalitat de cada una de les parts de l’Autòmat

- Explicar la funció de la font d’alimentació

- Especificar les funcions de la Unitat Central de procés

- Saber la funció i tipus de memòria del PLC

- Conèixer el tipus d’entrades i sortides de l’Autòmat

2.3 Descripció del Tema

Aquest tema està dedicat exclusivament al autòmata des de l’evolució històrica, avantatges i

inconvenients respecte la lògica cablejada, la seva estructura interna i externa i el

funcionament.

2.3.1 Historia dels Autòmats Programables

Abans de que existissin Autòmats Programables la gran majoria de l’automatització industrial

es feia inicialment amb bobines, relés... L’anomenada Lògica Cablejada, de la que hem

parlat en el capítol anterior, formada per elements electromecànics. Aquest sistema té

problemes:

Poc flexible i molt difícil i costós per fer-hi cambis ja que qualsevol modificació

resulta en alteració física del connexionat. Aquest connexionat necessita molt espai.

Costs elevats degut a que els elements mecànics tenen una vida finita i causen avaries.

Aquests causen alts costos de manteniment degut a que es necessitaven coneixements

molt concrets per detectar les avaries.

La solució va ser crear una un sistema que utilitzi lògica en electrònica programable de

semiconductors per substituir els relés i utilitzar un llenguatge de programació fàcil.

El primer PLC va aparèixer a a General Motors l’any 1960. La seva memòria era de Ferrita

i estava format per circuits integrats connectats entre si. Les seves funcions eren únicament

seqüencial.


19

Figura 9: Seu Central de General Motors durant els 60

Una altra empresa d’automoció va ser la primera a fabricar un PLC comercial, el MOICON

084. Aquests nous controladors que anaven apareixent i pretenien complir les següents

funcions:

Ser fàcilment programables pels enginyers de planta.

Durabilitat i temps de vida llarg en ambients industrials.

Canvis del programa s’han de realitzar de forma senzilla.

A mitjans dels 70 a Amèrica la tecnologia dels PLC’s es van anar millorant afegint-hi més

potència i velocitat i es van començar a fer assajos amb comunicació. El primer sistema que

va aparèixer va ser el Modicon (Modbus) al 1973. Amb aquests, l’autòmat podia dialogar

amb altres PLC i podia enviar i rebre senyals de tensió.

El gran problema que van tenir els PLC’s van ser la falta de estàndarts que feien que PLC’s

de diferents fabricants fóssin incompatibles entre si. Cada fabricant feia servir protocols

diferents, codi diferent, sistema físics diferents... Aquest problema es va intentar corregir amb

un intent d’estandardització de les comunicacions durant els 80. El protocol MAP

(Manufacturing Automation Protocol) de General Motor’s. Durant els 80 es van reduir les

dimensions dels autòmats i es va passar de programar des de terminals de programació a

ordinadors personals, programant amb simbologia.

Els 90 els softwares de programació es van consolidar i el nombre de ous softwares van

decréixer. Els softwares supervivents es van anar modernitzant i popularitzant. Durant els 90

va aparèixer la programació en blocs, llista d’instruccions i C. Es desarrollen autòmats més

potents, més ràpids i amb més memòria. A més a més, es va crear l’Estàndard (IEC 1131-3).

Un intent d’unificar el sistema de programació dels autòmats a un estàndard internacional.

En l’actualitat, l’automatització realitza les parts més complexes dels processos

industrials i ha contribuït a la substitució d’altres formes de control per automatització

programada. Els ordinadors estan començant a substituir alguns autòmats en certes

aplicacions i no seria d’estranyar un futur on els ordinadors substituïssin els PLC’s.


20

2.3.2 El PLC

El PLC és una màquina electrònica (o conjunt de màquines) programable dissenyada

per controlar processos en temps real i en ambient industrial.

A més a més, amb la recent aparició de micro-autòmats, aquests s’han començat a fer servir

per a usos domèstics, com per exemple (domòtica). Els nous autòmats poden fer funcions de

càlcul numèric i regulació de servos.

Com ja s’ha comentat, el PLC va néixer com a solució als problemes que aportaven els

circuits complexos d’automatització en LC. El PLC no és res més que un aparell electrònic

que substitueix els circuits auxiliars de una automatització. En aquest es connecten entrades

(polsadors, sensors, finals de carrera...) i sortides (bobines de contactors, làmpades,

receptors...)

Un tipus de circuit d’automatisme molt estès és el de Arrancador Estrella-Triangle amb

Temporitzador. Mostrem el circuit de força i el de maniobra en LC:

Figura 10: Circuit d’arrancada Estrella Triangle en LC

I ara mostrem el mateix muntatge en LP:


21

Figura 11: Circuit d’arrancada en LP

Com podem veure el circuit cablejat es simplifica molt el procés de cablejat. Si s’ha de fer

algun canvi al sistema només s’ha de connectar l’ordinador al PLC i canviar el codi i cablejar

les E/S que s’hagin alterat. Degut a la naturalesa del PLC resulta fonamental l’ús del PLC en

indústria i en processos de control i precisió. Degut a la seva facilitat de muntatge, petit

tamany i resistència a l’entorn industrial és la opció que es fa servir més en processos

industrials.

Un canvi en el cablejat superior és tarda més de realitzar. També, si hi ha un problema, costa

més trobar on està l’error que en un software de programació. Queda demostrat, per tant

l’util·litat que té la lògica programada en vers la lògica cablejada.

2.3.3 Camps D’Aplicació del PLC

Control de Moviments de màquines (servomotors, motors...)

Premses, Estampadores, Màquines de Soldadura, Trefiladors, Embutidors.

Processos de Manufactura en Línia.

Processos no seqüencials on calgui control lògic: Forns, Ascensors, Calderes,

Ponts Grua...

Equips Pneumàtics, Hidràulics i Òleo-Hidràulics.

Regulació de Processos Fisicoquímics.

En Espais reduïts que no tinguin espai per a cablejar.

Processos canviants.

Automatització d’Habitatges i Edificis.


22

2.3.3.1 Avantatges del PLC

Fa servir LP

Menor Temps d’elaboració de Projectes

Menys espai i pesa menys.

Costa menys d’engegar, i costa menys Mà d’Obra i Manteniment.

Un Autòmat pot governar vàries Màquines.

Més fiabilitat.

Resistents a Condicions Industrials

Permet Simulacions del Codi

Facilita L’aprenentatge

Permet Comunicació entre PLC’s.

Inconvenients del PLC

Necessita de Personal Entrenat.

Els PLC’s són cars.

Substitueix treballadors per màquines.

2.3.4 Estructura i parts del PlC

2.3.4.1 Estructura Externa

L’estructura física de l’autòmat depèn de si és un PLC COMPACTE O MODULAR.

Un PLC Compacte és un tipus de PLC que té la font d’alimentació integrada al bloc amb les

entrades, sortides i CPU. S’expandeix amb mòduls similars.

Figura 12: CPU SIEMENS S7-200 Compacta

Un PLC Modular és un PLC on al seva estructura està dividia en mòduls externs. Aquests

mòduls en connecten a la CPU i entre si per crear un PLC amb les característiques que es

desitgi (CPU, Font de Potència, Mòdul d’entrades...).


23

Figura 13: El PLC S7-1200 que farem servir per al laboratori és modular

2.3.4.2 Estructura interna

La CPU

Internament, el PLC es conté diferents parts, o blocs, que juntes formen l’autòmat en si.

Seguidament podem veure una esquema de l’estructura:

Figura 14: Estructura interna de la CPU d’un autòmat programable

Els quatre blocs principals de l’autòmat són la CPU (amb la unitat de procés i el Programa

Monitor del sistema), Memòries, Entrades i Sortides i la Font d’Alimentació. Però per a

que aquest sigui operatiu també necessitem Equips de Programació, Perifèrics i dispositius

d’entrada i sortida.

La font d’Alimentació és un cas important ja que alimenta els circuits de l’autòmat. Els

diferents blocs de l’autòmat necessiten diferents tipus de tensions. Les entrades i les sortides

també necessiten tensió i signifiquen una càrrega molt important a la font de tensió, el que


24

significa que la tensió d’alimentació del Autòmat, les entrades i les sortides ha de

provindre de fonts separades.

La CPU fa servir tensió directa (24Vcc) o alterna (110/230 Vca), ambdues tensions són

freqüents a la indústria. La CPU alimenta internament els diferents blocs a partir d’aquí.

L’alimentació de les entrades i sortides poden ser molt variades. Poden ser en Vcc i Vca.

L’autòmat normalment porta una bateria per a mantenir els registres interns i el programa

emmagatzemat a la memòria RAM quan no li arriba corrent. La següent figura ens mostra la

font d’alimentació del PLC que hem escollit per les pràctiques.

Figura 15: Font d’Alimentació del S7-1200

La CPU és l’encarregada d’executar el programa que l’usuari ha carregat. També s’encarrega

de gestionar les entrades i les sortides. També és l’encarregat d’establir connexió amb altres

PLC’s o perifèrics.

Quan la CPU executa un programa descodifica instruccions successivament des de la

memòria, una a una. Cada fabricant dissenya el procés de descodificació de forma diferent,

alguns fan servir un sistema de lògica estàndard (comunicació entre memòria i CPU) d’altres

microprogramació per hardware (cablejada en el processador), o fins i tot fan servir un híbrid

dels dos. La descodificació per lògica estàndard és la més barata i lenta, mentre que la

microprogramació és més cara però té una velocitat més elevada. L’usuari no pot modificar

aquesta forma de descodificació i cada fabricant té la seva forma de descodificar codi. Aquest

també impedeix l’intercanvi de programes entre diferents autòmats, ni que el programa estigui

escrit en el mateix codi.

A continuació estudiarem les parts de la CPU:


25

Figura 16: Parts d’una CPU

Les parts de la CPu s’agrupen en tres blocs:

- La unitat de control: Governa el procés. Mitjançant el descodificador descodifica les

instruccions i decideix quin tipus de senyals ha d’emetre a les E/S mitjançant una

petita memòria ROM.

- Unitat de Procés: Realitza les operacions del procés i guarda l’informació als

registres. Està format per l’Acumulador, les Flags i el Comptador de Programa.

- Programa ROM monitor del Sistema: S’hi emmagatzema l’informació de la

seqüencia que està funcionant, les rutines de test i els errors. A més a més, en la

majoria de PLC’s, es pot afegir una memòria ROM externa.

- La combinació de CPU, memòria i programa es coneix com a Unitat de Procés o

Targeta Central.

La CPU treballa de la següent forma:

Primer llegeix les entrades digitals, després executa el programa, durant aquesta, processa les

peticions de comunicació, i a més a més, també executa el diagnòstic de la CPU, després,

escriu les sortides. Aquest és un cicle continu de treball (scan). El PLC té un sistema de

vigilància, anomenat El Watchdog. Aquest és un temporitzador que vigila el cicle d’operació.

En el cas en que es tardi massa, el Watchdog passa a estat error. Aquest sistema impedeix que

apareguin errors com bucles tancats o errors en les E/S.

La CPU té dos modes d’operació RUN i STOP. En el mode STOP, el programa no

s’executarà, romandrà pausat. En el mode RUN, el programa s’executarà normalment. Quan

la CPU canvia d’estat, de RUN a STOP, les sortides digitals i analògiques. mantenen el valor

que tenien assignat.

Funcions de la CPU

- Vigilar el temps de funcionament i execució del programa i vigilar que no sobrepassi

el temps d’escaneig. Com més petit sigui el temps més ràpid serà el temps de resposta

del PLC.

- Executar el programa de l’usuari.


26

- Renovar l’estat de les sortides en funció del programa de l’usuari.

- Comprovar que funcioni el sistema.

- Fer operacions lògiques i matemàtiques, de comparació i memorització.

- En equips avançats, tractament i tasques amb texts.

- Comunicar-se amb altres equips i amb operaris humans.

- Ordenar les transferències d’informació a E/S.

- Establir la regulació i el control necessaris.

Memòries

La memòria és on s’emmagatzema la informació del programa i tot el que es necessita per

executar. La memòria ha de controlar certs paràmetres:

Dades del procés:

o Senyals de planta, d’entrada i sortida

o Variables internes

o Dades alfanumèriques i constants.

Dades de control

o Programa (instruccions de l’usuari)

o Configuració dels autòmats.

La memòria d’un PLC és una Memòria de Semiconductor, un dispositiu electrònic que

emmagatzema bits (1 és alt voltatge, 0 és no o baix voltatge). Les posicions es poden llegir

d’una en una (bit), de 8 en 8 (byte) o de 16 en 16 (word). Una CPU té diferents tipus de

memòries:

RAM (Random Access Memory): Memòria de lectura-escriptura per procediment elèctric.

Caràcter volàtil.

ROM (Read Only Memory): Memòria exclusivament de lectura.

PROM (Programable Read-Only Memory): Memòria ROM progamable però no esborrable.

EPROM (Erasable Programable Read-Only Memory): Memòria de lectura programable.

Només borrable mitjançant raigs Ultravioletes.

EEPROM (Electrically Erasable Programable Read-Only Memory): Memòries de lectura

alterables amb mitjans elèctrics. Memòries més lentes. El nombre de lectures i esborrades no

és infinit.

La CPU fa servir les memòries de dos formes diferents:

Memòria de Dades: emmagatzema dades o càlculs “intermitgs”. Aquestes són dades

que no apareixen directament sobre les sortides i reflecteixen els últims estats de les

Entrades i les Sortides. Fan servir memòries RAM.


27

Memòria d’Usuari: Conté la seqüència d’operacions que s’han de realitzar i les

paràmetres del Autòmat. Abans es feia servir combinacions de RAM+ Pila, i encara

es fan servir molt, però actualment s’estan popularitzant la combinació

RAM+EEPROM, per ser més segures i requerir menys manteniment.

La memòria i el programa del sistema també tenen les seves divisions.

La memòria del sistema és una memòria temporal ocupada per programes del sistema. És

una memòria RAM

El programa del sistema, o firmware, és on s’hi emmagatzema un programa fixe (sistema

operatiu) grabat per el fabricant per a contenir les rutines d’inicialització, test i error de

funcionament de l’Autòmat. És memòria ROM.

Comunicació Interna: El Bus

El Bus intern és un conjunt de línies i connexions internes que permeten la connexió

elèctrica entre la unitat de control, la memòria i les interfícies E/S. Per minimitzar el

número de connexions, el connexionat de les parts serà seqüencial. Aquests busos estan fets

perquè només un component a la vegada ocupi el bus ja que si no es barrejarien les senyals.

La composició exacta del bus depèn de cada fabricant.

El bus intern es compon de tres busos característics i el bus de comunicacions:

- Bus de dades: Transferències de dades per el sistema

- Bus de direccions: A través, es direccionen la memòria i els perifèrics.

- Bus de control: Format per totes les connexions que governen els intercanvis

d’informació.

- Bus de comunicacions: Comunicació amb perifèrics o sistemes computaritzats.

2.3.4.3 Entrades i Sortides

Les entrades i les sortides són components que permeten comunicar l’autòmat amb els

elements que controlen. Mitjançant les entrades, l’Autòmat rep informació sobre l’estat del

sistema que controla. Mitjançant les sortides l’Autòmat interactua en el sistema.

Entrades

Les entrades són botons, sensors, lectors o termòmetres, per exemple. En si les entrades són

de dos tipus: Digitals (un o un altre valor, informació binària) o Analògics (rang continu de

valors possibles). Tant les entrades com les sortides han d’estar ben connectades per tal de

poder emetre (o rebre en el cas de les sortides) senyals elèctriques.


28

Sortides

Els dispositius de sortida, o actuadors, són les parts de l’autòmat que actuen directa o

indirectament amb les ordres de l’autòmat. Aquests són pistons, relés...

Les sortides han de estar connectades amb la mateixa tensió.

2.3.4.4 Sistemes d’Entrades i Sortides

Els Autòmats compactes tenen les E/S en un sol bloc. Els Autòmats Modulars poden tenir

blocs d’E/S acoplats. Aquests són mòduls que es connecten al bus de dades del PLC.

Figura 17: Mòdul d’E/S per al PLC S7-1200

Aquests mòduls poden tenir combinacions analògiques i digitals d’E/S. Hi ha mòduls amb

entrades i sortides digitals i un parell d’analògiques o totalment analògic o totalment digital.

Aquestes E/S poden ser de corrent continua o alterna, però totes les entrades i sortides iguals

en la majoria de casos. També n’hi han que tenen el voltatge lliure. Hi ha una quantitat molt

gran de tipus d’E/S diferents amb molt tipus de variables.

2.3.4.5 Unitats d’E/S Especials

Hi ha una enorme quantitat de variables que poden presentar-se com a senyals de

procés. Per tant, també existeixen un gran nombre de mòduls per a representar les senyals.

1. Targetes de control de temperatura: Faciliten el control de sistemes de temperatura.

2. Targetes de control de motor pas a pas: Generen trens d’impulsos necessàries per

alimentar directament l’accionador. Els Autòmats reben informació sobre la posició

del motor mitjançant encoders.

3. Targetes de control de posició de servomotor: Utilitzen el processador central per a

realitzar algoritmes de control PID.

4. Targetes de control PID: Permeten la lectura de senyals analògiques i la seva

generació per al control d’un procés.

5. Mòduls ASCII: Permeten l’intercanvi d’informació amb senyals no intel·ligents.


29

6. Targetes controladores de comunicació: Aquestes unitats permeten a l’Autòmat enviar

i rebre informació entre ell i ordinadors, altres PLC’s o controladors.

2.4 Ítem Corresponent

Aquest tema te relació amb els Ítems següents

Ítem 0 Introducció al Laboratori d’Automatització: Aquest Ítem consisteix la primera

introducció dels estudiants al laboratori. En aquest Ítem, en l’apartat 2.2 s’introdueix el PLC

com a entitat del lloc de treball, especialment describint l’autòmat S7-1200.

Ítem 1 Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica: En l’apartat 5.2 d’aquest ítem

es parla d’entrades i sortides a nivell de software i hardware. A més a més, la planta d’aquest

Ítem proporciona una placa per a realitzar les connexions d’entrades i sortides més facilment i

en baixa tensió.

2.5 Conclusions

Els PLC’s són elements electrònics que des que es van crear, han augmentat en complexitat i

potència. Ara mateix hi ha molts fabricants diferents de PLC’s i una gran varietat de mòduls,

models i extensions. Les tasques que desenvolupen també són diferents. El PLC ha contribuït

a l’augment de productivitat de l’indústria, fent que hi hagin més béns disponibles per menys

preu.

Comprendre els PLC’s és un dels objectius de l’assignatura i dels laboratoris. És important

que comprenguin com funciona un PLC interiorment, i sobretot com funciona la CPU. Per un

enginyer elèctric o electrònic que vagi a treballar en la indústria conèixer les aplicacions i els

avantatges dels Autòmats programables.

Les pràctiques 0 i 1 expliquen els autòmats programables en el context de les pràctiques.

Determinem que hem aconseguit els objectius marcats en aquest capítol.

3 LA PROGRAMACIÓ

Capítol 3: La Programació

31

3.1 Introducció

Els Autòmats estan formats per parts físiques, el Hardware i per parts “no tangibles”

que formen part internament de l’Autòmat, l’anomenat software.

Un programa és el software que s’inserta en forma d’instruccions a la memòria de la CPU per

a que realitzi tasques. Cal aclarir que el programa que l’usuari crea i carrega a la memòria de

la màquina és software, però no tot el software que conté el PLC, ja que també s’ha de

comptar el firmware.

La programació d’un autòmat consisteix en introduir línies de codi (o instruccions) mitjançant

un hardware extern, sigui un terminal de programació, o la forma més moderna, des d’un

ordinador. Al igual que cada fabricant fa servir dissenys diferents dels components interiors

del PLC, el llenguatge que fan servir també es únic pel fabricant. Cada model d’Autòmat ha

de fer servir el software de programació del seu fabricant, i moltes vegades el llenguatge és

diferent i tot.

Aquests llenguatges poden ser de dos formes: literal o gràfic. En molts casos, els llenguatges

entre diferents fabricants només varien en les formes d’escriure les adreces, i en d’altres són

nous llenguatges en si.

Aquest projecte no pretén ser una eina d’estudi i ensenyança dels alumnes, això és tasca del

professor. Les explicacions de diferents tipus de llenguatges són purament informatives i no

s’expliquen a gran detall. La finalitat d’aquest capítol és definir aquests llenguatges i proposar

exercicis que puguin ajudar a entendre millor l’entorn on es desenvolupen aquests

llenguatges.

3.2 Objectius

En aquest capítol es vol explicar i donar exemples de les diferents formes de programar un

Autòmat de Siemens, que són els que s’han fet servir per aquest projecte. Per tant els temes

que tractarem són els següents:

- El programa i el que engloba

- Conèixer diferents llenguatges

- Tipus d’instruccions

- Aprendre a programar els llenguatges KOP i AWL de Siemens, dos dels més comuns.


3.3.1 El Programa

El programa és el conjunt d’instruccions, ordres i simbologia que l’autòmat pot descodificar

per a realitzar la tasca desitjada. La llista que engloba les instruccions, ordres i simbologia

completes s’anomena llenguatge de programació.


32

El llenguatge es va dissenyar en el moment que es van crear els primers autòmats per a que

fos fàcil d’aprendre i de programar pels electricistes i enginyers d’aquells temps, però el

llenguatge ha anat evolucionant en el llarg del temps. No hi ha un codi estàndard entre els

fabricants. Molts dels fabricants fan servir bases i simbologies semblants, però d’altres tenen

llenguatges completament diferents. Els llenguatges es poden classificar de la següent forma:

- Algebraics: Booleans o Text Estructurat.

- Gràfics: S7-Grafcet, Diagrames de Contactes, Diagrames de Funcions, Organigrames.

Figura 18: Diagrama de Funcions de l’Empresa Siemens

El programa està format principalment per instruccions. La instrucció és la unitat

independent més petita d’un programa creat per l’usuari. En cada instrucció l’usuari indica

què vol que l’Autòmat faci: llegir una entrada, comprovar dues condicions, desactivar

sortida... Les instruccions determinen el que el PLC ha de fer. L’instrucció consta de dues

parts: Operació i Operant. L’Operant també es divideix entre Identificador d’Operant i

Paràmetre, però no totes les instruccions segueixen aquest paràmetre.

L’Operació d’una instrucció indica a la CPU QUÈ s’ha de fer. La classe d’instrucció que s’ha

d’utilitzar. Pot ser un codi numèric, simbòlic o booleà.

L’Operant de la instrucció indica o bé una constant o bé una direcció d’un bit de memòria

(objecte de dades) amb el que executar una combinació o tasca. Mitjançant el software de

programació, a aquest operant se li pot donar un nom simbòlic, una designació absoluta, o una

mescla entre els dos.

Exemple d’un programa en diagrama de contactes (Llenguatge de Siemens TIA Portal- KOP):

Figura 19: Programa en KOP

Exemple del mateix programa en llista d’instruccions (Llenguatge de Siemens S7-AWL):


33

U %I0.0

U %I0.1

O %I0.2

= %Q0.0

Figura 20: Programa en AWL

Exemple del mateix programa en Diagrama de Funcions (Llenguatge de Siemens (FUP)

Figura 21: Exemple en FUP

Parts de la instrucció

Figura 22: Figura que ensenya les parts d’una instrucció

3.3.2 Pasos de la programació de l’Autòmat

Per a programar una tasca per a que la realitzi un autòmat es pot fer de moltes formes

diferents depenent del software i el fabricant que es fa servir i fins i tot de l’estil de

programació de l’operari. Però, en principi, els passos bàsics són els següents:


34

1. Determinar els objectius a realitzar:

Per a codificar satisfactòriament una tasca és molt important saber quins són els objectius que

s’han de complir i en quin ordre s’han de realitzar les tasques programades per assolir aquest.

En aquest pas de preparació, també s’escolleix el tipus de llenguatge que es vol fer servir.

2. Assignar entrades i sortides

Quan s’hagin definit les tasques i determinat els dispositius d’E/S que s’utilitzaran i com

s’utilitzaran, aquests s’han d’assignar als punts d’Entrades o Sortides del PLC. Físicament, es

connectarà l’element a la ranura d’entarda i sortida corresponent. En el software s’assignarà la

direcció corresponent a la ranura on cada dispositiu s’ha muntat.

3. Crear el programa

Representar el programa desitjat en el software de programació. En aquest pas es presta

especial atenció a la relació de les funcions entre elles i les seqüències que han de seguir.

4. Introducció del programa a la CPU

Una vegada creat el programa, aquest s’introdueix a la CPU. Durant aquest procés, el

software converteix el programa codificat amb un llenguatge de programació comprensible

per a l’usuari, en el llenguatge que fa servir el PLC. No en tots els softwares es fa aquesta

conversió, per tant, en aquests s’haurà de realitzar la conversió manualment abans de carregar.

De totes formes, el programa sempre acaba emmagatzemat en la memòria.

5. Executar el programa

Executar el programa creat per primera vegada és el primer pas per corregir els errors.

6. Debugging

“Debugging” és l’acte de comprovar el programa i provar-lo en l’ambient de treball i corregir

els errors fins a aconseguir que el programa funcioni com es vol. Depurar-lo de errors.

3.3.3 Llenguatges de programació

En aquest apartat s’explicaran alguns dels llenguatges descrits anteriorment. Tot i que tots els

llenguatges d’un mateix tipus segueixen mes o menys les mateixes normes, cada fabricant fa

servir els seus propis llenguatges i per tant tenen algunes diferències entre si.

Ja que aquest treball està basat en PLC’s Siemens, seguidament estudiarem tipus de

llenguatges anteriors que ofereix la casa d’automatització Siemens.

3.3.3.1 Diagrama de contactes (KOP)

El llenguatge KOP és un llenguatge de programació gràfic per diagrama de contactes de

Siemens. Si mirem el gràfic 24 podem identificar que un diagrama en KOP consisteix en

contactes dissenyats a partir de dues línies verticals (busos). En KOP, els contactes (o

condicions) es situen horitzontalment al bus esquerre ( bus de potència) de la forma com


35

convingui segons la situació d’aquesta forma s’estableixen les condicions que ha de tenir el

programa. Les línies de instruccions sempre finalitzen amb una acció (instrucció) i aquesta va

connectada al bus dret (bus neutre).

Figura 24: Esquema d’un codi en TIA Portal KOP

Aquest llenguatge sempre ha estat intuïtiu i fàcil d’ensenyar a tècnics i electricistes.

Instruccions més usades

- Contactes normalment oberts i tancats

Figura 25: Contactes

Els contactes normalment oberts i tancats són instruccions de comprovació. Comproven

l’estat del bit que marquen. El contacte normalment obert és una instrucció que és certa quan

el bit que se li ha associat està activat. El contacte normalment tancat és una instrucció que és

certa quan el bit que l’hi és associat està tancat.

Normalment, en cas d’entrades es fan servir polsadors normalment oberts per funcions que

siguin per posar en marxa equips. Les funcions que paren els equip solen ser tancats.

La Bobina del relé es una instrucció d’acció que mentre està validada activa el seu bit

associat. També hi ha bobines negades, que funcionen igual que els contactes normalment

tancats però no són tan utilitzats.

Figura 26: Bobines, una oberta i l’altre tancada

Les Bobines SET i RESET són bobines de memòria. Quan es valida una bobina SET,

aquesta activa el seu bit associat i el manté activat fins i tot quan la bobina deixi de estar

validada. El bit només es desactivarà quan es validi una bobina RESET associada a aquest bit.


36

Mentre el RESET d’una bobina estigui activat, el bit associat no podrà canviar d’estat. En el

moment en que es desactiva el RESET el bit romandrà en l’estat actual però desbloquejat. El

mateix passa amb el set. Si el SET i el RESET d’una mateixa bobina estan activats alhora el

que passi depèn del fabricant, però normalment el RESET té prioritat sobre el SET i apaga

el bit.

Un altre element de la programació en KOP són els Blocs de Programació. Aquests blocs

poden ser temporitzadors, comptadors, comparacions.... Els blocs que més es fan servir

solen ser els de temporització.

Exemples d’utilització

Circuit en sèrie:

Quan programes en sèrie les estàs “sumant”(AND) condicions. En el cas d’aquest exemple les

dues condicions hauran de ser certes per a que actuï la bobina.

Circuit en paral·lel:

Els circuits en paral·lel són instruccions que són alternatives una de l’altra (OR). En el cas de

l’exemple següent, la bobina s’activarà si qualsevol de les dos condicions està activa.

Figura 27: Exemple de programa en KOP utilitzant múltiples OR i AND

3.3.3.2 Llenguatges booleans o llista d’instruccions (AWL)

El llenguatge AWL és un llenguatge de forma de llista d’instruccions escrita, molt pròxima al

llenguatge màquina. Les operacions, representades per una o dos lletres van seguides dels

operants. Aquest llenguatge permet obtenir programes més ràpids i que utilitzen menys

memòria. La seva contrapartida és que per la seva naturalesa és més difícil d’aprendre i

menys intuïtiu. El llenguatge està basat en instruccions que segueixen l’àlgebra de Boole.

Figura 28: Una instrucció en KOP traduïda a AWL. Es destaca que el nom donat a la variable no es fa servir en AWL


37

Aquestes instruccions booleanes es complementen amb altres instruccions especials que

permeten utilitzar elements de l’automatització, com per exemple aritmètica, comparació,

temporització i manipulació de dades entre d’altres. Seguidament es mostra una taula amb

instruccions bàsiques de llenguatge AWL:

Instrucció

SIEMENS

Descripció

U Funció lògica AND (contacte en sèrie obert)

O Funció lògica OR (contacte paral·lel obert)

= Asignació

UN Contacte en sèrie normalment tancat

ON Contacte paral·lel normalment tancat

NOT Negació

S Fixa una variable a estat “1” (SET)

R Fixa una variable a estat “0” (RESET)

FP Detecta flanc de pujada d’una senyal

FN Detecta flanc de baixada d’ una senyal

SPA Salt incondicional

Figura 29: Taula de equivalència d’instruccions entre KOP i AWL

3.3.3.3 Diagrama de Funcions (FUP)

El diagrama de funcions és un mètode gràfic en el que les funcions lògiques es representen

mitjançant símbols rectangulars. Aquests símbols estan escrits a les normes DIN 40700 i DIN

40719. Aquests blocs tenen una funcionalitat definida de fàbrica de tal forma que l’usuari

només l’hi ha de donar les entrades i les sortides que li corresponen. Aquests blocs també

inclouen seqüencies típiques de l’automatització com temporitzadors i comptadors.

La programació en diagrames de funcions només es pot aplicar en aplicacions amb variables

booleanes (tot o res) i alguns dels blocs especials dels que hem parlat. Això és degut a que

aquest mètode no arriba a la complexitat d’algunes operacions disponibles en llistes

d’instruccions i diagrames de contactes.

El Diagrama de Funcions de Siemens es diu FUP.


38

Figura 30: Algunes de les operacions en FUP

3.3.3.4 S7- GRAFCET

GRAFCET (o Gràfic Funcional de Control d’Etapes i Transicions) és un mètode gràfic

d’automatització basat en etapes i la transició entre elles. És una forma molt simple i potent

de programar. GRAFCET és una eina utilitzada per que permet trascindir la descripció i

interpretació gràfica d’un procés. El mètode GRAFCET consisteix en un mètode en el que un

procés passa d’una etapa (o acció) a una altra quan es compleix una condició. D’aquesta

forma pots controlar un procés de forma simple.

Per a complementar el GRAFCET s’han creat una sèrie d’útils metodològics. El més

destacable és la Guia GEMMA (Guide d’Étude des Modes de Marche et Arrêt). Aquests

útils complementen el GRAFCET per fer-lo servir com a eina de disseny a més a més de

mètode descriptiu.

S7-GRAFCET és un software de programació de Siemens.

Figura 31: Exemple d’un GRAFCET

Figura 32: Parts d’un GRACET


39

S’ha de destacar que hi han pocs autòmats que suporten la implementació directa de

GRAFCET. Molts han de traduir el programa de GRAFCET a un format que el software

reconegi. S’ampliarà informació sobre el GRAFCET en el capítol corresponent.

3.3.3.5 Text estructurat i altres llenguatges de programació poc comuns

El Text estructurat (altrament conegut com a Llenguatge d’alt nivell) és un altre tipus de

llenguatge industrial, però, com que no es tracta durant les pràctiques ni és altament utilitzat

industrialment, només l’enunciem i no l’expliquem al detall com als demés.

Aquest és un llenguatge proper a un llenguatge informàtic ja que cada vegada més els

ordinadors es fan servir en aplicacions industrials. D’aquesta manera, informàtics que passen

al món de l’automatització poden aprendre un llenguatge de programació d’autòmats fàcil i

rapidament.

Un altre llenguatge de programació no gaire utilitzat és el Diagrama de flux/Organigrama. És

un llenguatge semblant al GRAFCET amb la funció de mostrar amb claredat l’evolució del

programa.

3.3.3.6 Estàndard IE 1131-3

Actualment existeixen molts tipus d’incompatibilitat entre els llenguatges de programació

de diferents fabricants. Fins i tot quan dos fabricants fan servir el mateix tipus de llenguatge

no descriuen les adreces de la mateixa forma i la càrrega de programes al PLC és diferent en

cada fabricant. Per a l’usuari això significa alts costos, molt poca flexibilitat i falta de

normalització en perifèrics i sistemes de control. L’estàndard IE 1131-3 és l’esforç actual

per a l’estandarització d’Autòmats programables i els seus perifèrics, incluint els llenguatges

de programació de cada fabricant. Aquesta norma està dividida en cinc parts:

Vista General

Hardware

Llenguatge de programació

Guies d’usuari

Comunicació

IE 1131-3 és una guia realitzada amb molt d’esforç i negociació entre 7 grans

multinacionals veteranes de l’indústria de l’automatització. El manual és de 200 pàgines i

conté més de 60 taules. L’estandarització d’aquesta norma abarca sintaxis, semàntica i

estructura del llenguatge de programació i el software

Aquesta norma generalment conté elements comuns (tipus de dades, sintaxis i configuració de

variables i configuració) i els llenguatges de programació.


40

3.3.4 Estructures de programació

L’autòmat executa els programes de forma cíclica. El software executa el programa en forma

d’escombrat (o barrido ) des de la primera línia o instrucció, fins a la última. En funció de

com executi l’escombrat del programa es distingeixen els següents sistemes de programació:

Programació Lineal (salts condicionals i incondicionals)

Programació Estructurada (programació modular i subrutines)

Programes Paral·lels

3.3.4.1 Programació Lineal

Es dona programació lineal quan les instruccions estan gravades a la memòria una seguida de

l’altre en seqüència lineal. La CPU consultarà aquestes instruccions en aquest ordre. És la

metodologia de programació més usada en mini i microautòmats.

Podem alterar l’ordre de lectura d’instruccions mitjançant Instruccions de Modificació de

Cicle. Hi han dos tipus de formes de modificació de cicle:

- Salts condicionals i incondicionals

- Relé Mestre de Control

3.3.4.2 Programació Estructurada

La programació estructurada divideix la tasca a programar en subprogrames que s’executen

(escrutinitzen) des d’un programa arrel o principal. Hi han vàries formes de realitzar

programació estructurada:

- Programació Modular

Un tipus de programació on pràcticament tota la tasca es realitza en mòduls independents amb

una execució organitzada des del mòdul principal. Cada fabricant programa els seus mòduls

diferents però nosaltres ens basarem en Siemens. L’estructura Modular de Siemens és la

següent:

- Mòdul d’Organització (OB): Mòdul d’organització que funciona com a link entre el

sistema operatiu i la interfase de comandament.

- Mòdul de Programa (PB): Mòduls que contenen el programa de control del projecte

a automatitzar.

- Mòdul de Pas (SB): Aquests mòduls processen comandaments seqüencials entre

Mòduls. Forma part del sistema operatiu.

- Mòduls Funcionals (FB): Mòduls on es programen funcions de comandament.

- Mòduls de Dades (DB): En aquests mòduls es dipositen les dades que han de ser

processades.


41

Figura 33: Organització dels mòduls de programació

- Subrutines

S’anomena Subrutina a la seqüència d’instruccions que es repeteixen moltes vegades. En

comptes d’escriure aquest codi nombroses vegades, es pot donar-li un nom a la subrutina i

utilitzar-la cada vegada que calgui utilitzant una “crida” (o call).

La Subrutina és una unitat autosuficient, que es compila separadament i que pot ser utilitzada

per altres subrutines.

Figura 34: El programa principal pot cridar subrutines, i una subrutina pot cridar-ne una altra

3.4 Exemples d’Aplicació

1. Es desitja realitzar el control d’arrancada temporitzat d’un motor asíncron. La forma

d’actuar serà la següent: Al polsar el polsador de Marxa “M” (%I0.0) i passats 5

segons el motor M1 es posa en marxa mitjançant la bobina “S” (%Q0.0). La

maniobra s’ha d’iniciar mitjançant “M” i s’ha de parar mitjançant el polsador de

parada “P” (%I0.1). Realitza el programa en AWL.

Taula de Variables

Nom Descripció Assignació

Entrades

M Polsador de Marxa %I0.0

P Polsador de Parada %I0.1

Sortides

S Bobina del Motor M1 %Q0.0


42

AWL

U M

L ST5#5s

SI T1

U T1

U P

R T1

No Po

No Po

U T1

= S

2. Una aplicació clàssica de l’automatització industrial és la de realitzar el control

d’arrancada i parada d’un motor trifàsic. En la programació bàsica d’un motor

arrancada-parada, la forma d’actuar és la següent: Al polsar el polsador de RUN

s’activa la bobina KM1 i el seu contacte obert. Això provoca la retenció de la bobina

KM1 fent que el motor quedi encès permanentment a pesar de que deixem d’actuar

el polsador RUN. Per parar el motor s’ha d’activar el polsador STOP

momentàniament. El motor també disposa d’un relé tèrmic X1 i una làmpada de

senyalització LAMP. El motor s’ha de parar si es dispara el relé tèrmic. En tot

moment en el que el relé tèrmic estigui actiu la senyalització LAMP ha d’estar

activada. Realitza l’esquema d’arrancada-parada amb KOP i AWL.

Taula de Variables


Entrades

X1 Contacte Relé Tèrmic %I0.0

RUN Polsador de Marxa %I0.1

STOP Polsador de Parada %I0.2

Sortides

KM1 Bobina del Contactor del Motor %Q0.0

LAMP Làmpada de senyalització %Q0.1


43

KOP

AWL

UN X1 U X1

UN STOP = LAMP

U(

O RUN

O KM1

)

= KM1

3.5 Exercicis Proposats

Els exercicis que es proposen per a treballar aquest capítol són els següents:

1. En el mòdul d’operació (OB1) següent tenim el següet programa en KOP. S’ha de

convertir en un programa d’instruccions AWL.

2. En el segon mòdul d’operació del nostre programa (OB2) tenim el següent codi en

AWL. Construeix un programa equivalent en KOP.

UN %I0.0 U(

O %I0.4 U(

U %I0.1 ON %I0.0

UN %I0.1 O %I0.4


44

O( )

U %I0.5 U %I0.1

O %I1.0 UN %I0.2

UN %I0.6 O

U %I0.7 U(

) O %I0.5

U %I0.3 O %I1.0

ON %I1.1 )

= %Q0.0 UN %I0.6

U %I0.7

)

U %I0.3

ON %I1.1

= %Q0.0

3. Programa en FUP el següent programa de KOP mitjançant una marca (%M1.0) que

s’encarregarà d’emmagatzemar el resultat de les dos rames inferiors.

4. Programa en KOP el codi per a fer funcionar una perforadora de sobretaula. Aquesta

perforadora ha de funcionar de la següent manera: Quan l’usuari apreta el botó de

marxa (M) la perforadora ha de descendre fins a arribar al final de carrera 2 (FC2). La

perforadora no s’encendrà si no hi ha la porta de protecció tancada (S1). Quan arriba

al FC2, la perforadora ascendeix fins a arribar al final de carrera 1 (FC1). El final de

carrera 1 marca la fi del recorregut i la perforadora es para. Aquesta perforadora

autòmatica té una bobina per al seu motor quan baixa (KM1) i quan puja (KM2) i un

relé tèrmic (KM3). Quan el relé tèrmic s’activi, ha de parar el motor i encendres la

llum de senyalització (LAMP). Aquesta funció s’ha de poder parar en qualsevol

moment mitjançant el botó de parada (STOP).


45

Taula de Variables


Entrades

M Polsador de Marxa %I0.0

FC1 Final de Carrera Superior %I0.1

STOP Polsador de Parada %I0.2

FC2 Final de Carrera inferior %I0.3

S1 Sensor de Porta de Seguretat Tancada %I0.4

Sortides

KM1 Bobina del Contactor del Motor en Baixada %Q0.0

LAMP Làmpara de senyalització %Q0.1

KM2 Bobina del Contactor del Motor en Pujada %Q0.2

KM3 Relé Tèrmic %Q0.3

5. Tenim un dipòsit d’aigua. Aquest Dipòsit està governat per un panell de control i

accionat mitjançant una bomba (KM1). Podem sel·leccionar en aquest panell mode

Manual (M) o mode Automàtic (A). El nivell del dipòsit està controlat per dos boies

(finals de carrera). En mode manual volem que la bomba s’engegui i no fagui cas de

les boies fins que parem el mode manual. En mode automàtic volem que l’aigua es

mantingui entre les dos boies. Quan el nivell arribi a la boia inferior (FC1) volem que

s’engegui la bomba, i que es pari quan arribi a la boia superior (FC2). A més a més,

tenim un relé tèrmic (KM2) que actua tant en manual com en automàtic. Quan aquest

relé salta s’ha de parar la bomba. Tenim dos indicadors lluminosos, (L1) és una llum

verda al panell de control que s’encén quan la bomba està en marxa i (L2) és una llum

vermella que està al costat de la L1 i que s’encén quan el relé tèrmic salta. Dissenya el

codi per aquest automatisme en KOP i escriu-ne la taula de variables.

3.6 Item corresponent

El tema de programació correspon als següents items:

Ítem 0 Introducció al Laboratori d’Automatització: Al llarg de tot l’Ítem hem utilitzat el

llenguatge de programació KOP per a realitzar tots els exemples de programació i l’exercici a

realitzar.

Ítem 1 Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica: En aquest Ítem s’introdueixen

molts dels contactes i elements del llenguatge KOP, el llenguatge que es farà servir per la

majoria dels Ítems.

Ítem 2 Automatització de la Segona Planta Electropneumàtica: En aquest Ítem es demana que

l’objectiu de la pràctica es realitzi en S7-KOP.

Ítem 3 Automatització d’un Motor mitjançant un Variador de Freqüència: En aquest Ítem es

demana que l’objectiu de la pràctica es realitzi en S7-KOP.

Ítem 4 Comunicació entre PLC’s: En aquest Ítem es demana que l’objectiu de la pràctica es

realitzi en S7-KOP.


46

3.7 Conclusions

Un dels grans problemes que ha tingut l’automatització sempre ha estat la diferència de

llenguatges i els problemes que aquests poden afegir a una indústria. Cada llenguatge és

diferent i tot i que es basen amb similars conceptes no tots fan el mateix igual de bé. Cada

llenguatge té un fort. A més a més de que cada llenguatge sigui diferent, un mateix llenguatge

desenvolupat per diferents fabricants també serà diferent.

Els tècnics de manteniment, programadors i la resta de personal d’automatització d’una

indústria han de tenir en compte les diferencies de llenguatges, el tipus d’autòmats disponibles

i esforços per a que el personal aprengui nous llenguatges. Exercicis de cooperació industrial

són necessàris, com l’Estàndard IE 1131-3, en una indústria on els ordinadors, màquines amb

llenguatges universals, amenacen en ocupar el lloc dels PLC.

N’és testament el fet que hem volgut presentar els llenguatges per categories, que tenen una

base comuna, en comptes de llistar llenguatges de fabricants. Ens hem centrat amb Siemens

perquè és el que es treballa al laboratori però la base explicada aquí serveix per com a

llenguatge per a les empreses que no varien gaire de l’estàndard.

A tot això s’ha d’afegir el fet que cada persona programa de forma diferent. S’han explicat les

programacions lineals i estructurades una mica per sobre. Aquests tipus són una part

fonamental del capítol ja que cal explicar que moltes vegades dos codis programats per a fer

el mateix, poden ser completament diferents. Creiem que hem complert els objectius marcats

en aquest capítol.

4 EL TIA PORTAL

Capítol 4: El TIA Portal

48

4.1 Introducció

Per a realitzar la migració de les pràctiques d’automatització s’ha escollit el PLC S7-1200 de

Siemens. Aquest PLC funciona amb el programa TIA Portal, un software pioner que Siemens

porta molt de temps treballant. TIA Portal és un programa diferent a la resta de softwares de

programació convencionals, les seves sigles volen dir: Totally Integrated Automation Portal

(de l’anglès: Portal d’Automatització Totalment Integrat). TIA Portal és únic en el fet que

integra software de programació i entorn de programació i això el converteix en una de les

eines de programació més potents i versàtils del mercat. La idea darrere la creació d’aquest

software: crear un software que permetés a l’usuari realitzar totes les tasques d’un procés de

programació en un mateix programa.

TIA Portal és un programa que va començar fa uns anys. Aquest no va resultar gaire popular,

ja que l’idea original per a crear aquest software el va fer unintuïtiu i molt difícil de fer servir.

Siemens ha modificat moltes vegades el software i l’ha anat millorant molt diligentment per a

millorar aquests problemes fins al punt que fa molt poc les empreses ja estan començant a

adoptar ja que s’ha tornat en una de les eines més potents i versàtils del mercat

d’automatització.

El software TIA Portal que utilitzarem és la versió 13, la versió més actualitzada al moment

de redactar aquest projecte. Aquest presenta una barreja única de software de programació i

entorn de programació que la fa molt atractiva per a ensenyar a estudiants automatització per

a primera vegada. L’entorn de programació és net i intuïtiu i et permet navegar per el

programa sense entrar dintre el que és directament a la pantalla de programació, que és molt

complexa i plena de icones i botons. Entrar a la pantalla de programació directament per a una

persona nova a l’automatització és un salt molt gran i el TIA Portal és molt complex, més que

la majoria de programes.

Cal que els estudiants s’habituïn a fer servir aquest programa ja que només faran servir aquest

en tota l’assignatura.

4.2 Objectius

L’objectiu d’aquest capítol és explicar al lector el software de programació i les seves

finalitats. En aquest capítol explicarem:

- El TIA Portal i la seva composició

- Navegació en el Portal

- Exemple simple de com programar amb TIA

- Com pot ajudar el TIA Portal als estudiants


Cal destacar que parts d’aquest capítol seran molt semblants a la introducció de l’Ítem 0, on

s’explica a l’estudiant l’estructura i com funciona el TIA Portal molt detalladament.


49

4.3.1 Entorn de Programació TIA Portal

L’entorn de programació de TIA Portal consisteix en software i hardware, o sigui, el software

de programació TIA Portal i el PLC al que programa. Junts controlen el procés industrial.

Figura 35: El TIA només necessita un PLC per a automatitzar un procés ja que no necessita altres programes

TIA Portal porta molts anys en desenvolupament i ha anat integrant moltes eines diferents per

a controlar millor 30el projecte. De fet, l’única eina que no té és un simulador, que es

subministra en un programa separat molt bàsic. Aquest programa, anomenat S7-

PLCSIM, és simple i realitza la tasca de simular el programa molt precàriament. Simulació és

una de les tasques més importants, i que per tant, molts softwares inclouen en els seus

paquets. El TIA està equipat per a controlar i comunicar-se amb controladors i PLC’s, però

també HMI’s (Pantalles de Comunicació Operari- Màquina) entre d’altres. El programa està

dividit en dos vistes: La vista del projecte i la vista del portal. Aquesta és una de les grans

diferencies que té el TIA quan el comparem am programes d’automatització normals.


50

Figura 36: Vista del PLCSIM, software de simulació, treballant juntament amb el TIA. Es nota en la figura que són dos

programes diferents

La vista del projecte representa la vista normal d’un software d’automatització. En aquesta

vista es pot programar i navegar per el programa. En TIA, aquesta vista et permet navegar

entre blocs de programació, autòmats i connexions de comunicació. Quan selecciones un bloc

de programació apareix al centre un espai per a programar. Aquest espai és personalitzable, és

a dir, si poden personalitzar les icones, i pot programar en KOP o AWL. Aquesta vista és

molt comuna de la majoria de softwares d’automatització. Degut a la gran quantitat d’eines

que conté aquest software, aquesta vista és molt complicada i molt difícil de navegar per a

persones noves al software. Aquest problema va comportar a la creació de la vista del portal

per part de Siemens. La vista del projecte és una vista complexa i potent per a programar

i gestionar completament un PLC.

La vista del portal és la primera vista que s’obra al obrir el projecte. En aquesta vista

s’obre el projecte en el que es vol treballar o es crea un de nou. Una vegada es té un projecte

seleccionat, es pot navegar per la vista del portal o canviar a la vista del projecte

mitjançant un botó a la part inferior de la pantalla. Mitjançant la vista del portal es pot

navegar per les funcions del software de forma fàcil i simplificada. En la vista del projecte,

anar a la pantalla de xarxes és un petit botó entre desenes. En la vista del portal hi han 5

botons: Dispositius i Xarxes, Programació del PLC, Moviment i Tecnologia,

Visualització i Online i Diagnòstic. Cada un d’aquests botons et porta a la vista del projecte

que s’ha sel·leccionat. La vista del portal és una vista exclusiva per a la navegació

simplificada del software.


51

Figura 37: Vista del Portal quan obres el programa. Una vegada sel·leccionat el PLC pots navegar mitjançant la resta de

botons

Figura 38: Mitjançant aquest botó a la part inferior de la pantalla es pot navegar entre la vista del portal i la del projecte

4.3.2 Navegació en la vista del programa

Una vegada crees un programa i l’hi agreges un PLC, passa a la finestra del projecte. La vista

del projecte s’obre en la finestra de xarxes.


52

Figura 39: Vista de la finestra de xarxes una vegada has creat el PLC

La vista del portal normalment sempre té les mateixes parts. Hi ha la finestra principal,

bàsicament la zona de treball. Aquí es programa, es modifiquen les xarxes, es programa...

Mitjançant l’arbre del projecte pots navegar a diferents activitats i la finestra principal

s’adapta a l’activitat que has escollit.

A l’esquerra hi ha l’arbre del projecte, on es navega per totes les parts del software.

Permet anar a les pantalles de programació i les taules de variables de tots els PLC’s que

s’han afegit,o també es pot accedir al diagnòstic de les màquines. Per a accedir a la

programació has d’anar a “Bloques de Programa” dintre del PLC que vulguis programar i

escollir un bloc de programació.

A la dreta tenim la llista d’instruccions. Aquesta apareix una vegada estàs programant un

bloc. Aquí hi han totes les instruccions disponibles en TIA, separades per categories.

Només les has de arrestrar de la llista al codi.


53

Figura 40: Arbre del Projecte Figura 41: Llista d’instruccions

Una vegada entrem dintre un bloc de programació podem programar. En la figura 42 podem

veure la interfase on es realitzarà la programació. En aquesta podem donar nom i

comentar el programa i tots els segments. A la part superior tenim un espai per accés

ràpid a les instruccions. Es poden arrastrar de la llista a aquí per tenir-les més aprop.

Figura 42: Interfase de programació


54

Dintre de l’arbre del projecte també podem modificar la taula de variables. Només cal

anar dintre el PLC que vulguem programar i buscar la taula de variables que necessitem dintre

l’apartat de “variables PLC”. Dintre aquest apartat podem escollir entre mostrar totes les

variables programades al programa, mostrar la taula de variables estàndard o agregar una

taula de variables nova. En TIA Portal pots tenir més d’una taula de variables.

Figura 43: Taula de variables estàndard buida

4.3.3 Exemple en TIA

Anem a realitzar un exemple de programació en TIA. Farem el circuit més bàsic de tots.

Realitzarem un circuit d’engegada amb enclavament. Per començar arrastrarem les

instruccions al segment de forma que fem el circuit desitjat. Les instruccions les podrem

treure de la llista o de la part de dalt on es poden guardar instruccions per a accés ràpid.

Donarem a les instruccions adreces i farem un petit comentari del segment per indicar com

funciona.

Figura 44: Segment d’exemple amb totes les instruccions necessàries

Seguidament volem canviar el nom de les variables. Volem posar-li’s un nom que representi

la seva tasca en comptes del genèric “Tag_X”. Per fer-ho fem clic dret sobre l’etiqueta de

nom i cliquem l’opció de canviar el nom de la variable. Procedim a canviar nom.


55

Figura 45: Canvi de nom de la variable des de la finestra de programació

Una altra forma de canviar el nom de les variables (o la direcció o el tipus de dades) és anant

a la taula de variables de la forma que hem explicat abans i canviar-ho des d’allí

Figura 46: Canvi de nom de la variable des de la taula de variables

4.3.4 Com pot el TIA Portal ajudar als estudiants

Analitzem el que guanyen els estudiants al canviar de un software i PLC que té 20 anys amb

el nou software amb l’autòmat S7-1200.

Anterioment, els estudiants treballaven amb un ordinador lent i antiquat. Aquest tardava

molt en engegar-se i executar qualsevol programa. Les pantalles tenien tants anys que es

quedaven les imatges “cremades” a la pantalla i interferien amb la imatge actual. El

software era antic i inconvenient per a l’estudiant, ja que no representa la realitat industrial

actual. Com ja s’ha esposat en altres parts del projecte, si algun dels estudiants volgés

dedicar-se a l’automatització, tindria grans obstacles ja que l’estava estudiant amb condicions

dolentes. El PLC S7-300 era vell i per funcionar li havies de insertar una targeta de memòria

de 7 kb. Per tant, el tamany del programa que podies crear era limitat.


56

Figura 47: Interfaç del software del autòmat S7-300

Per altra banda el PLC S7-1200 és molt popular en les empreses degut a la seva versatilitat i

gran memòria de càrrega, i el software TIA Portal innova i puleix errors en cada versió i

això fa que cada vegada s’utilitizi més en indústria. El software és complicat d’aprendre

degut a les moltes opcions que té, però a la vegada intuitiu i amb moltes funcions per a

realitzar el programa que es vol. Pot fer servir diferents llenguatges i pots realitzar

communicacions entre PLC’s. Aquest software també permet realitzar diagnòsis del PLC en

el cas de que hi hagi algun problema amb ell (per exemple amb el firmware). El PLC és més

ràpid, conté més memoria, pot executar més operacions i la seva CPU pot treballar amb més

E/S.

4.4 Ítem corresponent

Ítem 0 Introducció al Laboratori d’Automatització: En aquest Ítem s’introdueix ampliament

el software de TIA Portal i com es fa servir. A més a més, hi han exemples de com programar

un segment simple i com detectar errors en la càrrega de programa. L’Ítem 0 serveix com a

introducció definitiva al software.

Ítem 1 Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica: Aquest Ítem s’ha de realitzar

en TIA Portal.

Ítem 2 Automatització de la Segona Planta Electropneumàtica: Aquest Ítem s’ha de realitzar

en TIA Portal.

Ítem 3 Automatització d’un Motor mitjançant un Variador de Freqüència: Aquest Ítem s’ha

de realitzar en TIA Portal.

Ítem 4 Comunicació entre PLC’s: Aquest Ítem s’ha de realitzar en TIA Portal.

4.5 Conclusions

El TIA Portal és un software molt innovador de la casa Siemens. La idea de intentar fer tot en

un sol programa va fer que les primeres versions fossin un fracàs. Aquestes no es van adaptar

a la empresa ja que eren molt difícils i lentes de fer servir, a més de cares. TIA es va passar


57

moltes versions en desenvolupament, millorant i millorant per a que aquesta idea estés ben

desenvolupada fins al punt de que fós viable adaptar la automatització d’una indústria a TIA.

Aquest nou software és dels millors de tota la indústria i ajudarà a tots els estudiants a

aprendre automatització ràpida i comprensivament. S’estima que amb els canvis proposats

l’assignatura d’automatització tindrà uns laboratoris moderns i preparats per a les necessitats

que es demanen dels enginyers elèctrics i electrònics al món laboral. L’automatització té

moltes competències transversals que poden ajudar a l’estudiant a consolidar molts dels

coneixements que ha après durant la carrera. Això vol dir que l’assignatura d’automatització

és una assignatura important del final del grau.

5 EL GRAFCET I LA GUIA GEMMA

Capítol 5: El GRAFCET i la Guia GEMMA

59

5.1 Introducció

El GRAFCET és un llenguatge que permet la descripció gràfica del comportament d’un

sistema de control, en forma d’etapes i transicions. Aquest llenguatge normalment s’ha de

traduir al llenguatge original del sistema de forma que hi ha una ultima etapa

d’implementació, la traducció. El mètode GRAFCET permet descriure el comportament físic

com funcional del procés.

Per altre banda, en un procés industrial les màquines no sempre funcionen en mode automàtic.

Moltes màquines han de tenir un mode manual programat per a poder treballar en cas de que

es requereixi. Per exemple: Una premsa industrial ha de treballar contínuament. El material

entra a la premsa automàticament mitjançant una cinta automàtica. Si la cinta s’averia, la

premsa ha de passar en mode manual i un operari ha de fer entrar el material a la premsa. S’ha

de tenir en compte que problemes passen i detenen el procés. En automatització, aquesta

situació s’ha de preveure i programar per a que el procés estigui preparat per a tal

contingència.

La Guia GEMMA es va crear per a per a ser una guia senzilla i fàcil d’entendre els diferents

estats d’una màquina (automàtic, manual...) així com les condicions per a passar d’un estat a

un altre. Aquesta guia es va crear per a complementar el GRAFCET.

5.2 Objectius

Els objectius per aquest tema seran el següents:

- Explicar què és el mètode GRAFCET

- Explicar què és la Guia GEMMA i com ajuda al GRAFCET

- Posar un exemple d’un sistema en GRAFCET


5.3.1 El GRAFCET

El GRAFCET (Gràfic Funcional de Control d’Etapes i Transicions) va ser un mètode creat

durant la dècada dels setanta com a resultat dels avanços de l’AFCET (Associaton Française

pour la Cybernétique Économique et Technique). Aquesta associació volia aconseguir un

mètode per descriure processos mitjançant un gràfic funcional que es pogués interpretar per

personal sense entrenament en automatització. El que van aconseguir va ser un llenguatge

gràfic que feia servir, a més, elements de l’àlgebra lògica. Juntament amb la GEMMA (1977)

es va aconseguir passar el GRAFCET d’eina descriptiva a eina de disseny.

Els principis del GRAFCET són els següents:


60

S’ha de caracteritzar el disseny de l’automatisme independentment de la

tecnologia a la que es vagi a programar. Això permet al operari centrar-se

principalment amb la tasca a realitzar independentment de la tecnologia.

Un sistema automàtic es divideix entre part de control i part operativa. La part

del control comprèn tot el que són consignes, ordres i comunicacions. La part

operativa representa les accions i captacions d’informació i el processament de la tasca

encomanada.

L’element fonamental del procés és l’etapa. En l’etapa es realitza l’acció de

l’autòmat.

El procés es pot dividir en macro-etapes i en etapes més elementals.

El GRAFCET busca establir un gràfic d’evolució del procés.

Cada etapa és una operació elemental.

Implementar fent servir biestables.

5.3.1.1 Tipus de GRAFCET

El GRAFCET es pot fer servir per a descriure tres nivells d’especificacions d’un autòmat. Els

nivells són els següents:

GRAFCET DE NIVELL 1: DESCRIPCIÓ FUNCIONAL

El primer nivell treballa amb les especificacions funcionals de l’automatisme, de forma

independent de la tecnologia que l’aplicarà. En aquest es presenten les accions i condicions

de forma bàsica sense especificar direccions.

Figura 48: GRAFCET de primer nivell


61

GRAFCET DE NIVELL 2: DESCRIPCIÓ TECNOLÒGICA

Al segon nivell es descriu el GRAFCET en l’àmbit tecnològic i operatiu del

automatisme. S’han de detallar els òrgans operatius i els elements tecnològics que hi

intervindran. Aquest nivell farà servir els noms que s’haguin posat a les variables del procés.

Figura 49: GRAFCET de segon nivell

GRAFCET DE NIVELL 3: DESCRIPCIÓ OPERATIVA

Aquest és l’últim nivel. En aquest es deifinirà la seqüència d’actuacions que executarà

l’automatisme especificant les adreces de tots els elements distintius del programa.

Inclou E/S, marques i relés interns.

Figura 50: GRAFCET de tercer nivell

Aquests tres nivells s’han de fer cada vegada que es vulgui fer una automatització amb

GRAFCET. El primer nivell és el més important de tots, ja que en aquesta etapa es defineix el

projecte amb les etapes i condicions que ha de seguir. Els següents nivells són necessaris però

no tant importants ja que consisteixen en traduir el projecte a diferents nivells de la tecnologia

emprada per automatitzar-lo.


62

5.3.1.2 Elements del GRAFCET

Un GRAFCET està format per els elements bàsics descrits a continuació:

ETAPES

Les etapes representen cada un dels estats del sistema. Cada etapa ha de correspondre en una

situació en la que les sortides depenguin únicament de les entrades.

Figura 51: Etapa

Els números de les etapes no indiquen l’ordre d’execució d’aquestes. El número és

bàsicament identificatiu. L’ordre de les etapes es determina mitjançant condicions. Una

etapa pot tenir més d’una entrada o sortida.

El GRAFCET té una etapa especial denominada etapa inicial. Aquestes representen l’inici

del procés per primera vegada. Les etapes es representen amb un quadrat doble. Hi han

diferents tipus d’etapes inicials: Amb retorn, sense retorn i amb retorn i activació forçada.

Un altre tipus d’etapa especial és l’etapa font. Aquesta és una etapa que no té cap camí

d’entrada. Aquesta només s’activa a l’inici (si és etapa inicial) o per forçat.

Figura 52: Etapa inicial d’un GRAFCET

Una etapa pou és una etapa que no té cap camí de sortida. Una etapa que no porta a més

etapes i que només es pot desactivar per forçat.

Figura 53: Etapa pou

TRANSICIONS

Les transicions representen les condicions lògiques necessàries per a que finalitzi una etapa i

la seva activitat i s’iniciï la següent. Aquestes condicions s’obtenen mitjançant combinacions

de variables. Les transicions es representen mitjançant un petit segment horitzontal que talla

la línia d’enllaç entre dos etapes.


63

Figura 54: Com es representen les transicions. En aquesta figura, la transició serà certa quan el bit “a” estigui actiu

Quan una transició sigui vàlida. L’etapa activa en aquell moment pot passar a la següent.

La Receptivitat són les condicions necessàries per a superar una transició. Aquestes poden

ser temporitzadors comptadors o combinacions de variables d’estat. Seguidament veurem

alguns exemples:

a Condición booleana

a > b Comparación

= 1 Receptividad siempre cierta

X2 Variable de estado

T / X3/ 4s Temporización

5.3.1.3 Les Accions del GRAFCET

Les etapes normalment tenen accions associades que es realitzen mentres la seva etapa

corresponent està activa. De vegades, però, és interessant tenir etapes sense cap acció. Per

exemple, tenir una etapa intremitja mentre s’espera un canvi de variable. Les accions poden

ser de tipus extern o intern. Les accions es representen com rectangles units per una línia amb

una etapa associada.

Figura 55: Acció d’una etapa. Mentres el GRAFCET estigui en l’etapa 2 la vàlvula estarà tancada

En un GRAFCET es poden donar diferent tipus d’accions

- Accions contínues

- Accions condicionades

- Acció condicionada simple (condition)

- Acció retarda (delayed)


64

- Acció limitada (limited)

- Acció d’impuls (pulse)

- Acció memoritzada (set)

5.3.1.4 Regles d’evolució del GRAFCET

Seguidament es mostren totes les regles del GRAFCET i la evolució del programa a través les

etapes:

1) Cada etapa té associada una variable d’estat Xi en forma de BIT

Per exemple, el bit de l’etapa 11 s’anomena X11 i es pot fer servir com a condició en una

transició.

Figura 56: Les etapes poden servir de condicions

2) Els estats d’una etapa només poden ser activa o inactiva.

La etapa activada es pot simbolitzar amb un punt vermell.

3) Una arrancada en fred és la posta en marxa de l’automatisme inicialitzant de nou totes

les variables. Una arrancada en calent és la posta en marxa de l’automatisme

conservant les variables.

4) Durant l’evolució normal del procés, una etapa no inicial s’activarà només quan hi

hagi l’etapa anterior activa i es compleixin les condicions de transició.


65

Figura 57: Exemple d’aquesta situació.

En l’exemple anterior, el programa es troba en l’etapa 1. Quan la condició “F” de la transició

es compleixi, s’activarà l’etapa 2 i es desactivarà l’etapa 1.

5) Qualsevol etapa es desactiva una vegada es compleixin les condicions de transició de

la següent.

6) Una transició pot trobar-se en un de 4 estats: Validada, no Validada, Franquejable

(L’etapa anterior està activada i es compleixen les condicions de transició), i

Franquejada (hi ha hagut transició de etapes). Només es pot traspassar una transició si

aquesta està validada. I tota transició franquejable serà immediatament franquejada.

7) Si hi han vàries transicions franquejables simultàniament seran franquejades a la

vegada.

Aquesta regla és important en paral·lelismes interpretats. Quan ” e” sigui vàlid, s’han de

creuar els dos alhora

Figura 58: Exemple de paral·lelisme interpretat

8) El gràfic d’evolució sempre ha d’estar tancat sense deixar cap camí obert. Després

d’una etapa sempre ha d’haver una transició a una altra etapa,


66

9) Si durant el funcionament de l’automatisme una etapa ha de estar simultàniament

activa i inactiva, l’etapa romandrà activada.

En el GRAFCET inferior esquerra, quan l’etapa 3 està activada i les condicions C i D

estan actives, això comporta el problema anterior, i l’etapa no es desactivarà. Per tant,

hem de realitzar un GRAFCET equivalent canviant les condicions de transició per evitar

que això passi.

Figura 59: Exemple de GRAFCET equivalent

5.3.1.5 Implementació tecnològica del GRAFCET

Un dels principals problemes del GRAFCET és que no ha estat mai gaire implementat en

indústria i per tant, molts autòmats no poden programar directament en aquest

llenguatge. És per aquest motiu que és necessari convertir el GRAFCET dissenyat en un altre

llenguatge. Hi ha diferents mètodes manuals per a fer la conversió però no els cobrirem en

aquest projecte.

5.3.2 La Guia GEMMA

La Guia GEMMA permet planificar de forma gràfica el comportament d’un sistema i

els seus diferents estats. Aquesta guia pretenia ser una guia gràfica senzilla i fàcil d’entendre

dels diferents estats de marxa d’un procés i les condicions que s’han de donar per a passar

d’un estat a un altre, així permetent controlar les situacions que es poguessin donar en les

diferents etapes de funcionament d’un procés industrial (Automàtic, manual, avaria,

emergència...).

La Guia GEMMA preveu uns estats com a estats més importants dintre del control d’un

autòmat. Aquests són Parada, Funcionament i Error. Aquests 3 estats (que es defineixen a

si mateixos) contenen altres estats diferents que la guia GEMMA defineix i preveu.


67

Figura 60: Gràfic GEMMA amb tots els estats normalitzats

5.3.2.1 Estats de Funcionament

Aquest grup són estats que han de passar per la part operativa del procés per a obtindre el

resultat desitjat en el procés. Formen part d’aquest conjunt de processos tots els que realitzen

tasques preparatòries de producció, tests i verificacions de funcionament normal i, es clar, el

funcionament en si. Aquest grup es representa mitjançant la lletra F.

F1 Producció normal: És l’estat en el que la màquina realitza la tasca de producció.

Aquest estat representa majoritàriament el funcionament automàtic. Aquest estat té associat

un GRAFCET, anomenat “GRAFCET de base”.

F2 Preparació de la posta en marxa de la producció: Aquesta etapa engloba totes les

etapes prèvies a la producció en mode automàtic o semiautomàtic.

F3 Preparació de la finalització de processos de producció:Aqui hi han tots els estats

que permeten deixar un procés en repòs una vegada ha acabat el procés.

F4 Funcionament manual: Estat que engloba estats amb operacions de seqüència

arbitrària dirigida per l’usuari.

F5 Funcionament pas a pas: Etapa amb la finalitat d’albergar el control del

funcionament pas a pas de la màquina. Aquest pas és el pas normal de l’autòmat però les

transcisions estan controlades per l’operari.


68

F6 Funcionament en mode Proba: Aquest es un mode de funcionament on l’objectiu és

realitzar les operacions necessàries per comprovar que la planta té un funcionament perfecte.

Si aquest mode està ben dissenyat, aquest permetrà detectar clarament l’origen de l’averia.

5.3.2.2 Estats de Parada

Aquest grup conté tots els estats en els que el procés no està funcionant, o els que porten a una

parada del sistema. A més a més, també inclouen els processos que passen d’anomalia a

parada. Aquests estats estan definits amb la lletra A. Per entendre aquests estats és important

definir què és la Situació de repòs. Una situació de repòs és un estat en el que el procés no té

energia però si el sistema de control.

Aquest macroestat conté els següents estats possibles de l’autòmat:

A1 Parada en estat inicial: Aquest estat correspon a l’estat inicial del procés en la que

s’espera una ordre per a començar la tasca.

A2 Petició de parada per fi de cicle: Aquesta etapa es fa servir en processos industrials

on la producció es realitza per cicles. A través d’aquest estat, una vegada acaba el cicle de

producció inicialitza el procés una atra vegada i el porta a l’etapa d’espera A1.

A3 Petició de parada en un estat determinat: Aquesta parada es dedica a portar el

procés a una etapa determinada diferent a la etapa inicial.

A4 Espera en una etapa determinada: Aquesta és una etapa de repòs diferent a la

inicial. El sistema arriba a aquesta etapa mitjançant anomalies al programa o a petició de

l’operari. Per sortir d’aquesta etapa fa falta permís de l’operari.

A5 Preparació de la posta en marxa després de fallada: En aquest estat es realitza un

reacondicionament del procés després d’haver-se produït una averia o anomalia en el procés.

A6 Posta del sistema en estat inicial: Aquesta etapa porta el sistema de control a les

condicions inicials (a etapa A1). Pot ser que, en ocasions, l’etapa A1 no existeixi o sigui

immediata.

A7 Posta del sistema a un estat determinat: Aquesta etapa inicialitza el sistema en una

etapa diferent de la inicial.

5.3.2.3 Estats de defecte o anomalia

Aquest grup està format per tots els estats de fallida de la part operativa o de marxa en

condicions anòmales. Es representen amb la lletra D. Els estats són els següents


69

D1 Parada d’emergència: Totes les màquines que integrin un procés necessiten aquest

tipus d’estat. L’etapa de parada d’emergència porta a les màquines a la situació més segura

per el personal que treballa.

D2 Diagnòstic i/o tractament de fallada o averia: Aquesta etapa realitza la seqüència

que permet a l’operador depurar diferents errors que poden ocórrer.

D3 Manteniment de la producció sense eliminació de l’anomalia: De vegades, una

empresa no es pot permetre parar la producció per fer manteniment, fins i tot acceptant una

degradació de la qualitat del producte. Aquest estat correspon al cas de que es produeixin

certs errors que no siguin crítics.

5.3.2.4 Tipus de funcionaments

En aquest apartat s’explicaran alguns dels funcionaments corrents d’un autòmat relacionant-

ho a les seves etapes.

Marxa per cicles i parada fi de cicle

En aquest cas, el sistema està parat en l’estat inicial (A1). Quan es verifiquen les condicions

de marxa (Mode en marxa, polsador d’arrancada...) es passa a funcionar en mode normal (F1).

Quan l’operador polsa el botó de parada de fi de cicle la màquina passarà a l’etapa (A2) i

quan aquesta acabi tornarà a l’estat inicial (A1).

Marxa de verificació amb ordre

Aquest tipus de funcionament treballa de la següent forma: El sistema comença en parada

inicial (A1) i seguidament es posa en l’estat de marxa pas a pas (F5). Una vegada es dona la

ordre, aquest passa a producció (F1) per una acció i després torna a marxa pas a pas per la

següent.

Marxa de verificació sense ordre

Des de l’estat inicial (A1) es pot passar a la marxa de verificació sense ordre (F4), altrament

coneguda com a marxa manual. Una vegada acaba el procés torna a la etapa F4 per a

començar de nou.

Parades d’emergència:

Durant el sistema de funcionament normal (F1), o els altres sistemes, quan es polsa el

polsador d’emergència normalment implica deixar sense corrent el sistema. Així s’assegurem

de deixar el procés i els operaris fora de perill. Una vegada es desancli el polsador, el procés

passarà de l’etapa d’emergència (D1) a preparar la posta en marxa (A5). Una vegada en

aquesta etapa el sistema es porta a la posta en marxa inicial (A6) i una vegada s’esdevinguin

les condicions per iniciar el projecte aquest passarà a la parada inicial (A1). Aquesta etapa

requerirà una senyal de l’operari per tornar a posar-se en marxa el procés (F1).


70

Una altra forma de realitzar una parada d’emergència és portar el sistema a un estat

determinat (A7) (en comptes de portar el sistema a inici). Aquesta etapa normalment

requereix una entrada de l’operador per a passar a la següent. La següent etapa és la de parada

en una etapa determinada (A4). En aquesta etapa, quan es polsa marxa engega la producció

(F1) des d’aquesta posició.

Parada en un punt:

En aquesta situació la producció està funcionant en producció normal (F1) i l’operador polsa

el polsador de parada. Llavors es passa a la situació (A3), petició de parada. Una vegada

obtingut la parada es passa a (A4), parada en un punt determinat. A partir d’aquest punt s’ha

de polsar el polsador de marxa per a seguir funcionant (F1). A continuació es mostra el gràfic

GEMMA per aquesta acció com a exemple de com es representen aquestes funcions.

Figura 61: Gràfic GEMMA de la parada en un punt

Aquest esquema gràfic és un dels gràfics que hi han a la guia. La guia GEMMA ajuda als

programadors a programar tasques mitjançant aquests gràfics. El procediment que ha de

seguir el programador per a utilitzar la guia és el següent:

Estudiar els estats necessaris per automatitzar el procés, anotant en cada un, les

possibles variables i la descripció d’aquest estat. Els estats que, al final, no es facin servir

s’han de marcar amb una creu.

Estudiar els estats escollits i com evolucionaran entre ells. La guia mostra de forma

gràfica totes les evolucions disponibles.

La guia mostra de forma molt semblant a com s’indiquen les transicions en

GRAFCET, la guia marcarà les condicions necessàries per a poder seguir un camí determinat.

En casos en els que una etapa no tingui una condició específica, es pot fer servir la condició

que l’acció anterior a aquesta etapa s’hagui complert.


71

5.3.2.5 Metodologia

Ara que s’ha explicat què fa la guia GEMMA podem explicar en quines etapes del procés es

fan servir. La implementació d’un automatisme amb el llenguatge gràfic GRAFCET i l’ajut

de la guia GEMMA s’ha de realitzar de la forma següent:

1. Estudi del procés d’automatització

Definició del cicle de producció normal

Realitzar el GRAFCET de primer nivell (GRAFCET funcional)

2. Definir la part operativa (sensors i actuadors)

Realitzar el GRAFCET de segon nivell (GRAFCET operatiu)

3. Determinar els estats de la guia GEMMA adecuats al cas particular.

Definir les línies d’evolució entre els estats del model GEMMA

4. Obtenció de la configuració adequada al model GEMMA

5. Definir les condicions de transició entre els estats

6. Realitzar els diversos GRAFCET a nivell operatiu que componen cada un dels estats

definits en el model GEMMA obtingut anteriorment. Obtenir, també, el GRAFCET

corresponent al control de la evolució entre els estats del moel GEMMA.

7. Determinar la tecnologia del sistema de control

8. Implementar els diversos GRAFCET al sistema

9. Instal·lació i proba de l’equip

Quan ens centrem en la guia GEMMA, aquesta demana que s’estudiïn tots els recorreguts

possibles entre tots els estats de funcionament i parada. En el programa s’hauran de considerar

dos bucles de funcionament: Bucle de funcionament parada-normal i Bucle de

funcionament error-parada. La transició entre aquests dos bucles pot ser incondicional o

condicionada. Aquest és l’últim pas per obtenir un GRAFCET complert. Aquest GRAFCET

es pot estructurar de dos formes; en estructura vertical o horitzontal.

El GRAFCET horitzontal consisteix en programar un GRAFCET per a cada família que

proposa la guia GEMMA i una vegada acabats, enllaçar-los entre si. El GRAFCET vertical (o

piramidal) consisteix en en crear un GRAFCET amb jerarquia. A la part superior es realitza

un GRAFCET amb totes les etapes del sistema i, a la zona inferior, es realitzen GRAFCETS

particulars per a cada una de les etapes del sistema.

Cal destacar que en tots els casos les etapes d’emergència no es representen en el GRAFCET

de base. Per a representar parades d’emergència s’ha de programar o bé un bloqueig immediat


72

de totes les sortides i entrar en un GRAFCET d’emergència genèric, o bé representar en totes

les etapes dell sistema una sortida cap a una etapa d’emergència. La última opció no es sol fer

servir degut a que és més tediosa i difícil de representar.

5.4 EXEMPLE: ESTACIÓ DE MARCATGE DE PECES

Aquest exemple és una forma senzilla de il·lustrar tot el que s’ha explicat en aquest capítol.

Figura 62: Estació a representar

En les condicions inicials d’aquest procés els dos pistons estan retrocedits. Aquests dos

pistons són de doble efecte. Considerem les accions de A+ i B+ com les accions d’avançada

dels pistons i A- i B- com les accions de retrocedir. Aquests pistons es controlen mitjançant

els finals de carrera a0 a1 per el pistó A i b0 i b1 per el pistó B. La planta té un polsador

biestable per a controlar el procés. El seu funcionament és el següent: Quan es polsa el

polsador M, el pistó A empeny la peça a marcar fins al pistó B on la peça es marca.

El GRAFCET de funcionament normal és el següent:

Figura 63: GRAFCET de primer i segon nivell

Aquest és el GRAFCET d’un programa que en si és molt bàsic. Per tant, el volem millorar

amb un cicle automàtic i un altre cicle a cicle. Per això afegirem a la planta un selector per a

cicle automàtic (AU) i per al cicle a cicle (CL). Per a solucionar aquest problema farem servir


73

la guia GEMMA. Estudiarem la guia de la forma que s’ha explicat en aquest capítol per a

resoldre aquest cas.

Figura 64: Estudi de les etapes necessàries mitjançant Guia GEMMA

Figura 65: GRAFCET obtingut

5.5 Ítem Corresponent

Ítem 1 Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica: Per a realitzar aquest Ítem

hem deixat una de les plantes sense migrar per a que els estudiants que vulguin puguin

programar la planta en GRAFCET. Per a realitzar aquesta pràctica rebran el manual de la

planta en GRAFCET en PLC S7-300.

5.6 Conclusions

El GRAFCET és un sistema de programació de PLC’s molt poc utilitzat. Les empreses del

sector no el tenen en compte a l’hora de fer els seus productes compatibles amb GRAFCET.


74

Aquest llenguatge va ser creat per una tercera entitat, quan, normalment, les companyies

d’automatització afavoreixen els seus propis llenguatges.

Això no vol dir que el GRAFCET s’hagi de menysprear, ja que aquest és una magnífica eina

per aprendre automatització. GRAFCET no ensenya a programar en llenguatges utilitzats

comunament, més aviat ajuda a estructurar la ment de l’estudiant. Ajuda a aprendre a separar

un procés en etapes i a dictar les condicions entre elles. Juntament amb la guia GEMMA, els

estudiants poden aprendre estructures avançades de programes industrials. Es considera que

amb aquest capítol hem explicat perfectament com són el GRAFCET i la Guia GEMMA i

com poden ajudar a una persona nova a l’automatització.

6 PROJECTES PROPOSATS

Capítol 6: Projectes Proposats

76

6.1 Introducció

Una vegada acabada l’explicació teòrica dels conceptes d’automatització explicarem el que

s’ha fet amb les pràctiques de l’assignatura.

La migració de les pràctiques a un PLC actual ens aportava una oportunitat única per a

preparar nou contingut per als estudiants d’automatització. Durant un semestre i l’estiu de

2017 s’han dissenyat i muntat noves pràctiques per a pujar el nivell d’automatització dels

futurs estudiants.

La diferència entre abans i després de la migració és astronòmica. Abans de la migració,

els estudiants treballaven amb el Windows 98, i amb PLC’s que es van comprar quan el

campus Sescelades no existia encara i era part de la “Universitat Laboral” de Tarragona. En el

seu moment, els S7-300 éren tecnologia puntera, però l’automatització és una rama

extremadament competitiva i innovadora amb industries que milloren el seu software i

hardware contínuament. La tecnologia del laboratori d’Automatització fa temps que s’havia

quedat obsoleta i els estudiants necessitaven material actualitzat i que representés la realitat

industrial.

Les pràctiques antigues eren activitats senzilles fetes amb la placa de connexions,

estructurades de forma que es practiquin diferents conceptes senzills de l’automatització en

KOP, FUP i AWL. Tot això condueix a una gran pràctica final amb GRAFCET. Aquesta

consisteix en automatitzar la planta pneumàtica de FESTO.

Amb la migració hem creat noves pràctiques per a que l’experiència dels estudiants sigui més

semblant a l’experiència que es pot trobar a l’entorn industrial. S’ha fet un canvi de filosofia

important. Es donarà material i teoria per a que els estudiants aprenguin aquests conceptes que

abans es donaven en pràctiques senceres i les pràctiques consistiran en plantes a automatitzar.

6.2 Objectius

Els objectius d’aquest capítol són els següents:

- Explicar el motiu perquè s’ha decidit canviar les pràctiques

- Explicar amb detall les noves pràctiques proposades


6.3.1 Els Motius del Canvi

La decisió de canviar les pràctiques es va fer durant les primeres reunions amb el

professor de l’assignatura d’automatització i tutor d’aquest projecte. En aquestes reunions, on

ja s’estava començant a definir un full de ruta, començava a resultar evident que les

pràctiques s’haurien de canviar. L’autor i el tutor d’aquest projecte estaven d’acord des del


77

primer moment que el laboratori d’automatització pre-migració no era suficient per a que els

estudiants tinguessin el nivell d’automatització que s’espera d’un enginyer.

Aquestes pràctiques introdueixen a l’estudiant al món de l’automatització de forma molt lenta.

Aquestes no són dolentes de per si, de fet, els conceptes que ensenyen estan molt ben

explicats. Però, una vegada que els estudiants han après tot el que necessiten per començar a

programar només tenen un mes per treballar en una planta. Automatitzar una planta és la

forma més real de aprendre a programar un procés. Les pràctiques que es volen substituir

intenten ensenyar automatització mitjançant exercicis, però la millor forma d’ensenyar

automatització és treballant amb exemples, com més reals millor.

Per tant, la decisió va ser canviar el model de les pràctiques, aprofitant la migració de

PLC’s. Es va decidir que tota la informació necessària per a començar a automatitzar es

donés al primer dia. Les pràctiques es van reestructurar, posant la planta FESTO del laboratori

com a primera pràctica. Una vegada els estudiants hagin completat la primera pràctica

passaran a treballar a les noves plantes.

6.3.2 Les Pràctiques Actuals

Aquestes són les pràctiques que hi han actualment i que es volen substitui r:

- Pràctica 0 Introducció: Pràctica d’introducció al món de l’automatització amb

instruccions de com fer anar el software del S7-300, conté algun exercici per als estudiants.

- Pràctica 1 Operacions amb Memòries, Autoretenció i Biestables: Aquesta

pràctica explica i treballa els conceptes d’autoretenció, Set i Reset i temporització, en KOP i

AWL mitjançant la placa de senyals.

- Pràctica 2 Comptadors, Operacions de Comparació i Operacions Aritmètiques:

La pràctica 2 està dedicada a practicar comptadors, comparadors i a realitzar operacions

aritmètiques.

- Pràctica 3 Crida de Mòduls, Evaluació de Flancs, Generadors d’Ones i

Implementació d’un Semàfor: Aquesta pràctica intenta ensenyar als estudiants molts

conceptes més avançats. Els conceptes convinen molt bé en el primer gran exercici proposat,

el semàfor.

Pràctica 4 Gestió Automàtica d’un Garatge i d’un Tren de Rentat: Aquesta

pràctica continua on ho va deixar la pràctica 3, posant més problemes que simulen problemes

reals.

Pràctica 5 Automatització de la Planta Electropneumàtica del Laboratori:

Aquesta és la pràctica final, i la més important. Els alumnes tenen un més per a automatitzar

la planta FESTO que hi ha al laboratori El llenguatge fet servir és GRAFCET. El manual

d’aquesta pràctica conté una descripció exacta dels components de la planta.


78

Aquestes pràctiques són interessants per algú que no ha treballat mai amb automatització.

Com es pot apreciar, és una introducció gradual als elements d’automatització, realitzant

exercicis amb cada element d’automatització. Al final hi ha un exemple del que pot ser un

procés industrial. El problema és que aquest és un model molt bo per a una assignatura

anual d’automatització. Però tractant-se d’una assignatura quadrimestral les pràctiques

s’han de centrar en exercicis més rellevants al món industrial i en la diversificació

d’entorns.

6.3.2. Pràctiques Proposades

En aquest apartat explicarem la composició i el contingut de les pràctiques proposades.

Pràctica 0 Introducció al Laboratori d’Automatització: Aquesta pràctica és el

primer contacte que tindran els alumnes, i per tant, és una de les més importants.

Comença amb una petita introducció al lloc de treball, parlant una mica sobre el PLC,

la planta i la placa de PCB. També conté un apartat per a una introducció al software.

Aquí s’explica en gran part com es navega per el TIA Portal i com es realitza un

programa senzill i com es carrega al PLC. Aquesta pràctica conté un exercici senzill

per a habituar-se a la programació. Considerem aquesta pràctica molt important per al

desenvolupament dels estudiants i per tant, mitjançant annexes, hem intentat que

tinguin molta informació per a que els estudiants puguin solucionar els

problemes que puguin tenir amb el software. L’annex 1 tracta sobre problemes de

connexió, l’annex 2 dona més informació sobre el PLC S7-1200 i l’annex 3 parla

sobre més conceptes sobre TIA Portal i programació. L’annex 4 tracta sobre el

simulador que bé junt amb el TIA. Aquesta pràctica l’ha realitzat Xavier Román i

Rubén Navarro conjuntament.

Pràctica 1 Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica: Aquest ítem

conté una introducció molt detallada de cada part de la planta pneumàtica. Per a

suplementar la pràctica s’ha redactat un capítol amb els bàsics de la programació

(E/S, Marques, comptadors...). Per acabar la part teòrica d’aquesta pràctica hem

compilat una gran varietat d’exercicis resolts i per resoldre per a que els estudiants

puguin practicar si necessiten més exercicis. La pràctica 1 demana que l’alumne

automatitzi la pràctica. Aquesta pràctica l’ha realitzat Xavier Román i Rubén Navarro

conjuntament. L’alumne Rubén Navarro va realitzar la primera migració d’una

d’aquestes plantes i el taller va realitzar les següents. Es pot considerar que amb

aquesta pràctica complim els objectius proposats.

Pràctica 2 Automatització de la Segona Planta Electropneumàtica: Aquesta

pràctica és per la nova planta que s’ha muntat a la paret del laboratori. Com que només

hi ha una planta, els estudiants no podran realitzar-la tots alhora. El document

introdueix els estudiants a la planta i a la electropneumàtica industrial i a la

vegada, treballa el cablejat d’entrades i sortides amb bananes en comptes de amb


79

una placa PCB. Els estudians hauran de programar la planta correctament de forma

que classifiquin els tres tipus de peces. Cal indicar unes notes sobre la planta d’aquesta

pràctica. La planta no és totalment estable per a les peces i en alguns llocs es poden

quedar encallades o caure de la planta, per tant, els alumnes hauran de tenir compte

quan treballin en aquesta planta. S’espera que els estudiants cablegin les entrades i les

sortides d’acord amb la seva taula de variables. Aquesta pràctica l’ha realitzat Xavier

Román.

Per a automatitzar aquesta planta es va haver de desmuntar el sistema de control de la

planta. En aquell moment el control de la planta es feia amb lògica cablejada. El

sistema de control estava montat en un tauler damunt d’una taula amb els cables tots

dessordenats. L’estudiant i el taller van dissenyar el sistema de lògica programada

que hi ha actualment conjuntament, tenint en compte les necessitats de l’alumne. Es

va muntar un sistema per a automatització que fós completament segur per a

l’estudiant però que alhora li permetés observar els components de dintre el quadre i

que també li permetés cablejar les entrades i les sortides mitjançant bananes. Aquesta

nova planta permet un millor ordre del laboratori i al penjar el sistema de control a la

paret ocupa molt menys espai. El nostre objectiu era dissenyar la pràctica com

millor possible per a l’estudiant i ho hem aconseguit.

Figura 66: Planta de la pràctica 2 acabada i cablejada amb bananes

Pràctica 3 Automatització d’un Motor mitjançant un Variador de Freqüència:

La pràctica 3 és una nova pràctica que intenta ensenyar una part molt important

de l’automatització: automatitzar motors mitjançant variadors de freqüència.

Aquesta pràctica té com a objectiu un programa molt senzill que simula el

funcionament d’una rentadora. El principal obstacle que tindran els estudiants serà fer

funcionar el variador i trobar les variables que s’han de configurar per a realitzar les

acceleracions i els canvis de gir. El manual de la pràctica inclou descripcions molt

detallades de la planta i els variadors de freqüència i el seu funcionament. A més a

més, conté un exemple molt detallat de com fer un exercici senzill amb variador. Els


80

estudiants hauran de cablejar les entrades i les sortides d’aquesta planta. Aquesta

pràctica l’ha realitzat Xavier Román.

Pràctica 4 Comunicació entre PLC’s: Aquesta pràctica també és nova. Un

element molt important en la indústria és la comunicació entre PLC’s o pantalles

HMI. Saber comunicar elements a través la xarxa és una tasca molt important que un

enginyer ha de saber. Per tant hem realitzat una pràctica per a que els estudiants

aprenguin a comunicar PLC’s. Aquesta pràctica l’ha realitzat íntegrament Rubén

Navarro i, per tant, estarà disponible al seu projecte.

Totes aquestes pràctiques són molta més feina de la que tenien abans els estudiants i també

són d’un nivell més avançat. Els primers semestres aquestes pràctiques haurien d’estar en

mode de proba per veure com s’hi adequen els alumnes i si els hi costa molt o no tenen temps

d’acabar-les. Resta a discreció del professor com es volen organitzar aquestes pràctiques, ja

que no hi ha el mateix nombre de material. De la planta per a la pràctica 1 en tenim moltes

però només tenim una planta per a la pràctica 2

Per a la planta 3 i 4 no hi han plans de construcció encara i per tant no hem complert el

nostre objectiu tot i que aquesta vegada no estava en les nostres mans. Aquest és un

problema que s’adreçarà al pròxim capítol.

6.4 Conclusions

Al final, el motiu ulterior per a que els estudiants que han realitzat el treball de fi de grau,

l’equip tècnic del laboratori i el professor han treballat és per la millora de les condicions de

treball i l’aprenentatge dels estudiants i per la millora de la qualitat educativa de la Universitat

Rovira i Virgili. S’ha intentat variar les tasques que es realitzaran i desenvolupar la

polivalència dels estudiants que estiguin interessats en l’automatització.

Aquestes tasques poden ser difícils per als estudiants al principi ja que són un gran salt en

dificultat comparat amb les anteriors. Un bon desenvolupament de les pràctiques proposades

dependrà de unes classes de teoria coordinada i un bon estat de les plantes. Si el manteniment

de les plantes no s’efectua, passarà com a la resta d’anys: A l’hora de fer la última pràctica

totes les plantes FESTO tenien algun problema, ja sigui un pistó que perdia aire o un sensor

que no funcionava.

7 PROBLEMES SURGITS, PROPOSTES I MILLORES

Capítol 7: Problemes Surgits, Propostes i Millores

82

7.1 Introducció

Aquest capítol està dedicat a donar context al projecte i a les circumstàncies en les que

s’ha desenvolupat. Posar en perspectiva la feina desenvolupada i obrir una finestra a noves

possibilitats per al desenvolupament del laboratori d’automatització, en benefici de les

carreres d’Enginyeria Elèctrica i Enginyeria Electrònica Industrial i Automàtica i de la

universitat.

Durant el desenvolupament d’aquest projecte han hagut problemes i inconvenients que han

atrassat les tasques al laboratori, el desenvolupament de les pràctiques, el canvi d’autòmats, i

que fins hi tot han impedit que es construíssin algunes de les plantes que s’havien de realitzar

amb data límit al final d’Agost.

A més a més, s’intentarà donar de la millor forma possible un full de ruta amb propostes i

millores que es poden fer al laboratori. Tot hi que cal aclarar una cosa: aquestes propostes són

més aviat sugerències ja que el criteri principal a l’hora de realitzar cambis al laboratori són

les observacions del professor. El professor és l’encarregat de dictar si les millores són massa

difícils per als estudiants o no.

7.2 Objectius

Els objectius d’aquest tema són els següents:

- Explicar els problemes sorgits durant el desenvolupament del projecte

- Proposar de millores del laboratori


7.3.1 Problemes Sorgits durant el Desenvolupament del Projecte

Durant el desenvolupament del projecte hi van haver diferents problemes i inconvenients que

van ocasionar atrassos en el desenvolupament del treball. La col·laboració entre moltes parts

sempre està donada a tenir problemes. Tots aquests problemes són problemes fora del nostre

abast i que no podíem resoldre per nosaltres mateixos.

7.3.1.1 Taller d’Automatismes

Un dels problemes més importants que s’han tingut ha estat amb el taller d’automatismes

(edifici E3, laboratori 106). Per a entendre aquesta situació s’ha d’entendre que els estudiants

que realitzaven el projecte de final de carrera no podien realitzar la part física de la

migració dels autòmats ja que no poden manipular substituir amb material de la universitat,

sobre tot amb PLC’s que valen milers d’euros.


83

El taller d’automatismes sempre ha estat molt enfeinat i han hagut atrassos per a la totalitat

dels projectes dissenyats. Començant per el principi, tot i que es sabia que estudiants

vindrien a finals de gener a realitzar la migració dels autòmats, no es tenia un PLC preparat

per a començar a treballar. De fet, van tardar dos setmanes a preparar-ne un. Els atrassos es

van fer la norma.

A mitjans de març es va demanar al taller que muntéssin la planta per a la segona

pràctica. Aquesta era necessària per poder provar el programa que s’havia dissenyat i depurar

els errors. Aquesta planta no va estar llesta fins a finals de Juliol. Va deixar una setmana a

l’estudiant per a depurar el programa i provar tots els sensors.

Per a la substitució dels PLC’s de les plantes de la primera pràctica va passar igual. Fa dos

anys que la migració no es feia i la universitat tenia desenes de milers d’euros en autòmats

emmagatzemats i sense fer servir. Durant el segon quadrimestre en el que el laboratori

d’automatització no es fan servir, els PLC’s S7-1200 no es van migrar. La migració de les

plantes de la pràctica 1 es va fer a correcuita durant l’estiu, igual que la pràctica 2. No hi va

haver temps de provar i assegurar-se que funcionin totes. El programa de la pràctica 1, que en

teoria s’havia de provar en totes les plantes nomes es va tenir temps de provar en una. Aquest

retràs en les tasques del laboratori perjudicaran a l’estudiantat.

Les conseqüències d’aquesta falta d’organització són molt greus. Primerament ha resultat en

que les plantes per a les pràctiques 3 i 4 no s’hagin arribat a construir. Ara mateix aquestes

pràctiques són no serveixen de res ja que no tenen ni plans de construcció. Això són 2

pràctiques menys per als estudiants. Això significa que els estudiats nomes podran treballar

amb pràctiques basades en electropneumàtica el pròxim any acadèmic. De fet, la pràctica 4

no és molt difícil de construir. Només s’hauria de preparar un PLC amb seguretat per a que

es puguin fer les comunicacions i ja està.

Una altra conseqüència que ha tingut aquesta falta d’organització ha estat els problemes per

a realitzar la programació de la pràctica 1. L’alumne Rubén Navarro va haver de realitzar

la migració de una planta ell mateix. Al principi el requeriment era provar el programa en

totes les plantes però, com que les plantes es van acabar tant tard les plantes no es van poder

provar. Si hi ha un problema amb les plantes quan comenci el curs molt probablement

s’hagués pogut detectar si les plantes haguessin estat a temps.

7.3.1.2 Problemes amb la Col·laboració entre Assignatures

Per a la construcció de la planta per a la pràctica 3 (regulador de freqüència), es necessitaven

un variador i un motor petit. El departament d’Enginyeria Electrònica Elèctrica i Automàtica

té molts variadors de freqüència i motors que ens podien deixar per a realitzar aquesta

pràctica. El professor de l’assignatura d’Automatització i tutor d’aquest treball va parlar

amb els responsables per veure si podíem agafar un parell de variadors i motors i la resposta

no va ser positiva.

Aquesta pràctica és molt important per al desenvolupament de l’alumne, sobretot

l’alumne d’Enginyeria Elèctrica que ha treballat els variadors de freqüència extensament

durant el desenvolupament de la seva carrera. Aquest ha estudiat cadascuna de les seves parts,

els seu seu funcionament a la perfecció, i ha fet funcionar un motor amb un variador en un


84

ambient controlat d’un laboratori. Els variadors de freqüència són una part una part

indispensable del procés industrial, i un enginyer d’aquesta especialització n’haurà de tocar

algun si treballa en indústria. Per això creiem que aquesta pràctica és molt important per al

desenvolupament de l’alumne. Saber programar i fer funcionar un variador mitjançant

un PLC és igual d’important que saber quines parts el formen o com funciona. Els

estudiants tenen dret a poder realitzar aquesta pràctica. Quan la universitat té suficients

variadors per a tots no hauria de comprar variadors nous a causa d’un conflicte entre

assignatures.

7.3.2 Proposta de millores al laboratori

Les millores d’aquest laboratori sempre s’hauran de fer d’acord amb el que cregui el

professor. Si els estudiants assimilen bé les pràctiques noves, sempre es podrà procedir

muntant les plantes que queden. Tot hi això, es vol donar unes quantes recomanacions per a

que el professor de l’assignatura pugui millorar el laboratori.

La primera millora que s’hauria de fer al laboratori és muntar les plantes per a les

pràctiques 3 i 4. Aquestes plantes en teoria han de ser molt petites i ocupar molt poc

espai. Per a la pràctica 3 són necessàries un PLC amb un variador i un relé per al

motor, a més del mencionat motor. La pràctica 4 simplement és necessari un PLC

protegit adequadament. Degut al tamany estimat de les pràctiques se’n poden fer

moltes i guardar-les en un armari. En el moment de realitzar-les es poden fer

funcionar damunt de les taules perfectament.

Una altra millora molt important seria corregir els error de construcció de la planta

de la pràctica 2. Aquesta planta té alguns punts que porten problemes. Per exemple,

en algun tram les peces poden caure de la planta, o poden quedar-se atrapades a la

segona cinta. Aquests problemes són molt fàcils d’arreglar, però s’han d’arreglar.

Alguns d’aquests poden causar problemes greus a la planta.

Ja que al laboratori tenim una altra placa penjada a la paret, un camí lògic és la

construcció d’una nova planta 2 per a que puguin treballar-la 2 grups a l’hora.

Una altra millora substancial seria la millora de les condicions del laboratori. Això

vol dir treure les caixes que estan apilonades pel laboratori. Les cortines del laboratori

són molt opaques i això és el que es busca. El problema que tenen aquestes és que

s’estan començant a desenganxar.

Amb totes aquestes millores el laboratori tindrà totes les pràctiques que s’havien pensat

inicialment. D’aquesta forma els estudiants podran practicar molts exemples diferents. Ara

mateix, només tenen dues pràctiques amb les que treballar. I a més a més, només hi ha una

planta per a la segona pràctica. Aquest laboratori es pot millorar més però per introduir més

complexitat al laboratori es necessiten més hores d’assignatura per poder donar més teoria i


85

tenir més temps per a fer pràctiques. Una vegada les pràctiques necessàries estiguin

construïdes no s’haurà de millorar el laboratori en molt de temps.

7.4 Conclusions

Aquest projecte ha portat molta feina per a les persones involucrades. Totes aquestes hores

han estat pel benefici de la universitat i els estudiants. S’han intentat crear les millors

pràctiques per a fer els nostres estudiants més competitius en el món laboral. Les dues

pràctiques que hem aconseguit muntar han millorat molt les condicions d’aquest laboratori.

Tot hi això hi han hagut inconvenients i problemes que han obstruït la realització d’aquest

projecte i de les pràctiques en general. El gran problema que hi haurà al començar les classes

és què fer quan només hi han la meitat de plantes fetes. El professor de laboratoris haurà

d’improvisar d’alguna forma per a suplir les mancances de l’equip de taller.El fet que aquest

equip no hagi pogut acabar les pràctiques és molt decepcionant, sobretot tenint en compte que

la seva excusa per tardar tant normalment era “tranquil, que encara hi ha temps”.

Les pràctiques que romanen per fer són molt fàcils de construir i aquest projecte és una guia

per a poder construir-les una vegada hi hagi temps. Sense aquestes el laboratori només és un

parell de pràctiques basades en el mateix concepte de sel·lecció de peces mitjançant

electropneumàtica. La migració de PLC’s és una millora de qualitat necessària però

insuficient en l’estat actual de les pràctiques.

I quan parlem de millores sempre es necessiten. Però de fet, acabar les plantes que falten,

arreglar els errors de construcció de la planta 2 i ordenar el laboratori poden fer miracles per

el benestar dels estudiants. Aquest siguen el motiu ulterior per al qual s’ha realitzat tant de

canvi al laboratori. Una vegada les pràctiques encomanades estiguin totes fetes no caldrà que

es facin millores al laboratori en molt de temps.

Conclusions del Projecte

86

8 Conclusions del Projecte

Al final de tot, crec que aquest projecte tindrà una influència molt positiva en els estudiants..

Si que hi han hagut problemes, i un de molt gros amb el fet de que les plantes de les

pràctiques 3 i 4 no estiguin fetes a temps, però això està fora del nostre abast. L’esforç

suposarà una millora de la qualitat total. La migració dels autòmats S7-300 a S7-1200 torna el

laboratori en el tipus de laboratori d’automatització digne d’una escola d’enginyeria.

L’autòmat S7-1200 junt amb el software TIA Portal ajudaran als estudiants durant

l’aprenentatge, i a més a més, la diferència és abismal comparat amb el software del S7-300

que funcionava amb Windows 98. Per exemple, amb el Windows 98 els estudiants tenien

molts problemes per a guardar el seu progrés ja que les memòries USB moltes vegades no

funcionaven i penjar el progrés a internet tardava moltíssim.

Les pràctiques són una millora considerable a les antigues pràctiques. Els annexes que s’han

introduït ajudaran considerablement l’aprenentatge dels estudiants. A part de les explicacions

normals hem realitzat molts annexes als manuals de les pràctiques per a ajudar amb la

transició i els problemes que segur que passaran. La pràctica 0 és una de les més importants

en aquest sentit ja que és la pràctica introductòria al laboratori. Aquesta ja conté de per si

molta informació útil per a un nou estudiant d’automatització però més informació és

necessària. En aquesta hem afegit annexes per a solucionar problemes amb la connexió al

PLC, un capítol absolutament necessari de “troubleshooting” per a solucionar la gran majoria

d’errors al carregar al programa. A més a més es dona informació addicional sobre el PLC S7-

1200, la programació amb TIA i com fer funcionar el Simulador del TIA Portal. Per a la

pràctica 1 s’ha redactat molta informació sobre com programar. Aquesta informació s’ha

ampliat amb annexes. En aquests annexes hem inclòs una gran quantitat d’exercicis

d’automatització resolts i per resoldre. Aquests exercicis serveixen per a que l’estudiant pugui

practicar tant com necessiti per les pràctiques i l’examen. La pràctica 2 parla sobre els bàsics

d’electropneumàtica (per qui no els sàpiga) i treballa el cablejat dels components de la planta

extensament. La pràctica 3 té una explicació detallada dels variadors de freqüència i com es

poden programar per automatitzar. La pràctica 4 explica les comunicacions entre PLC’s.

Tot aquest material que s’ha implementat en la proposta de les noves pràctiques és un

argument molt important per a considerar que l’objectiu de aprofundir el contingut de les

pràctiques de l’assignatura. Quan abans les pràctiques treballaven elements bàsics que

culminaven en l’automatització d’una planta de classificació pneumàtica en un llenguatge

molt minoritari, ara treballen dues plantes de classificació diferents, variadors de freqüència i

comunicació. Tots aquests conceptes estan ben plantegats i, si es complementen amb les

classes de teoría adequadament, els estudiants no tindran cap problema en adaptar-se a les

pràctiques proposades en aquest treball.

Per tant considerem que l’objectiu de millorar el contingut de les pràctiques preparant-ne de

noves amb la migració d’autòmats s’ha complert satisfactòriament.

La planificació i construcció de les plantes és un problema. Tècnicament no hem complert els

objectius, però els estudiants hem treballat aquesta part tant com hem pogut i no s’han


87

realitzat per culpa d’altres parts. Aquest és el motiu del apartat 7.3.2 proposar millores que es

poden realitzar al laboratori en un futur ja que és necessari que la resta de pràctiques s’acabin.

Les pràctiques 1 i 2 tenen plantes molt ben fetes. Les pràctiques 3 i 4 encara estan per fer.

Creiem que aquest objectiu s’ha invalidat al final del projecte ja que sí que no s’han realitzat

però no s’han realitzat les plantes per culpa de la coordinació entre diferents elements de

l’escola.

A l’hora decidir si s’ha completat l’objectiu de probar totes les plantes amb el programa

dissenyat per a solucionar el problema que es planteja, també ha hagut un problema

important. L’equip tècnic del taller va montar les plantes de les pràctiques 1 i 2 a finals de

Juliol. El problema bé en que Rubén Navarro, la persona que tenia que probar les plantes de la

pràctica 1, ja havia presentat el treball final de grau a Juny. I Xavier Román, l’autor d’aquest

treball només va tenir temps de probar la pràctica 2. Aquest és el mateix cas que abans en el

que l’objectiu que havíem d’assolir ha estat invalidat degut a la poca coordinació dels

departaments de l’escola. Tècnicament no s’ha assolit l’objectiu que s’havia marcat, però

alhora no pot ser que es muntin les plantes una vegada el Treball Fi de Grau ja s’hagi

presentat.

Com a conclusions d’aquest treball, sí que no hem assolit els objectius proposats, però crec

que és més important valorar la gran feina que s’ha fet al laboratori. La universitat té un

laboratori modern amb software modern. S’han dissenyat documents explicatius, problemes i

pràctiques per al benestar dels estudiants i ara mateix el laboratori està preparat per a

continuar amb les següents construccions de les plantes necessàries. Una vegada el laboratori

estigui acabat de la forma que s’ha dissenyat no caldrà fer-hi millores en molt de temps.


88

8.1 FONTS

8.1.1 Referències Bibliogràfiques

M. A. Laughton, D. J. Warne (ed), Electrical Engineer's Reference book, setzena edició ,Newnes, 2003 Capítol 16: Programmable Controller Present I futur de les màquines (pàgines 8-10) extret dels següents materials:

Llibre: The Second Machine Age: Work, Progress and Prosperity in a Time of Brilliant Tecnologies. 1a edició. De Erik Brynjolfsson i Andrew McAffe

Llibre : The Rise of The Robots: Technology and Threats of Mass Unemployment. 1a Edició. De Martin Ford.

Estudi: The Future of Employment: How Susceptible Are Jobs to Computerisation? realitzat per Carl Benedict Frey i Michael A. Osborne, de la universitat d’Oxford

8.1.2 Manuals

Norma francesa UTE NF C03.190

Diagramme fonctionnel “GRAFCET” pour le description des systèmes logiques de commade – 1982

Manuals7 300 I s71200 Manuals del Variador de Freqüencia Altivar 32

8.1.3 Bibliogràfia de Pàgines Web

http://w5.siemens.com/spain/web/es/industry/automatizacion/simatic/tia-portal/pages/tiaportal.aspx

8.1.4 Apunts

Apunts de l’assignatura d’Automatització

9 Annexes

Annex 1: Pràctica 0

DEEEA Departament D’enginyeria Electrònica, Elèctrica i Automàtica

ETSE Escola Tècnica Superior d’Enginyeria

Pràctiques de Laboratori

D’Automatització Industrial

Pràctica 0: Introducció al Laboratori

d’Automatització

Professors: JOSÉ RAMÓN LÓPEZ LÓPEZ

PEDRO GARCES MIGUEL

www.urv.es Despatx 345

www.etse.urv.es Laboratori 107

www.etse.urv.es/DEEEA

http://www.urv.es/

http://www.etse.urv.es/

Pràctica 0: Introducció al Laboratori D’automatització Automatització Industrial

2

INDEX 1. Introducció ........................................................................................................................ 3

2. Lloc de treball.................................................................................................................... 4

2.1 L’ordinador ................................................................................................................ 4

2.2 El PLC......................................................................................................................... 5

2.3 Planta electropneumàtica .......................................................................................... 6

2.4 Panell de control........................................................................................................ 7

2.5 Placa de connexions .................................................................................................. 7

3. Introducció a l’entorn de programació .............................................................................. 8

3.1 Vista general de TIA portal ......................................................................................... 8

3.2 Creació d’un projecte des de zero. ............................................................................. 8

3.3 Com Programar amb TIA Portal................................................................................ 14

3.4 Connexió al PLC i carregar el programa .................................................................... 16

4. Exercici de programació .................................................................................................. 21

ANNEX 1: Problemes de connexió ........................................................................................... 22

Connectar-se al PLC............................................................................................................. 22

No s’ha trobat PLC............................................................................................................... 24

Mòduls/Firmware diferents ................................................................................................ 27

Tria de PLC equivocat .......................................................................................................... 28

Annex 2: Informació ampliada de S7-1200 .............................................................................. 31

Característiques generals .................................................................................................... 31

Modes de funcionament de la CPU ..................................................................................... 32

Tipus de dades .................................................................................................................... 33

Àrees de memòria ............................................................................................................... 33

Annex 3: Més conceptes sobre TIA Portal i la Programació del PLC.......................................... 35

Llenguatges de programa .................................................................................................... 35

Comunicacions .................................................................................................................... 36

Blocs de programa .............................................................................................................. 37

Estructura de programació .................................................................................................. 38


3

1. Introducció

La redacció d’aquest manual té com a objectiu fer de guia a l’estudiant de l’assignatura

d’Automatització de la Universitat Rovira I Virgili. Aquest, permetrà donar els primers passos i

aprendre sobre l’entorn de programació TIA PORTAL, de Siemens. S’introduiran conceptes

simples i l’entorn de treball on es desenvoluparan les pràctiques.

La dificultat de l’assignatura d’automatització resideix en les pràctiques que s’han d’entregar.

Cadascuna treballa conceptes diferents però no hi ha una de fàcil o no. En gran part, aquestes

pràctiques són grans problemes a resoldre, però aquests grans problemes es poden separar en

problemes més petits i aquests altres problemes són conjunts de diferents conceptes que

s’intentaran ensenyar. Aquest manual suposarà la pràctica nº0.


4

2. Lloc de treball El lloc de treball del laboratori s’ha de conèixer amb profunditat per poder realitzar les

pràctiques i exercicis de l’assignatura d’automatització. Aquest lloc de treball disposa de tots

els elements necessaris per realitzar les pràctiques i no fa falta que l’alumne disposi de cap

material addicional.

El lloc de treball està format pels següents elements:

- Ordinador

- Controladors Lògics Programables (PLCs)

- Planta electropneumàtica

- Panell de control

- Placa de connexions

No tots els elements s’utilitzen per a totes les pràctiques.

2.1 L’ordinador L’ordinador és essencial per al lloc de treball ja que amb el programari que conté es

dissenyaran tots els circuits de les pràctiques i exercicis. A més a més, és el node de

comunicació amb els PLCs, que ens ajudarà a programar-los i també farà d’intermediari quan

estem provant els circuits, mostrant-nos les variables en temps real.

L’ordinador té les següents característiques

- Processador Intel Core 2 Duo 2.4 GHz

- 4 GB de memòria RAM

- Windows 64 Bits

L’ordinador disposa de dues imatges de sistema operatiu diferents. Cadascuna conté el

programari necessari per poder utilitzar cadascun dels dos PLCs. Per al PLC S7-300, s’utilitzarà


5

la imatge amb Windows 98 i per a utilitzar el PLC S7-1200 s’utilitzarà la imatge amb Windows

7.

2.2 El PLC El PLC és l’element que ens permetrà realitzar les accions determinades del nostre programa.

Està dissenyat per convertir les accions descrites en un programa, en accions del nostre

entorn, amb accionaments i sensors. El cas que examinarem és el del PLC S7-1214AC

AC/DC/RLY 6ES7 214-1BG40-0XB0.

En la fotografia superior es poden veure els elements externs del PLC, identificats com:

1. RUN/STOP ERROR I MANT: LED’s de funció del PLC. S’engeguen quan algun dels

següents successos ocorren:

Run/Stop: comparteixen el mateix LED però Run és verd i Stop és Àmbre. Amb Run el

PLC està corrent el programa. Amb Stop el PLC està parat. Si arriba corrent al PLC

almenys un dels dos ha d’estar encès.

Error: s’encén quan hi ha algun error al programa i el PLC no funciona. El Led és

vermell.

Mant: s’encén quan hi ha un problema amb el hardware del PLC i és necessària

assistència del servei tècnic.

2. Entrades: Les entrades són els ports per els quals entra la informació digital dels

diferents sensors dels que disposem al PLC. Quan una entrada té tensió alta el LED

corresponent s’encén en verd.

3. Sortides: Les sortides són molt semblants a les entrades, però aquesta vegada és el PLC

el que envia un voltatge alt als seus actuadors. Quan s’encén una sortida el seu LED

corresponent s’il·lumina de color verd.

Tant les entrades com les sortides es classifiquen en bytes (8 bits). Van des de 0.0 fins a 0.7,

després des de 1.0 a 1.7 en funció de la direcció que tinguin dintre del byte.. En el cas d’aquest


6

PLC té un byte d’entrada i un de sortida sencer i mig d’un altre byte (de 1.0 a 1.5) per raons

d’espai. La disponibilitat d’aquests es pot ampliar amb mòduls addicionals que proporcionen

més entrades i sortides per a programes més complexos.

Més informació sobre I/O al seu apartat corresponent.

Si obrim les tapes del PLC podrem veure les parts de dintre i identificar-ne més elements.

1. Connexió: Connexió de corrent a la CPU.

2. Entrades Analògiques: Les entrades analògiques mesuren un valor entre dues tensions

predeterminades, és a dir, no es troben limitades a només dues opcions (voltatge alt o

voltatge baix; 0 o 1)

3. Targeta de memòria: Ranura per introduir una targeta de memòria per ampliar la

memòria disponible.

4. Connexió IP: Ranura per a connectar el PLC a l’ordinador mitjançant un cable de xarxa

del tipus CAT5. Quan es troba connectat el LED LINK s’encén de color verd.

5. Connexió de Cablejat: En aquestes regletes es connecten les sortides: bobines,

electrovàlvules, divers de motor, etc. A la part superior es connecten les entrades:

sensors, finals de carrera, dispositius analògics, etc.

2.3 Planta electropneumàtica

La planta electropneumàtica és la part més pràctica de tots els elements del lloc de treball.

Aquesta està formada per una línia de producció classificadora, la qual conté diversos sensors,


7

actuadors, finals de carrera, un motor... Els elements d’aquesta es descriuen amb detall al

ITEM 1.

2.4 Panell de control

El panell de control es una placa que disposa de 8 LEDs indicadors, sis interruptors de balancí i

dos polsadors normalment oberts. Aquesta placa s’utilitza per bé controlar la planta de

producció, o bé per simular algun tipus de circuit.

2.5 Placa de connexions

La placa de connexions, es una placa PCB amb la qual s’ha de realitzar el cablejat per a

connectar els elements de la planta (sensors, finals de carrera, actuadors) i del panell de

control al PLC.

Com es pot observar a la fotografia, la placa de connexions disposa dels següents ports:

1- Entrades del PLC

2- Sortides del PLC

3- Elements d’entrada de la planta

4- Elements de sortida de la planta

5- Elements d’entrada del panell de control

6- Elements de sortida del panell de control

Ja que la placa només disposa de 16 entrades, per realitzar la programació de la planta, s’han

de triar amb cura quines farem servir. 16 entrades són suficients per fer funcionar la planta

correctament.


8

3. Introducció a l’entorn de programació L’entorn de programació consisteix en dos elements el software (TIA Portal) i el hardware

(PLC).

3.1 Vista general de TIA portal

TIA Portal, acrònim de Totally Integrated Automation Portal (de l’anglès: Portal

d’Automatització Totalment Integrat) és un sistema desenvolupat per Siemens que integra tots

els productes de la seva gamma SIMATIC (automatització) en un sol software. TIA Portal avarca

software de programació, PLC i controladors, processos i elements d’automatització i pantalles

de comunicació Operari-Màquina (HMI). El sistema també permet que tots aquests elements

es comuniquin entre si. És un software que permet tenir tots els elements relacionats amb la

programació en un sol software.

3.2 Creació d’un projecte des de zero.

Per fer explicar aquest exemple partirem des de que l’ordinador acaba d’engegar-se.


9

PAS 1: OBERTURA DEL TIA PORTAL

Per obrir el TIA s’ha de clicar la icona de TIA Portal V13. Al cap d’una mica de càrrega s’obrirà el

programa, per defecte a la finestra de Gestió del projecte. La següent imatge correspon a

aquesta finestra.

Aquí tenim diferents opcions, obrir un projecte existent, crear un projecte nou o migrar un

projecte. Per el nostre exemple crearem un projecte nou. Els projectes existents apareixeran

en la pantalla d’inici, però si creem un projecte nou la pantalla canviarà i ens deixarà donar-li

un nom i escriure comentaris del programa.

PAS 2: CREACIÓ D’UN PROJECTE

Per crear un projecte clicarem el botó Crear Proyecto. Fent això apareixerà la següent finestra


10

Aquí li podem donar un nom i una descripció, a més a més de especificar-li la ubicació en el

que volem que guardi el nostre projecte. Aquesta serà important a l’hora d’extreure les

carpetes del projecte de l’ordinador del laboratori. Un cop hem decidit el nom i creada una

descripció cliquem el botó Crear.

Una vegada creat el projecte, és molt important assignar-li el model de PLC a DISPOSITIVOS Y

REDES; AGREGAR DISPOSITIVO. Aquí s’escull el tipus de PLC que utilitzarà el programa. Si

s’escull un tipus de PLC equivocat no podrem programar-lo al PLC del laboratori.

Com podem saber quin tipus de PLC tenim? A damunt i al lateral del PLC hi ha la definició

d’aquest.

La finestra següent ens permetrà seleccionar el nostre PLC.

Primerament, hem de fer la distinció

entre controladors i HMIs.

Controladors són CPUs de

programació, HMI són pantalles que

mostren informació i permeten

interactuar amb el PLC.

A l’apartat Controladores trobarem

tots els PLCs que es poden programar

amb el TIA Portal. El PLC amb el qual

treballem al laboratori és el 1214C

AC/DC/Rly 6ES7 214-1BG40-0XB0. Si

no es tria aquest model específic

amb la versió adequada es poden

tenir problemes a la hora de carregar

el programa.


11

Per agregar el PLC seleccionat cliquem el botó AGREGAR o fent doble clic al PLC seleccionat.

PAS 3:NAVEGACIÓ PER EL PROGRAMA

Una vegada escollit el PLC amb el que treballarem, la pantalla canviarà.

El TIA Portal té dues formes de treballar, les dues fan el mateix però la forma com presenten la

informació és diferent. La Vista del Proyecto i la Vista del Portal. La vista inicial del programa

en la qual hem iniciat és la vista del Portal. Aquesta vista és una forma de navegar el TIA.

Presenta la informació de forma ordenada per anar a on vols treballar. En la vista de treball no

es pot realitzar la programació. La següent vista és la vista del Projecte. La vista del Projecte

presenta tota la informació mitjançant una barra de desplegables. La vista del Projecte permet

configurar i treballar el programa.


12


13

Per anar a la programació mitjançant la vista del portal navega a Programación del PLC (1.) i

clica el bloc que vols treballar (2.).

Per anar a la programació amb la vista del portal navega a Arbol del proyecto” a la banda

esquerra de la finestra i obre el desplegable del PLC (1.), de blocs (2.) i després obre el Bloc que

vols (3.).

Sempre podrem canviar entre les dues pantalles mitjançant un botó.

El TIA Portal és una eina molt potent. La pantalla del projecte sembla molt complicada al

principi, per tant es recomana un apropament de mica en mica, aprenent conceptes de forma

ordenada. S’utilitzarà principalment la vista del projecte per a il·lustrar aquesta pràctica.

PAS 4: PROGRAMACIÓ

Per començar a programar s’ha d’estar a la vista del projecte. La barra de l’esquerra es navega

mitjançant desplegables. Desplega “Bloques de Programa” i selecciona el bloc de programació

principal Main [OB1]. Els blocs de programa seran on s’ubicaran els nostres programes. El

llenguatge que s’utilitza és KOP, un llenguatge basat en diagrama de contactes.


14

Els segments seran on es dibuixarà el codi.

Una altra finestra molt important és la de “variables PLC”. La taula de variables permet definir

les variables del codi que escriurem. Les taules de variables són una part de la programació

casi tant important com la programació mateixa. Permeten definir variables no com a

direccions (M0.0, M0.1) sinó amb etiquetes que les identifiquin, (“Marxa”,”Motor Dreta”). La

creació de programes amb certa complexitat és totalment dependent de la taula de variables.

Es poden afegir tantes taules de variables es vulgui.

3.3 Com Programar amb TIA Portal Com s’ha vist anteriorment, per

poder programar el nostre PLC,

farem servir els diferents tipus de

blocs disponibles. Per començar,

podem programar en el bloc Main,

ja que aquest ho permet. Aquests

blocs de programació es poden

crear amb Agregar nuevo Bloque.

Diferents blocs es poden

comunicar entre si creant una

estructura de control per crear

programes més avançats. Clicant el botó Mostrar todas las variables, dintre de Variables PLC,

ens permet veure totes les variables definides al programa, la direcció interna d’aquesta al

PLC, tipus de variable (entrada o sortida) i comentaris escrits. Aquestes també es poden veure

a Taula de variables estándar.

Si fem doble clic al

bloc Main *OB1+, se’ns

obrirà l’espai de

treball a la part

central de la pantalla.

Aquí es pot començar


15

a programar. Arrastra contactes des de la barra superior al segment per formar el programa

que vols. A aquestes instruccions se’ls hi pot donar un nom o una direcció. De qualsevol de les

formes, fent clic dret sobre aquest nom o direcció ens permetrà definir variable i introduir-ne

les dades. Aquestes dades sortiran a la taula de variables. Aquí tenim un altre exemple:

A la part dreta de la pantalla, quan es té

seleccionat un bloc de programació, podem

veure una llista d’instruccions. Les principals

instruccions que s’utilitzen seran instruccions

bàsiques, i dintre d’aquestes operacions

lògiques amb bits. Obrim aquesta carpeta i

arrastra components per fer un o dos

segments.

Això no vol dir que no s’utilitzen altres

instruccions. TIA Portal ofereix una gran

quantitat d’instruccions diferents, per

realitzar tot tipus de programes.


16

A la part superior de la pàgina de programació hi ha diferents botons per controlar el

programa. Les funcions de la part superior permeten controlar els segments, afegir-ne o

eliminar-ne, controlar comentaris del segment i altres elements més complicats que de

moment no tocarem. A la part inferior hi ha instruccions lògiques bàsiques i per afegir

branques a segments. Es poden arrastrar instruccions bàsiques des de les carpetes de la dreta

fins a sota per tenir un accés més ràpid a elles.

Tots aquests són els elements més importants per començar a programar amb TIA Portal.

3.4 Connexió al PLC i carregar el programa

PAS 1 CARREGAR EL PROGRAMA

Hi ha moltes formes de connectar-se al PLC (mode Online), però per carregar el programa

(gravar-lo a la memòria del PLC) has d’estar en mode Offline. Si per algun motiu s’ha connectat

el programa al PLC pots desconnectar-lo clicant a Deshacer conexión online:

Per carregar el programa s’ha de fer clic dret a la pestanya de PLC, per exemple:

. O també clicant al botó marcat en vermell:

Un cop li donem a carregar el programa, s’obre la següent finestra:


17

Per carregar el programa s’han de seguir tres finestres diferents. Aquesta és la primera, per

connectar-se al PLC. Aquí podem veure l’adreça del PLC que hem configurat i les opcions que

tenim.

1. Una vegada oberta la finestra, aquesta mostrarà tots els PLC configurats i les seves

adreces.

2. Aquí es selecciona la plataforma on hem connectat el PLC. Si el nostre ordinador té

més d’una targeta d’internet i seleccionem la targeta equivocada el programa no

trobarà el nostre PLC i no es podrà connectar.

3. Aquest botó mostra tots els elements que la targeta pot trobar a la xarxa. Es recomana

tenir-ho desmarcat. No es necessari si està configurat bé.

4. Una vegada seleccionat on es buscarà el PLC, s’inicia la cerca amb el botó Iniciar

búsqueda. Quan acabi, mostrarà el PLC que s’hagi configurat, o tots els elements en

aquella xarxa si s’ha seleccionat Mostrar dispositivos compatibles.

5. S’hi el programa ha trobat el PLC el link entre el PLC i el PC es tornarà verd i es podrà

seleccionar la opció per fer parpellejar el LED del PLC on s’està connectant.

6. Finestra de diàleg que mostra la informació del procés. Si apareix algun error impedirà

la connexió.

7. Si el procés ha sortit bé permetrà la carregar el programa. Una vegada iniciada la

càrrega apareixerà una nova finestra.


18

Normalment el procés funciona sol sense haver de configurar res. Al final d’aquest

document hi ha un annex que ajuda a solucionar en cas de que sorgeixi algun problema.

Aquesta és la segona etapa. Un cop trobat amb el PLC a la xarxa i realitzada la connexió

d’enllaç ara ja es pot carregar el programa. El software dona informació a l’usuari sobre el

que ha trobat a dintre el hardware i si coincideix o es compatible amb el que s’està

carregant.

Es comuniquen les opcions sobre que fer si, per exemple hi ha diferents configuracions

entre el projecte i el PLC i també es mostren errors que poden fer que no permeti la

càrrega.

Quan el programa sigui correcte i tots els avisos siguin solucionats el programa permetrà la

càrrega.


19

Aquesta és la tercera finestra. Permet finalitzar la càrrega i escollir com es vol que s’iniciï el

programa, en marxa o en parada. Si es selecciona Arrancar todos s’iniciarà el programa

automàticament al clicar finalitzar. Si no, s’haurà de seleccionar Run a la part dreta del

programa.

Acabat tot això el programa s’haurà carregat i el PLC passarà a mode ONLINE, (comunicat amb

l’ordinador).

PAS 2: SIMULACIÓ

Com hem vist anteriorment, aquestes icones permeten a l’usuari interactuar amb el PLC quan

es troba en mode online. Les icones superiors interactuen amb l’estat online-offline (per poder

veure en temps real els valors de les variables internes del PLC) i les inferiors actuen

principalment amb el projecte offline: crear nous segments, afegir comentaris, afegir blocs,

etc.

Les icones principals són aquestes:

1. Compilar el programa, carregar el programa al PLC i descarregar el programa del PLC al

TIA Portal.

2. Establir la connexió online o desactivar-la (passar al mode offline):

3. Mostrar tots els elements a la xarxa

4. PLC run/stop

5. Buscar referències creuades al programa. Les referències creuades busquen tots els

elements individuals del programa que es repeteixen.

6. Inserir i esborrar un segment al codi

1 2

7

3 4 5

6


20

7. Iniciar/parar la observació dels estats de les variables del codi. Requereix connexió

online i PLC en RUN. El color verd indica que es troba alimentat (voltatge alt):


21

4. Exercici de programació Exercici: Crea el següent programa tal i com s’ha mostrat anteriorment. Carrega’l al PLC i

comprova el seu funcionament amb la placa d’interruptors i LEDs. Crea la taula de variables i

de comenta el programa.

Explica el funcionament del programa


22

ANNEX 1: Problemes de connexió

Tot hi que normalment no hi ha problemes a l’hora de connectar-se al PLC, un dels grans

inconvenients de TIA Portal és que quan apareix un problema al connectar-se no especifica

gaire bé de què es tracta. En aquest annex s’intenta explicar com solucionar alguns dels

problemes que poden aparèixer més sovint.

Connectar-se al PLC Molts dels problemes es poden solucionar comunicant-se amb el PLC i observant el model del

PLC i la seva configuració. La majoria de problemes són perquè el PLC que hem configurat és

diferent al PLC real.

Per connectar-se s’han de seguir els següents passos:

1. A la pestanya Online, clicar a Dispositivos accessibles. Aquesta opció obre una finestra

de diàleg com les que tenim per carregar online el programa, però aquesta buscarà

tots els elements als que ens podem connectar en la xarxa. Aquí clica Iniciar búsqueda.

2. Per connectar-se al PLC s’ha de clicar a Mostrar.


23

Tot hi que s’està seguint un procediment diferent, s’assembla molt al procediment per

carregar un programa online.

3. Una vegada connectat al PLC, aquest apareixerà al Árbol de proyecto, desplegant

Accesos Online es podrà trobar el PLC al que ens hem connectat. Clicant a Online y

diagnostico configurarem el model de PLC correctament.

4. Fet això s’obre una finestra, on hi ha tota la informació que necessària per comprovar

què s’ha configurat el PLC de forma errònia.


24

Comprova sobretot que les versions del firmware i la referència coincideixin amb la que

s’ha programat.

Arreglar aquest problema és una mica complicat. Si no has fet cap o gairebé gens de codi

es recomana que es creï un nou PLC amb la configuració adequada i perdre la informació

que s’ha redactat. Si s’ha escrit una part substancial de codi i no es vol perdre, adreceu-vos

a l’apartat d’aquest annex “Salvar programa redactat en un PLC equivocat”

No s’ha trobat PLC Un dels casos més comuns és que la IP del PLC que s’ha programat (OFFLINE) o la del PLC

(ONLINE) on ens connectem sigui diferent. En molts casos això es pot solucionar clicant la

casella de mostrar dispositivos compatibles. Si la IP que s’ha programat és diferent de la que té

el PLC hi poden haver problemes i el software no podrà trobar el PLC.


25

DIFERÈNCIA ENTRE IP ONLINE I IP OFFLINE

La IP online és la IP que té el PLC i la IP offline és la IP que s’ha configurat al software. Si bé la IP

offline es pot configurar perfectament offline, s’ha de connectar al PLC de la forma que hem

descrit per poder modificar la online

COM CONFIGURAR LA IP

OFFLINE

1. Al Árbol del Proyecto fer clic sobre CONFIGURACIÓN DE DISPOSITIVO. Això porta a

una finestra amb la vista del PLC.

2. Clicant sobre la ranura ETHERNET del PLC, la pestanya inferior canvia a una nova

finestra.

3. En aquesta finestra es pot canviar la direcció IP.


26

ONLINE

Connectat al PLC tal i com hem mostrat al primer apartat CONECTAR-SE AL PLC. Allí, sota

FUNCIONES clicar a Assignar dirección IP.

Aquí es pot canviar la direcció IP per fer que coincideixi amb la offline. Una vegada canviada

cliquem a Assignar dirección IP (ASSEGURAT QUE EL PLC ESTÀ EN STOP I DE QUE LA DIRECCIÓ

DEL ROUTER NO SIGUI LA MATEIXA QUE LA IP NORMAL).


27

Mòduls/Firmware diferents Quan configurem el PLC al inici del programa podem no haver escollit el PLC o la versió

d’aquest adequadament. Només es possible veure aquest error quan anem a carregar el

programa a la CPU ja que, en algun pas no ens deixa carregar i ens mostra un missatge del

tipus : “Firmware no coincide” o “Versiones diferentes” o “Modulos diferentes”

El primer pas que s’ha de fer per solucionar aquest problema és comprovar quina és la versió i

configuració del PLC. Per fer això hem de seguir els passos per connectar-nos al PLC i veure

quina és la seva informació.

La gran majoria de vegades que passa aquest error és per que hem agafat una versió que no és

la mateixa el programa no ens deixarà carregar. Aquí hi ha un exemple:

Hem agafat aquest PLC, amb la versió 4.0 per fer un exemple.


28

Quan la versió que s’hauria d’haver agafat és la 4.1

Moltes vegades l’única forma d’arreglar aquest error és creant un nou PLC i començant de

nou. Però fent alguns trucs podem salvar la situació

Tria de PLC equivocat Ja que el pas de carregar el programa al PLC és l’últim pas en la creació d’un programa pot ser

que a l’hora de configurar un nou PLC perdem moltíssima informació i codi. La forma de

conservar el codi és la següent:

1. Sense tancar el programa, afegim un nou PLC, que concordi amb el físic que hi ha al

laboratori. Suposem que PLC 1 és el PLC antic i PLC 2 el PLC nou


29

2. Seleccionem els blocs a copiar i amb el botó dret del ratolí, fem clic a copiar els blocs

(Main OB1...) del PLC 1 amb el codi que vols conservar i copiar-lo al PLC 2. Fer el

mateix amb les variables.

3. Enganxar la informació copiada a OB1 i a la Taula de variables


30

Fent això sortirà un diàleg amb opcions. Selecciona COPIAR Y REEMPLAZAR

4. Borra el PLC 1

Clic dret a la pestanya del PLC 1 i clica Borrar

Una vegada fet això hauràs copiat tot el codi que es vol conservar. Tot hi això cal destacar que:

- Si no s’ha copiat la taula de variables només es copiaran els nomes de les variables i

s’hauran de tornar a declarar totes. Si es copia Taula i Blocs el programa es copiarà bé.

- Per molt que el programa s’hagi copiat bé, s’haurà d’anar al codi i repassar tots els

elements que facin servir blocs de memòria addicionals (temporitzadors,

comptadors...) per poder crear els blocs que necessiten en el nou PLC.


31

Annex 2: Informació ampliada de S7-1200

El PLC proporcionat al laboratori d’automatització és de la família Siemens Simatic S7-1200.

Aquest PLC, de nova generació permet la programació amb TIA Portal. TIA, de l’anglès “Totally

Integrated Automation” és una estratègia tecnològica creada per Siemens al 1996 amb

l’objectiu de proveir el client amb un software que defineixi una interacció extensiva de

components, eines i serveis, per poder aconseguir una solució d’automatització.

Característiques generals El PLC proporcionat és específicament un S7-1214C AC/DC/Rly 6ES7 214-1BG40-0XB0. Aquest

s’acompanya d’un mòdul d’expansió que ens proporciona entrades i sortides addicionals, el

SM 1223 DI8/DQ8 6ES7 223-1PH32-0XB0.

Aquest PLC és un PLC compacte, és a dir, que pot funcionar sense la necessitat d’afegir mòduls

addicionals. El PLC està proveït d’una font d’alimentació integrada, entrades digitals i

analògiques, sortides digitals, connector de comunicacions i, evidentment, la CPU. Té a més a

més sòcols de connexió per mòduls addicionals, per posar-li, per exemple, més entrades i

sortides.

Com podem veure a la imatge superior, el PLC té quatre parts principals amb les quals es pot

interactuar:

1. Connector d’alimentació: en aquest port es connecta el cable d’alimentació, que va

directament connectat a la xarxa de 230 V 50 Hz. Internament, el PLC té un

transformador que ajusta aquesta tensió a la tensió de les entrades i sortides (24 V de

tensió contínua).

2. Connectors d’entrades i sortides: en aquests ports es connecten els sensors i actuadors

de la planta o element a automatitzar.

3. LEDs d’estat de les entrades i sortides: aquests indicadors visuals, marquen en temps

real el valor que tenen actualment les entrades


32

4. Connector PROFINET per comunicacions: aquest connector, ens permet connectar-nos

al PLC per programar-lo, per llegir el seu estat, i també ens servirà per comunicar-nos

entre PLCs. Aquesta connexió és del tipus Ethernet.

Les característiques del PLC es veuen resumides en el següent quadre:

Mides 11,4 x 11,7 x 8x8 cm

Alimentació 85 – 264 V AC 47 – 63 Hz

Entrades digitals 14 DI a 24 V DC

Entrades analògiques 2 AI a 0 – 10 V DC

Sortides digitals 10 DO 2A

Memòria de programa 100 kB

Com hem mencionat abans, al PLC l’acompanya un mòdul d’expansió d’entrades sortides SM

1223 DI8/DQ8 6ES7 223-1PH32-0XB0. Les seves característiques es poden veure a la taula

següent:

Alimentació A través del PLC

Entrades digitals 8 DI a 24 V DC

Sortides digitals 8 DO 2A

Aquest mòdul ens proporciona 8 entrades i 8 sortides digitals més, que fan un total de 22 i 18

entrades i sortides digitals respectivament.

Modes de funcionament de la CPU

LA CPU té tres estats de funcionament, indicats pels tres LEDs a la part esquerra del PLC:

- STOP: en aquest estat el PLC no està executant cap programa i es pot descarregar un

programa nou al PLC.

- STARTUP: Al PLC se li pot programar una seqüència d’engegada. Quan aquesta estigui

en marxa, aquest LED ho indicarà.


33

- RUN: en aquest estat, la CPU executa el programa guardat internament de forma

cíclica. Durant aquest estat no es poden descarregar programes al PLC.

La CPU es posarà directament en estat de RUN quan estigui alimentada, i només es pot parar a

través del software que controla el PLC, en aquest cas TIA Portal. El panell de control que es

mostra al TIA Portal és el següent:

En aquest panell podem indicar-li al PLC que es posi en estat RUN, en estat STOP i també

podem fer-li un esborrat de la memòria amb la comanda MRES (Memory Reset).

Tipus de dades La CPU agrupa les dades de forma diferent: bits, bytes i paraules. El bit és la unitat més petita

d’informació, representada per un 0 (nivell baix, fals) i un 1 (nivell alt, vertader). Els bits

s’agrupen en grups de 8 (des de 0 fins a 7), que formen bytes i els bytes s’agrupen en grups de

2 que formen paraules (words) i grups de 4 que formen paraules dobles (double words).

Aquestes dades, poden ser de diferents tipus, a continuació en veiem algunes de bàsiques. En

la següent taula es poden veure les seves característiques:

Tipus de dada Mida Rang Exemple

Bool (booleana) 1 bit 0 a 1 TRUE, FALSE, 0, 1

Int (enter) 16 bits (2 bytes) -32768 a 32768 -342, 342

Char (caràcter) 8 bits (1 byte) 16#00 a 16#FF ‘A’, ‘&’

Àrees de memòria La CPU disposa de diferents àrees de memòria per guardar les variables i constants del

sistema: entrades, sortides, marques...

Aquesta memòria té unes direccions específiques, les quals algunes són estàtiques i no es

poden canviar. En la següent taula es pot veure com es troba repartida la memòria i com

podem accedir als valors interns d’aquesta:


34

I; Entrades Aquest espai defineix l’estat de les entrades del PLC. Llegint aquesta memòria sabrem si a l’entrada del PLC tenim un voltatge alt (1, vertader) o un voltatge baix (0, fals). El rang de direccions de les entrades va des de I0.0 ... I0.7 fins a I1.5 Un cop connectat el mòdul d’expansió, s’afegeixen 8 posicions de memòria addicionals, que es troben en les direccions I8.0 fins a I8.7.

Q; Sortides Aquest espai defineix l’estat de les sortides del PLC. Escrivint en aquesta part de la memòria, li podem donar al PLC un voltatge alt (1, vertader) o baix (0, fals) per a que els nostres actuadors realitzin la tasca desitjada. El rang de direccions de les sortides va des de Q0.0... Q0.7 fins a Q0.1 Un cop connectat el mòdul d’expansió, s’afegeixen 8 posicions de memòria addicionals, que es troben en les direccions Q8.0 fins a Q8.7.

M; Marques Les marques, serveixen per guardar estats entremitjos que no són ni entrades ni sortides. Aquestes marques es guarden en blocs de bytes utilitzant el pneumònic M; per exemple M0.0, M0.1, etc.

L; Memòria temporal de funció

Quan es crida una funció, es crea una memòria temporal per poder guardar les variables internes utilitzades dintre la funció. Com es pot veure a l’apartat de “Blocs de Programa” de la P0, els blocs de funció no tenen una memòria associada, per tant, quan s’executen s’ha de crear una memòria temporal.

DB; Bloc de dades

El bloc de dades s’utilitza per guardar diferents tipus de dades utilitzades en tot el programa. Aquest tipus de dades solen anar associades a elements de programació que necessiten guardar valors, com ara comptadors o temporitzadors. Els blocs de funció han de tenir sempre un bloc de dades associat.


35

Alimentació

del circuit.

Contactors o

relés. Entrades.

Temporitzador Bobina.

Sortida.

Connexió

terra.

Annex 3: Més conceptes sobre TIA Portal i la Programació del PLC

Llenguatges de programa El TIA Portal V13 suporta tres llenguatges de programació diferents però compatibles entre ells

i generalment, directament traduïbles. Aquests tres llenguatges són KOP, FUP i SCL; específics

de Siemens.

KOP/LAD

El KOP es un llenguatge de programació basat en tecnologia de contactors o diagrama d’escala.

Aquest llenguatge ens permet programar de forma lògica i amb facilitat programes senzills i

complexos.

La programació en KOP es representa gràficament per dues línies verticals separades, de les

quals la part esquerra representa una línia amb tensió i la dreta representa una línia

connectada a terra o neutre. Aquestes dues línies s’uniran amb contactes, relés i altres

elements de programació. L’objectiu es crear una estructura lògica entre la part esquerra i la

dreta, que acabi alimentant algun element a l’extrem dret: una bobina, una marca, etc. Un

circuit KOP, té la següent forma:

Com podem veure, tenim una seqüència lògica de quatre contactors i un temporitzador que

porten a una bobina. Quan es compleixi la seqüència lògica de tots els elements que

precedeixen a la bobina, aquesta es trobarà alimentada i per tant s’activarà.

FUP

El llenguatge de programació FUP es un llenguatge basat en blocs d’operacions col·locats de

forma seqüencial en un esquema lògic. Aquest llenguatge, semblant al KOP però amb un

enfocament basat en la programació lògica digital, és igual de vàlid per programar tot tipus

d’aplicacions.

Podem veure, per exemple, l’esquema mostrat anteriorment en KOP, traduït al llenguatge

FUP:


36

SCL

El llenguatge de programació SCL (de l’anglès Structured Control Language; Llenguatge

estructurat de control), és un llenguatge textual d’alt nivell basat en PASCAL. Aquest

llenguatge, ens dóna control total sobre el PLC i ens permet realitzar operacions que amb KOP

o FUP no serien possibles o resultarien complexes de programar.

L’avantatge de disposar d’un llenguatge de programació textual d’alt nivell per programar un

PLC és la versatilitat que això ens aporta. Dintre d’un mateix projecte, es pot realitzar la

programació general en KOP i al mateix temps definir detalls o realitzar operacions més

complexes amb SCL.

Comunicacions Tot PLC necessita disposar d’un protocol de comunicacions establert per poder realitzar la seva

programació. A part d’això, els PLCs fan servir les el protocol de comunicacions per comunicar-

se amb ordinadors, altres PLCs i pantalles HMI (pantalles d’operari).

El PLC SIEMENS S7-1200 utilitza el protocol de comunicacions PROFINET. PROFINET és un

estàndard tecnològic industrial que permet comunicacions amb una connexió ethernet

comuna del tipus CAT5. Això facilita una gran compatibilitat a l’hora de comunicar-se amb

ordinadors, altres PLCs i pantalles HMI. Això permet també el control de diversos PLCs

connectats a una xarxa local per un mateix PC.

Per programar el PLC hem de realitzar la connexió a del PLC amb l’ordinador proporcionat al

laboratori, tal i com s’indica al ITEM 0. Per realitzar aquesta connexió, el TIA Portal, a través de

la targeta ethernet de l’ordinador, li assigna una direcció IP al PLC.


37

Blocs de programa Els blocs de programa contenen el programa que volem que el PLC executi. N’hi ha de

diferents tipus i cadascun té una utilitat i un propòsit diferent.

Main [OB1]

El bloc Main OB representa la funció principal del projecte. Aquest tipus de bloc no té un bloc

de memòria associat, és necessari que n’hi hagi un a cada projecte i només n’hi pot haver un

per projecte. De la mateixa manera que amb altres llenguatges de programació, el bloc

principal ha de contenir les crides als blocs de funció i a les funcions per a que aquests puguin

funcionar.

Blocs d’organització [OB]

Els blocs d’organització, son blocs de funcionament cíclic i funcionen independentment del

Main i tenen un propòsit específic. Per exemple poden servir per fer una inicialització o una

parada d’emergència en cas d’error. Aquests s’anomenen d’ordre superior, ja que manen

sobre els blocs de funció i les funcions. Una ordre d’aquest bloc pot, per exemple, aturar per

complet un bloc de funció.

Blocs de funció [FB]

Els blocs de funció, són blocs de funcionament cíclic els quals tenen una memòria de dades

associada, es a dir que encara que no s’estiguin executant en un moment determinat,


38

mantindran el valor de les seves variables. A aquests va associat un bloc de dades [DB] en el

qual es guarda els valors de les variables esmentades. L’execució d’aquestes es realitza

mitjançant la seva crida, si no són cridats a cap lloc, no funcionaran. Aquests blocs, considerats

de segon nivell, no poden aturar els blocs d’organització, però si poden ser aturats per aquests.

Funcions [FC]

Les funcions, tenen un funcionament lògic igual que el dels blocs de funció però no retenen els

valors de memòria.

Blocs de dades [DB]

Els blocs de dades poden contenir les diferents variables utilitzades en els blocs de funció o

blocs d’organització. Entre aquestes dades es poden trobar els valors associats amb un

temporitzador o un comptador.

Estructura de programació Hi ha dos formes generals de programar un PLC: lineal o modular.

Programació lineal

La programació lineal es basa en la programació d’un únic bloc (OB1; Main)

que realitzarà l’execució de la tasca determinada, sense dependre de cap

bloc addicional, i de forma cíclica

Programació modular

La Programació modular es realitza fent crides a blocs que

tenen funcions específiques. Per realitzar la programació

d’aquesta forma, s’han de dividir la tasca general en

diferents de més petites i separades amb diferents blocs de

funció. El programa s’estructura cridant els blocs des d’un

altre.

Creant blocs genèrics que es puguin reutilitzar, es simplifica el disseny i implementació del

programa. Quan s’estructura un programa en components modulars que es relacionen a

tasques funcionals, el disseny del programa és més senzill d’entendre i administrar.

Això ajuda també amb la simulació i cerca d’errors del programa. Ja que d’aquesta forma, es

poden provar les parts de forma separada i identificar els possibles problemes de forma més

senzilla.

Crides a blocs de funció Si es vol realitzar una programació modular d’algun projecte, es necessari saber realitzar crides

a blocs de funció. Aquestes crides ens permetran interrelacionar els blocs de funció entre ells

així com condicionar-los de la forma que vulguem.

En general, una bona pràctica a seguir, és la utilització del bloc Main [OB1] com a bloc general

per fer crides i els possibles blocs FB i FC contingents de les funcions que realment realitzaran

les tasques especificades.


39

Per realitzar això amb el TIA Portal V13, l’únic que s’ha de fer es arrastrar els blocs desitjats als

segments dintre d’un altre bloc. Quedant de la següent manera:

D’aquesta manera, s’activen els blocs quan s’activen les corresponents entrades connectades a

aquests.


40

Annex 4: Utilització del PLCSIM

En aquest apartat es tracta l’ús del simulador S7-PLCSIM V13 que inclou el programari TIA

Portal V13. Aquest programari és molt útil a l’hora de realitzar proves amb circuits teòrics

sense necessitat de disposar d’un PLC.

Iniciar el simulador Amb un projecte existent del TIA Portal obert, per iniciar el simulador, es pot anar a Online ->

Simulación -> Iniciar o simplement clicar el següent botó:

Un cop clicat aquest botó se’ns avisa de que totes les connexions online presents en el precís

moment es desactivaran. Un cop acceptat, i després d’una bona estona, se’ns presentarà amb

la següent finestra:


41

En aquest cas, el simulador, respecte al que comporta el TIA Portal, no és més que un altre

PLC. Així que aquesta finestra, es la mateixa que s’obre quan ens intentem connectar a un PLC.

En aquest cas, però, la interfície necessària és la que es troba en blau: PLCSIM S7-1200/S7-

1500.

També se’ns haurà obert una petita finestra, ja amb la icona de PLCSIM a la barra de Windows,

que té aquesta forma:


42

Aquest és el nostre PLC simulat.

A la finestra de cerca de PLC s’ha de fer clic a Iniciar búsqueda. Després d’una breu cerca,

apareix el PLC CPU-1200 Simulation. Clicant a Cargar se’ns presenta la mateixa finestra que

apareixeria en cas d’estar programant un PLC físic.

Sel·leccionant Sobreescribir todos i Cargar, s’obre la següent finestra que ens permet decidir si

arranquem el programa o no.

Amb un clic a finalitzar, el programa ja es troba carregat al PLC simulat. Ara ja es pot treballar

de forma normal.


43

Ús del simulador Un cop carregat el programa, podem utilitzar el PLC SIM per controlar els valors de les

entrades i el TIA Portal per veure com afecten aquestes a les sortides. En el següent exemple

es pot veure l’ús del simulador.

Partim del següent esquema de contactes senzill:

En aquest cas tenim una entrada i una sortida, ambdues etiquetades a la taula de variables.

Obrim el simulador en pantalla completa per poder controlar el valor de l’entrada, clicant en el

següent botó:

Un cop oberta la finestra completa, obrim el desplegable Tablas SIM i obrim la Tabla SIM 1. En

aquesta taula podem afegir les variables a controlar. Per a l’exemple mencionat anteriorment,

afegirem la variable Entrada utilitzant la seva etiqueta.


44

Un cop tenim ja la variable afegida, ja podem controlar el seu valor. Per canviar-li el valor a

actiu (o 1/TRUE), hem de clicar a la caixa de la columna Bits.

Per veure com afecta això al nostre circuit, ho podem fer a través del mode online del TIA

Portal. Tornem al TIA Portal i seleccionem Establecer conexión online.


45

Un cop hem passat al mode online, podem veure l’estat dels nostres blocs, taules de variables i

demés al PLC, marcat amb punts verds o vermells.*

Finalment, seleccionant l’opció d’Activar/desactivar observación, podem veure l’estat dels

nostres contactors.


46

Com es pot veure, la línia verda contínua indica que passa corrent tant pel contactor d’Entrada

com per la bobina Sortida.

NOTA: S’ha de tenir en compte que cada vegada que s’inicia el simulador, es crea un nou

projecte de simulació, així que si volem reaprofitar el que hem guardat, haurem d’obrir un

projecte antic un cop dintre del simulador.

Ús de seqüències En projectes complexos, amb moltes entrades i sortides ens pot interessar activar i desactivar

moltes entrades a la vegada sense haver d’activar-les o desactivar-les manualment. Per a això

es poden utilitzar taules de seqüències.

La funció de les taules de seqüències és la de seguir una seqüència lògica marcada per l’usuari

sobre l’estat d’algunes entrades. A aquesta seqüència se li pot indicar diferents ordres a

diferents temps.

Es pot veure com funciona en el següent exemple. Suposem que tenim el següent circuit:


47

En aquest circuit, disposem d’un interruptor de marxa, que activarà un pistó. Quan aquest

pistó arribi al final de carrera, aquest activarà un braç giratori.

Com es tracta d’un circuit simulat, cap dels elements mencionats anteriorment es troben

enlloc. En un circuit real, el final de carrera s’activaria automàticament quan el pistó arribés al

final del seu recorregut. Però com no hi ha cap pistó, en una simulació s’hauria d’activar

manualment.

En aquest cas automatitzarem aquest pas amb una seqüenciació. Obrim el simulador amb els

passos mencionats anteriorment, i a la taula de Secuencias afegim les variables a controlar.


48

Afegim també un temps, en aquest cas, iniciem marxa als 0 segons i final de carrera pistó als 5

segons. També hem de canviar el valor si volem que sigui vertader (true, 1, actiu) o fals (false,

0, inactiu) a la columna Parametro de acción.

Per posar-lo en marxa, hem de clicar el botó Iniciar secuencia.

Fet això, començarà la seqüència que li hem indicat, i podem veure els resultats al nostre

circuit al TIA Portal.

En l’exemple donat, la seqüència es molt senzilla, però aquesta eina ens pot ajudar a provar els

nostres programes, per complexos que siguin.

Importar/Exportar taules

Pot ser interessant a l’hora de simular, poder utilitzar la taula de variables del TIA Portal dintre

del PLCSIM. Per fer això, es pot exportar la taula des d’un lloc i importar-la en l’altre.

Amb el projecte obert dintre del TIA Portal, obrim la taula de variables que vulguem exportar.

En aquest exemple exportarem la Tabla de variables estándar, on apareixen totes les variables

d’un projecte.

Un cop en la finestra de la taula, cliquem al botó Exportar.


49

I se’ns obrirà aquesta finestra:

Podem triar si exportar només variables, constants o ambdues. Clicant als punts suspensius al

costat de la barra blanca ens deixa triar la ruta on guardarem l’arxiu. Es poden també guardar

en un arxiu Excel existent.

Un cop guardat, ens sortirà un missatge que ens indica que la exportació s’ha realitzat

correctament. Fet això, obrim el PLCSIM, i creem una nova taula o n’utilitzem una d’existent.

Un cop tenim la taula oberta, cliquem al botó Importar.


50

Un cop se’ns obri l’explorador de Windows, només hem de buscar l’arxiu que hem guardat

anteriorment i el PLCSIM realitzarà l’exportació. Un cop feta, se’ns avisarà de que l’exportació

ha estat correcta.





Pràctica 1: Automatització de la

Primera Planta Electropneumàtica


PEDRO GARCES MIGUEL




http://www.urv.es/


Pràctica 1: Automatització de la Primera Planta Electropneumàtica Automatització Industrial

2

Index 1. Introducció ........................................................................................................................ 3

2. Objectius del projecte ....................................................................................................... 3

3. Elements de la planta electropneumàtica .......................................................................... 3

4. Descripció de la planta electropneumàtica ........................................................................ 7

4.1 Alimentador de peces...................................................................................................... 8

4.2 Transport de les peces amb el braç rotatiu .................................................................... 10

4.3 Plataforma .................................................................................................................... 12

4.4 Panell operador ............................................................................................................. 14

4.5 Placa de connexions ...................................................................................................... 15

5. Programació amb el PLC .................................................................................................. 16

5.1 Entrades/Sortides .................................................................................................... 16

5.2 Circuits bàsics .......................................................................................................... 18

5.3 Marques .................................................................................................................. 20

5.4 Detectors de flanc.................................................................................................... 20

5.5 Temporitzadors ....................................................................................................... 21

5.6 Comptadors ............................................................................................................. 27

5.7 Comparadors ........................................................................................................... 30

6. Exercicis de pràctica ........................................................................................................ 31

6.1 Operacions lògiques amb bits .................................................................................. 33

7. Exemples ......................................................................................................................... 48


3

1. Introducció Els PLCs s’utilitzen en multitud d’aplicacions en la industria: des d’aplicacions d’instrumentació,

control de motors, línies de processat,… En aquesta pràctica de laboratori veurem com es pot

utilitzar un PLC per controlar una línia de producció.

En aquest cas utilitzarem el PLC Siemens S7-1200 connectat a la planta de classificació de

peces electropneumàtica que es pot trobar al laboratori d’automatització.

Una línia de producció pot estar formada per diversos elements i parts. En general en les línies

de producció es realitza alguna acció que modifica un producte primari per obtenir un

producte secundari. En el nostre cas, la línia de producció esmentada només realitza la

classificació del material proporcionades depenent el seu color i material.

Per realitzar aquesta tasca s’utilitzen sensors i actuadors que es troben connectats al PLC. Amb

els sensors es realitza una lectura de l’estat en el que es troba la producció i depenent

d’aquest, s’utilitzen els actuadors necessaris per obrar adequadament.

De forma intrínseca, hem de disposar de la programació necessària per saber com els

actuadors han de realitzar la seva funció depenent de les lectures dels sensors. Aquesta

programació, juntament amb un estudi exhaustiu del funcionament de la planta, es la tasca

que ha de realitzar l’alumne.

2. Objectius del projecte L’objectiu d’aquest projecte es l’automatització de la planta electropneumàtica del laboratori

d’automatització mitjançant la programació del PLC Siemens S7-1200 mitjançant el llenguatge

de programació KOP, vist al ITEM 0.

Específicament el que es demana, i descriu a continuació es la realització de la programació en

KOP per poder automatitzar el procés de classificació de peces de diferents materials i colors

en els diferents contenidors dels quals disposa la planta.

Això es pot realitzar en tres fases:

- Fase 1: Classificació d’una sola peça, quan s’indiqui a través del panell de control.

- Fase 2: Classificació de peces contínuament, un cop activada la marxa, sense

interrupció.

- Fase 3: Introducció de la parada fi de cicle i la parada d’emergència.

- Fase 4 opcional: comptatge de peces d’un material i color.

3. Elements de la planta electropneumàtica A la planta electropneumàtica podem trobar diferents tipus de sensors i actuadors que ens

permeten realitzar la tasca demanada. Aquests sensors i actuadors, tenen identificadors

específics per diferenciar-se entre ells. A més a més, cadascun realitza una funció específica del

procés.

Els dispositius són elèctrics o electro-pneumàtics. Entre ells es poden trobar electro-vàlvules,

pistons, un motor elèctric, sensors de diferents classes, finals de carrera, etc. Aquests


4

s’agrupen en tres seccions. El primer grup el forma l’alimentador de peces, el segon grup el

braç rotatiu i el tercer grup, la plataforma.

Es poden veure a la següent foto els elements mencionats, que es troben també descrits a la

taula inferior.

Número Descripció

1 Grup d’electro-vàlvules de control

2 Estructura de la plataforma elevadora

3 Motor i cinta transportadora

4 Sensor analògic de mesura d’altura de peces

5 Pistó d’expulsió de peces de la plataforma

6 Electro-vàlvula de buit per a poder aspirar les peces

7 Motor i braç rotatiu per transportar les peces

8 Grup de sensors per la determinació de les característiques de la peça


5

9 Pistó per empènyer les peces carregades al cilindre alimentador de peces

10 Cilindre de càrrega de peces

11 Ventosa per a l’aspiració de les peces

12 Vàlvula d’apertura manual d’entrada/tancament d’aire a pressió

13 Contenidors d’emmagatzematge de peces

I els elements es poden trobar descrits a continuació:

Braç alimentador:

Descripció E/S Identificador

Sensor de proximitat intern del pistó del braç alimentador

comprimit

Entrada S1

Sensor de proximitat intern del pistó del braç alimentador

expandit

Entrada S2

Electro vàlvula pistó alimentador Sortida EV4

Final de carrera detector de presència de peces Entrada FC/A1

Braç rotatiu:


Final de carrera. Detecta el braç rotatiu cap a

l'alimentador de peces

Entrada FC/A2 (bit 3)

Final de carrera detecta el braç rotatiu cap a la plataforma Entrada FC/A3 (bit 5)

Electrovàlvula. Dirigeix el braç cap a l'alimentador de

peces

Sortida EV2/1

Electrovàlvula. Dirigeix el braç cap a la plataforma Sortida EV2/2

Succió ventosa Sortida VS

Sensor de buit suficient a la ventosa Entrada S11

Plataforma:


Sensor òptic Entrada S5


6

Sensor inductiu Entrada S6

Sensor capacitiu Entrada S7

Sensor de proximitat intern del pistó de la plataforma

comprimit

Entrada S3

Sensor de proximitat intern del pistó de la plataforma

expandit

Entrada S4

Expandir pistó plataforma Sortida EV3

Comprimir pistó plataforma Sortida !EV3

Sensor nivell 0 de la plataforma Entrada S8



Pujar plataforma Sortida EV1/1

Baixar plataforma Sortida EV1/2

Motor cinta Sortida

Sensor piezoelèctric* Entrada S12

*No utilitzat en la planta de producció

Panell de control:

A part d’això, tenim també el panell de control de la planta, que disposa dels següents

elements:


Polsador 0 Entrada -

Interruptor 1 Entrada -



Polsador 4 Entrada -






7

LED 0 Sortida -

LED 1 Sortida -

LED 2 Sortida -

LED 3 Sortida -

LED 4 Sortida -

LED 5 Sortida -

LED 6 Sortida -

LED 7 Sortida -

Un cop sabem tots els sensors i actuadors dels quals disposa la planta, veiem que tenim tres

tipus d’elements amb els quals podem interactuar. Aquests són: sensors, actuadors i finals de

carrera.

Els sensors de la planta, que són del tipus capacitiu, inductiu o resistiu, ens generen senyals del

tipus 1 o 0 (voltatge alt o voltatge baix, respectivament).

El sensor òptic, funciona per reflexió de la llum, per tant, el color negre absorbeix tota la llum

i no reflexa la senyal emesa pel sensor i per tant, no l’activa. El sensor inductiu funciona per

camp magnètic, per tant les peces no metàl·liques no l’activaran. El sensor capacitiu detecta

tot tipus de peces i materials, per tant qualsevol objecte posicionat dintre del seu rang de

detecció, l’activarà.

A part d’això, hi ha actuadors de simple i doble efecte. Els actuadors de simple efecte, com els

pistons de l’alimentador i la plataforma, s’expandeixen a partir de l’entrada d’aire a pressió

regulada per l’electrovàlvula corresponent.

Els actuadors de doble efecte com la plataforma elevadora i el braç rotatiu, funcionen per la

determinada aplicació de pressió en les electrovàlvules col·locades als seus extrems. Com son

electrovàlvules que funcionen per pars, aquestes actuen una al contrari de l’altra. Quan la

primera aplica pressió, la segona la solta i viceversa.

En quant als finals de carrera, funcionen com un interruptor senzill. Quan algun element arriba

al final de carrera, pressiona el plàstic connectat al conductor elèctric, que connecta un circuit

que deixa passar l’electricitat. Quan aquest està pressionat, l’entrada està activa.

4. Descripció de la planta electropneumàtica La planta electropneumàtica ha de realitzar la funció esmentada als objectius de la pràctica de

la següent manera:


8

Les peces entren per l’alimentador de forma aleatòria i la planta ha de ser capaç de classificar-

les per colors als dipòsits proporcionats segons el color d’aquestes.

Aquesta tasca es fa en diverses etapes descrites a continuació.

4.1 Alimentador de peces


9

Mitjançant el mecanisme mostrat a la figura, es pot veure com s’alimenten les peces per a que

la planta les processi. Mitjançant el cilindre de càrrega i gràcies a la força de la gravetat, les

peces van caient posicionant-se davant del pistó alimentador.

Un cop comença el cicle de producció, el pistó passa de la posició mostrada a la part superior

de la figura (posició natural de repòs), a la posició mostrada a la part inferior de la figura.

D’aquesta manera s’aconsegueix que la peça arribi fins al final de carrera 1. El pistó es del tipus

tot o res, és a dir, no es poden aconseguir posicions intermèdies.

Com podem observar, quan el pistó es troba comprimit, el sensor 1 (S1) es troba actiu i el

sensor 2 (S2) i final de carrera 1 (FC/A1) es troben inactius.

L’actuador que opera el cilindre és una vàlvula electropneumàtica (EV4) de simple efecte. Això

vol dir que el retorn s’efectua desactivant la vàlvula i gràcies a una molla.

Aquest pistó s’ha d’activar de forma paral·lela amb d’altres elements quan s’estigui realitzant

la producció contínua, per tenir la peça preparada un cop s’hagi agafat l’anterior.


10

4.2 Transport de les peces amb el braç rotatiu

Un cop s’hagi alimentat la peça, és el braç rotatiu qui s’encarrega de portar-la fins a la

plataforma elevadora. Aquesta part del procés es realitza amb quatre passos diferents, tal i

com podem veure a la figura anterior.

L’actuador en aquest cas es un braç rotatiu de doble efecte, amb una ventosa situada a

l’extrem d’aquest que permet agafar la peça mitjançant la generació d’un efecte Venturi per

poder transportar-la. Es disposa de dos finals de carrera (FC/A2 i FC/A3) que permeten saber

en quina de les dues posicions es troba el braç.


11

Inicialment, el braç s’ha de trobar en la posició de plataforma, per a que no interfereixi amb

l’alimentació de la peça.

El braç es mou gràcies a les vàlvules electro-pneumàtiques d’efecte únic (EV2/1 i EV2/2).

Aquestes s’han d’activar individualment per moure el braç cap a un costat o cap a l’altre, és a

dir, s’ha de desactivar una per poder activar l’altra. Quan activem la vàlvula EV2/1 el braç es

mou cap a la plataforma, si s’activa EV2/2 el braç es mou cap a l’alimentador.

La ventosa disposa d’un sensor (S11) de buit suficient, que ens indicarà si s’ha agafat la peça

correctament.

Quan s’hagi alimentat la peça, el braç rotatiu, s’ha de moure de la posició de plataforma

(posició natural de repòs) cap a l’alimentador, ha d’activar la ventosa, ha de tornar cap a la

plataforma i ha de desactivar la ventosa seguidament, per alliberar la peça.

Un cop fet això, ha de tornar a començar el cicle, és a dir, el braç ha de tornar a la posició

d’alimentador per agafar la següent peça. Això implica que al mateix moment que s’ha portat

la primera peça cap a la plataforma, s’ha d’haver alimentat una peça nova amb el pistó

alimentador.


12

4.3 Plataforma

Un cop la peça es troba a la plataforma, que ha d’estar inicialment al nivell 0 (estat natural de

repòs) per no interferir amb la feina del braç rotatiu, s’ha d’identificar el tipus de peça que s’hi

ha dipositat.

Aquesta peça s’identifica gràcies als tres sensors situats al nivell 0, al voltant de la plataforma.

Aquests sensors són els S5, S6 i S7: òptic, inductiu i capacitiu respectivament. Un cop


13

identificada la peça, aquesta es classificarà pel seu tipus a cadascun dels contenidors tal i com

es troba indicat a la següent figura.

El procés d’identificació es pot fer independentment de la posició del braç rotatiu, però un cop

s’hagi de fer la classificació, el braç rotatiu ha de tornar a la posició d’alimentació per no

interferir amb la trajectòria de la plataforma.


14

En cada cas, la classificació funcionarà de forma diferent, ja que s’hauran de realitzar accions

diferents. Per a les peces del nivell 0, únicament s’ha d’activar l’electrovàlvula del pistó de la

plataforma (EV3).

En el cas de les peces que van situades al primer nivell, es disposa de l’actuador que fa pujar la

plataforma (EV1/1), el sensor que detecta que es troba al nivell entremig (S9) i, finalment, el

pistó de la plataforma.

En el cas de les peces situades al segon nivell, funcionarà igual que al primer nivell, però pujant

fins a dalt de tot, detectant-ho amb el sensor alt (S10), activant el pistó i activant també durant

uns segons el motor de la cinta (M1).

Acabada la classificació, la plataforma tornarà al seu lloc inicial (nivell 0) a l’espera de noves

peces. Evidentment, el braç rotatiu s’ha de mantenir en la posició d’alimentació durant tot el

procés de moviment de la plataforma, ja que aquest interfereix en la seva trajectòria.

4.4 Panell operador

S’utilitzaran els interruptors, polsadors i LEDs del panell operador per fer funcionar la planta i

per a que l’operari es pugui comunicar amb el PLC en cas de necessitat.

En aquest panell, s’utilitzarà un polsador (o interruptor) de marxa M, un polsador (o

interruptor) de parada P i un polsador (o interruptor) d’emergència PE. També s’utilitzarà una

làmpada H1 per indicar que la planta es troba en procés de classificació, tal com es mostra a la

següent figura:

Al donar l’ordre de parada, la planta ha de classificar la última peça alimentada, de forma que

no quedi cap peça a la plataforma ni a l’alimentador. Si es dona l’ordre de parada


15

d’emergència, s’han d’aturar tots els actuadors actius i no s’activaran fins que es tregui

aquesta.

El panell operador s’implementarà amb la placa d’interruptors i LEDs que es troba adjunta a la

planta. Aquesta placa disposa de 6 interruptors de tipus balancí, dos polsadors normalment

oberts i vuit LEDs indicadors.

4.5 Placa de connexions

La placa de connexions, es una placa PCB amb la qual s’ha de realitzar el cablejat per a

connectar els elements de la planta (sensors, finals de carrera, actuadors) i del panell de

control al PLC.

La placa de connexions disposa dels següents ports:

1- Entrades del PLC

2- Sortides del PLC

3- Elements d’entrada de la planta

4- Elements de sortida de la planta

5- Elements d’entrada del panell de control

6- Elements de sortida del panell de control

Ja que la placa només disposa de 16 entrades, per realitzar la programació de la planta, s’han

de triar amb cura quines farem servir. 16 entrades són suficients per fer funcionar la planta

correctament.


16

5. Programació amb el PLC En aquest apartat es veuran els diferents elements de programació del PLC i com s’han

d’utilitzar en un programa. Només veurem el llenguatge KOP, ja que es el més significatiu per a

l’assignatura d’Automatització. Es proveirà de les definicions dels elements de programació així

de com petits exemples per a que l’estudiant comprengui el seu funcionament.

Per a ajudar a l’estudiant a entendre i comprendre els elements de programació que s’estan

explicant hi ha un parell d’eines a la seva disposició que poden ajudar durant l’aprenentatge.

La primera són els datasheets: Manuals tècnics proporcionats per els fabricants on s’explica

amb detall diversos aspectes tècnics. En aquest apartat ens interessa el manual de

programació, que es proporciona a l’alumne de forma adjunta.

La segona és l’apartat d’ajuda del TIA Portal, que és molt complet i on l’estudiant pot trobar

ajuda en tots els apartats del TIA, inclosa la programació i les seves operacions.

S’ENCORATGA ALS ESTUDIANTS A UTILITZAR AQUESTES EINES.

5.1 Entrades/Sortides

Les entrades i sortides representen una part de les operacions lògiques amb bits. Són

polsadors, interruptors, sensors de posició, bobines, motors, pistons, etc.

Una entrada és qualsevol element que recopila la informació del procés i la transmet al PLC

mitjançant els seus ports d’entrada. Les entrades són en Baixa Tensió (24VDC) i van

connectades a la línia/neutre del PLC. Les entrades tenen les adreces:

%iX.Y

On la i representa entrada i la X.Y representa la direcció, per exemple: %i0.0 es la primera

entrada del PLC.

Les sortides són els actuadors que realitzen les ordres del programa del PLC. Poden ser bobines

de contactors, bombetes, o vàlvules pneumàtiques per exemple. Tots han de tenir masses

comunes. Les sortides tenen les adreces:

%qX.Y

On la q representa sortida i la X.Y representa la direcció, per exemple: %q0.0 es la primera

sortida del PLC


17

.

Les entrades i sortides (en el nostre cas la placa de connexions) han d’estar connectades

físicament. Aquests sensors, pistons i motors han d’estar connectats amb busos comuns (com

mostra la figura. La placa protoboard de la que es disposa en aquesta planta simplifica aquest

procés.

Una Marca és una variable virtual (no física) de la CPU. La Marca actua com a contactor o

actuador i aquesta informació s’emmagatzema a la memòria de la CPU. Serveixen com a

auxiliars en les operacions en les que tens un nombre limitat d’entrades o sortides. Per

exemple, ajuden a realitzar operacions on necessites més condicions de les que tens.

%m0.0

El cas de l’entrada, la sortida i de la marca, el programa reconeix les lletres i, q i m

respectivament, així com les seves majúscules I, Q i M, i també nomenclatura provinent d’altre

programari de software de SIEMENS (per exemple, E, A i M).


18

5.2 Circuits bàsics

Circuit d’autoretenció amb Parada Prioritària

Circuit simple amb retroalimentació. La parada aturarà el sistema.

En aquest circuit, la Marxa li dóna corrent a la sortida. Encara que només es premi durant un

instant, un cop alimentada la sortida, el contactor Sortida, situat en paral·lel amb la Marxa es

tanca deixant la bobina alimentada. Aquest circuit estarà actiu fins que no es talli la corrent a

través del contactor Paro.

Circuit d’autoretenció amb Marxa Prioritària

Aquest circuit, a diferència de l’anterior, continuarà encès encara que tallem la corrent a

través del contactor Paro sempre i quant la marxa es trobi activa.


19

Circuit SET-RESET

Les funcions SET-RESET són funcions amb memòria. Aquestes mantindran la sortida encesa o

apagada sense necessitat de retroalimentació. Només fa falta clicar una vegada el botó

d’encendre per que la cinta es posi en marxa sense necessitat de seguir alimentant la entrada.

La cinta funcionarà mentre funcioni tot el programa nomes engegant-la una vegada i només es

pararà quan es faci un Reset al seu bit.


20

5.3 Marques

Les marques són variables internes del PLC, que no reflecteixen ni entrades ni sortides i per

tant, són elements purs de programació. Aquestes es poden utilitzar per relacionar circuits que

no estiguin connectats prèviament. Per exemple en la figura superior, la marca del circuit

superior ens activarà el contactor M0.0 (Tag_3) del circuit inferior.

5.4 Detectors de flanc

Quan ens referim a un flanc de senyal, ens referim a el canvi de senyal d’un nivell de voltatge

baix a un nivell de voltatge alt, o viceversa. Amb KOP, tenim disponibles detectors de flanc,

que ens serveixen per identificar aquests canvis en una senyal d’entrada.

Com podem veure en la figura anterior, en aquest cas, els flancs es trobarien just en els canvis

de nivell superior a nivell inferior. En aquest cas, els flancs tan positius com negatius es troben

marcats amb un 1.


21

Per al TIA Portal, el símbols utilitzats són els següents:

Aquests símbols són els de detecció de flanc ascendent i detecció de flanc descendent,

respectivament.

Per al detector de flanc ascendent, a la part superior, hem de posar l’entrada de la qual volem

detectar el flanc, per exemple podria ser l’entrada I0.0. En la part inferior hem d’utilitzar una

marca on es guardarà que hi ha hagut un flanc. Per exemple:

En aquest cas, l’entrada I0.0 (etiquetada com a SO1), detectarà el flanc de pujada, que es

guardarà a la marca M0.0 (etiquetada com a MI1). Aquest element activarà la sortida durant

un cicle de treball de la CPU (un temps molt curt), per tant hem d’utilitzar un SET i no una

sortida normal, per a que es guardi la sortida correctament.

En el cas del flanc descendent, el cas es l’invers del anterior. Un cop l’entrada I0.0 s’hagi activat

i després desactivat, el detector de flanc descendent activarà la sortida durant un cicle de

treball de la CPU i ens activarà el motor.

5.5 Temporitzadors

Els temporitzadors són dispositius capaços de realitzar operacions relacionades amb el temps.

Els temporitzadors tenen associat un espai de memòria per poder funcionar, dintre del

programa s’observa de la següent forma:


22

També es poden posar diferents temporitzadors dintre d’un mateix bloc de dades.

Hi ha quatre tipus de temporitzadors diferents:

Temporitzador d’Impuls Temporitzador amb retard a la

connexió

Temporitzador amb retard a la

desconnexió

Temporitzador a la connexió amb reset predeterminat

Els paràmetres d’entrada i sortida dels temporitzadors són els següents:

- IN: Entrada al temporitzador. On connecta amb la resta del circuit

- R: Només per TONR, amb un flanc positiu reinicia el valor del comptador a 0.

- PT: Temps programat al temporitzador. Format T#xxs. Per exemple T#10s. El rang de

programació del temporitzador és de T#-24d_20h_31m_23s_648ms fins a

T#24d_20h_31m_23s_648ms

- Q: Sortida del temporitzador

- ET: Valor de tipus DInt or DWord, sortida del temps en el moment actual. Serveix per

comunicar al projecte quan temps ha passat. Aquest valor pot servir per exemple per

mostrar en una pantalla el valor actual del temporitzador. També es pot guardar

aquest valor en memòria per utilitzar-lo com a entrada d’algun altre element.

a. Temporitzador d’impuls

Quan es detecta un impuls a l’entrada del temporitzador aquest genera un impuls a la sortida

d’una durada determinada independentment de la entrada. Aquesta no reaccionarà a altres

impulsos d’entrada fins que no hagi passat el temps marcat.

Cronograma


23

In es la entrada, Q és la sortida

Exemple

b. Temporitzador amb retard a la connexió

Quan l’entrada IN del temporitzador rep una senyal d’impuls, el temporitzador comença a

comptar i activarà la sortida quan el temps PT acabi. En el moment en el que deixa de rebre un

flanc positiu a IN, el temporitzador s’acaba. Si l’entrada es troba activa durant un temps

inferior a PT, la sortida no s’activa.

Cronograma


24

Exemple

c. Temporitzador amb retard a la desconnexió

Quan TOF rep un flanc positiu, la sortida s’activa immediatament. Quan l’impuls acaba, la

sortida es manté activa i el temporitzador comença a comptar. Quan el temps arriba a 0 el

comptador s’apaga.

Cronograma


25

Exemple

d. Temporitzador amb retard a la connexió i reset

El TONR és un temporitzador TON amb una entrada per un Reset. Aquest temporitzador no es

pararà sense un Reset. Tal i com es pot veure al cronograma, si el flanc positiu d’entrada

s’acaba el temps passat s’acumula i el següent flanc començarà a comptar des de on ha

acabat.

Cronograma


26

Exemple


27

5.6 Comptadors

Els comptadors són elements del PLC que serveixen per comptar esdeveniments interns del

programa o esdeveniment externs detectats per les entrades del PLC. Poden servir per a

moltes operacions industrials. El comptatge d’elements en un magatzem, el comptatge de

llaunes de beguda en una caixa o el nombre d’aparells subministrats al client per lot, etc.

Al igual que els temporitzadors, els comptadors emmagatzemen la informació en un bloc

d’informació separat.

Hi ha tres tipus de comptadors en TIA Portal:

Comptador incremental Comptador decremental Comptador

incremental/decremental

Les seves parts:

- CU: Comptatge ascendent o descendent per cada flanc positiu, en increments d’1.

- R: Reset del comptador

- LOAD: Control de càrrega del valor predeterminat.

- PV: Valor de comptatge predeterminat.

- Q/QU: Es troba actiu si CV>=PV

- QD: Verdader si CV<=0

- CV: Valor de comptatge actual.

El comptador incremental comença des de 0 (RESET) i incrementa +1 cada flanc de CU. Quan el

comptador arriba a PV o superior activa la sortida del comptador.


28

El comptador decremental funciona de forma diferent. Quant arriba un flanc positiu a LOAD, el

comptador carrega el valor PV. Cada flanc positiu a CD decrementa el valor del comptador.

Quan el comptador arriba a 0 activa la sortida Q. Si el valor de LOAD és negatiu, el comptador

sempre estarà activat.

El comptador incremental/decremental és una barreja entre els dos comptadors. Té quatre

entrades i dues sortides. Només es poden afegir contactes i elements de sortida a la

sortida QU, no pots afegir contactes/bobines a QD. QD es una sortida digital, la qual

s’activa quan CV és 0 o menys i es desactiva si CV és positiu. Aquestes dues sortides es

poden utilitzar per guardar el seu valor en memòria i utilitzar en una altra part del

programa. QU funciona igual que la sortida incremental. Si el valor del comptador és

igual o superior a PV la sortida és positiva. Les entrades dels comptadors són les

mateixes. Disposa d’una entrada per comptar +1, una per comptar -1, una per carregar

el valor PV i una altra per reinicialitzar el comptador a 0.


29

Reset i load són elements molt importants perquè sempre que s’iniciï un comptador s’ha

d’iniciar el seu valor. Un comptador pot seguir comptant fins que arribi al seu límit.

Moltes vegades pot passar que es segueixi treballant amb un procés amb una CPU acabada

d’engegar i no saber perquè el projecte no funciona. Els comptadors es quedaran al valor on

els hàgem deixat, fins i tot si parem i tornem a engegar la CPU. És important sempre que es

treballa amb aquest tipus de blocs que s’ha de tenir un sistema per tornar al valor inicial al

programa que es dissenyi (mitjançant RESET/LOAD).


30

5.7 Comparadors

Els Comparadors són blocs que comparen els valors de dues variables del programa. N’hi han

de molts tipus diferents, i cada un d’ells realitza una funció diferent.

Aquest és un bloc de comparació qualsevol:

Els interrogants vermells superiors i inferiors serveixen per programar-hi les variables.

Clicant sobre el símbol == es pot escollir quin tipus de comparació es vol fer; si ==, <=, =>.

Clicant sobre els interrogants negres de dintre el comparador s’escull el tipus de variable de la

comparació.

El seu us és molt variat, però comparar dos valors estàtics no es útil. S’extreu el màxim us dels

comptadors quan es fa servir juntament amb comptadors, per exemple, comparant el valor del

comptador (CV) amb un valor fixe. Per exemple:


31

6. Programació seqüencial amb KOP Aquesta planta, necessita una programació seqüencial per funcionar, és a dir, una acció passa

després d’un esdeveniment. En llenguatge de PLCs, parlarem d’estats (estat en el que es

troben les sortides) i transicions (estat en el que es troben les entrades).

Per poder realitzar la programació d’aquesta, s’ha de fer una programació seqüencial amb un

llenguatge que utilitza paral·lelismes: tots els segments d’un bloc s’executen a la vegada i

comproven l’estat de les seves entrades.

El que es vol aconseguir aquí es realitzar una sèrie d’accions, esperar a que passi una transició,

deixar de fer les accions prèvies i començar a fer les accions següents. Com amb KOP, no ho

podem fer directament així, ja que els segments s’executen tots de forma paral·lela, hem

d’utilitzar marques per activar-los i desactivar-los.

Per aquest tipus de programació, s’utilitza el llenguatge GRAFCET, especialitzat en programació

seqüencial. Aquest llenguatge, que es basa en una escriptura estructural té la següent forma:

En aquest petit exemple, podem veure que l’etapa 6 (S6) s’activarà en quant estigui activa

l’etapa anterior a aquesta, i la transició !PE i FC/A3 es compleixi. Un cop activa l’etapa, aquesta

li està dient que la ventosa s’activi amb un set. Un cop es compleixi la transició !PE i S11,

llavors l’etapa S6 deixarà d’estar activa i s’activarà la següent.

6.1 Programació seqüencial amb KOP

Per posar un exemple, utilitzarem l’esquema anterior, que forma part de la planta. La ventosa

començarà a succionar quan estem a FC/A3 i la parada d’emergència no estigui polsada i

deixarà de fer-ho quan hi hagi suficient succió (S11) i la parada d’emergència no estigui

polsada.

En aquest cas, la transició 6 (TR6) només s’activarà si està activa l’etapa anterior (X5), si no

està activa la parada d’emergència (PE) i està actiu el final de carrera FC/A3.

En un altre segment, la transició TR6, desactivarà l’etapa 5 i activarà l’etapa 6, com es pot

veure a la figura següent.


32

Un cop fet això, la marca S6, activarà les accions corresponents que s’han de realitzar en

aquest estat, com es pot veure a la figura següent:

Per a la transició per passar a l’etapa següent, ho faríem de la mateixa manera. L’activació

d’aquesta dependria no només de la no activació de la parada d’emergència i l’activació de

S11, sinó que també dependria de l’activació de l’etapa S6.

Aquesta es la forma correcta de programar de forma seqüencial amb KOP. Tot i que s’utilitzen

moltes marques, és la forma més senzilla de fer-ho sense obtenir cap error.


33

7. Exercicis de pràctica

7.1 Operacions lògiques amb bits

1) Combinació AND. %I0.0 AND %I0.1= %Q0.0. Q0.0 s’activarà només si I0.0 i I0.1 estan

encesos alhora.

2) Combinació OR. %I0.0 OR %I0.1 = %Q0.0. La sortida s’activarà si un dels dos està

activat.

3) Combinació AND de OR. %Q0.0= (%I0.0 OR %I0.1) AND (%I0.2 OR %I0.3)

4) Combinació de OR de AND. %Q0.0= (%I0.0 AND %I0.1) OR (%I0.2 AND %I0.3)


34

5) Activació per flanc. Activa les sortides %Q0.0 i %Q0.1 respectivament amb els flancs

ascendent i descendent de %I0.0

6) Una aplicació clàssica de l’automatització industrial és el control d’arrancada i parada

d’un motor elèctric. La forma d’actuar en una programació bàsica d’arrencada-parada

d’un motor és la següent: Al polsar el polsador (RUN) s’activa la bobina (KM1) i el

contacte normalment obert KM1. Això provoca una autoretenció de KM1 fent que el

motor quedi encès permanentment a pesar de que deixem d’actuar RUN. Per parar-lo

s’ha d’oprimir STOP. El motor també s’ha de parar quan es dispari el relé tèrmic (X1), i

en cas de que s’encengui també s’ha d’encendre la llum de senyalització (LAMP).

Realitza la programació d’aquest programa.

Solució

La taula de símbols és la següent:

Component Direcció Símbol

Relé tèrmic I0.0 X1

Polsador de marxa I0.1 RUN

Polsador de parada I0.2 STOP

Bobina del contactor del motor M1 Q0.0 KM1

Làmpada de senyalització

d’emergència

Q0.1 LAMP

I el circuit és el següent:


35

Quan es prem RUN, el circuit esposa en marxa, realimentant-se a través del contactor KM1.

Aquest es manté així sempre i quan no es premi STOP o salti el contacte d’emergència X1. En

cas de que aquest s’activi, s’activarà també la làmpada LAMP, que marcarà que ha ocorregut

alguna cosa.

7) Dipòsit d’aigua.

Tenim un dipòsit d’Aigua. Per a controlar-lo tenim un selector de comandament. A més a més,

el dipòsit té dos sensors, un de alt nivell d’aigua i un de nivell baix, i una bomba que bombeja

aigua al dipòsit.

En el selector podem seleccionar mode manual o mode automàtic. Si seleccionem mode

manual el que volem és que la bomba comenci a funcionar i que pari quan desconnectem

manual. Volem que la bomba ignori els sensors.

Si el tenim en mode automàtic volem que el nivell es mantingui entre els dos sensors. Quan

l’aigua arribi al nivell baix volem que la bomba s’engegui i que es pari quan l’aigua arribi al

nivell alt.

A més a més, tenim un relé tèrmic que actua tant quan tenim la bomba en funcionament

manual com amb funcionament automàtic. Quan salta el Relé s’ha de parar la bomba i s’ha

d’encendre un indicador lluminós al panell de control.

A més a més, volem una llum de marxa que ens indici quan està encesa la bomba.

Solució:



36


Relé tèrmic I0.7 RELE

Selector Manual I0.2 M

Selector Automàtic I0.3 A

Detector nivell baix I0.1 Nivel Bajo

Detector nivell alt I0.0 Nivel Alto

Bomba Q0.0 Bomba

Indicador de marxa Q0.1 Llum Marxa


En aquest cas, si es vol utilitzar el mode manual, s’ha d’estar prement el polsador mentre

volem que funcioni la bomba i no passarà res si ens passem del sensor de nivell alt. Si

seleccionem el mode automàtic (aquest ha de ser un interruptor i no un polsador), la bomba

s’aturarà quan s’arribi al sensor de nivell alt sempre i quant el nivell baix estigui també activat.


37

La llum de marxa s’activarà en qualsevol dels dos casos.

La llum d’emergència s’activarà en cas de que el relé tèrmic s’activi.

8) Controlar una cinta transportadora:

La figura mostra una cinta transportadora que es posa en marxa elèctricament. Al principi de la

cinta (és a dir, a l’extrem esquerra) hi ha dos polsadors: S1 per a MARXA i S2 per a PARADA. Al

final de la cinta, és a dir, a l’extrem dret, es troben dos polsadors: S3 per a MARXA i S4 per a

PARADA. La cinta es pot posar en marxa o aturar-se des de qualsevol dels dos extrems. Així

mateix, el sensor S5 atura la cinta quan un paquet arriba al final d’aquesta. Realitzar un circuit

escrit amb KOP que controli el funcionament de la cinta.

Solució:



Polsador de marxa I1.1 S1

Polsador de parada I1.2 S2

Polsador de marxa I1.3 S3

Polsador de parada I1.4 S4

Sensor I1.5 S5


38

Motor Q0.0 MOTOR_ON


Segment 1: Polsant qualsevol dels polsador de marxa s’encén el motor.

Segment 2: Polsat qualsevol dels polsadors de parada o obrint el contacte normalment tancat

al final de la cinta, es desconnecta el motor.

9) Detecció del sentit de la marxa en una cinta transportadora.

En aquest exercici, partint de la cinta transportadora anterior, s’ha de dissenyar un circuit amb

KOP que detecti en quin sentit es mou la cinta, basat en dos sensors òptics (BO1 i BO2).


39

Aquests funcionen com a contactes normalment oberts quan no detecten res i es tanquen

quan detecten algun objecte.

Solució :



Sensor òptic 1 I0.0 SO1

Sensor òptic 2 I0.1 SO2

Indicador de

moviment a la dreta

Q4.0 DRE

Indicador de

moviment a

l’esquerra

Q4.1 ESQ

Marca d’impuls 1 M0.0 MI1

Marca d’impuls 2 M0.1 MI2

El circuit KOP és el següent:

Segment 1: Si l’estat de la senyal d’entrada I0.0 canvia de 0 a 1 (flanc positiu) i al mateix temps

l’estat de la senyal d’entrada I0.1 és 0, llavors el paquet s’està movent cap a l’esquerra.


40

Segment 2: Si l’estat de la senyal d’entrada I0.1 canvia de 0 a 1 (flanc positiu) i al mateix temps

l’estat de la senyal de l’entrada I0.0 es 0, llavors el paquet s’està movent cap a la dreta. Si

s’interromp un dels sensors òptics, això significa que hi ha un paquet entre els sensors.

Segment 3: Si un dels sensors es interromput, això vol dir que un paquet es troba entre els

sensors. L’indicador de sentit de la marxa es desactiva.

10) Realitzar un generador d’impulsos amb un cicle de treball D = 0.5, controlat per un

interruptor d’ON i la sortida reflectida a un LED. Dibuixar el cronograma de temps.

Solució:


41

Segments 1 i 2: El temporitzador DB1 s’activa quan ON està tancat. Un cop passats 0,5 s

activarà la marca T1. Aquesta activarà el temporitzador DB2, que després de 0,5 s activarà la

marca T2. Al mateix moment que s’activa T2, s’envia de nou una senyal a DB1 per a que es

torni a activar el primer temporitzador i torni a començar el cicle.

Segments 3 i 4: Quan T1 es troba actiu, s’activa la sortida LED, quan T2 està actiu es desactiva

la sortida LED.


42

11) La sortida Q2.7 s’activa 2 segons després de la apertura de l’entrada I1.5 durant 1

segon. El diagrama següent il·lustra en la primera línia el desenvolupament de

l’entrada i en la última, el de la sortida que es desitja obtenir. La segona i tercera línia

representen el desenvolupament de dos temporitzadors amb retard a la desconnexió

T10 i T11, de 2 i 3 segons respectivament, que tenen com a senyal d’entrada,

precisament I1.5. Observem llavors que la sortida ha de ser vertadera quan es donen

simultàniament les condicions T11 vertader i T10 fals. És a dir, en termes d’expressió

booleana: Q2.7 = T11 · NOT(T10)

Solució:


43

Segments 1 i 2: Els temporitzadors s’activaran tan aviat com s’activi l’entrada I1.5. Quan

aquesta es desactivi, es mantindran encesos durant 2 i 3 segons respectivament.

Segment 3: Un cop desactivada l’entrada I1.5, durant dos segons el temporitzador T10 es

trobarà obert, per tant no passarà corrent. Quan hagin passat aquests dos segons, aquest es

tancarà de nou i el T11 romandrà tancat durant 1 segon més, mantenint així la sortida activa.

12) Realitzar el programa en llenguatge KOP d’una alarma d’intrusió en un recinte.

L’alarma es connecta amb un polsador P1 a l’entrada I0.1. Passats tres segons, l’alarma

s’activa, mostrant-ho a un llum LED connectat a la sortida Q0.1. En aquesta situació, si

el detector de presència S0 connectat a l’entrada I0.0 detecta alguna persona al

recinte, s’activa la botzina B0 connectada a la sortida Q0.0. Per desactivar l’alarma o la

botzina en qualsevol moment, es disposa d’un polsador P2 connectat a l’entrada I0.2

Solució:


44

Segment 1: Detecta l’entrada del polsador P1 per flanc ascendent i durant 3,5 s (per a que TON

sigui capaç a reaccionar) li envia una senyal d’entrada. Passats els 3 s de TON, s’activa el LED,

que representa l’activació de l’alarma.

Segments 2 i 3: Un cop activada l’alarma (LED) i sempre i quan no l’estem desactivant amb P2,

quan el sensor de presència S0 s’activi, s’activarà la botzina. Per desactivar la botzina i el LED,

només hem de prémer P2.

13) Àrea d’emmagatzematge amb comptador i comparador. La figura mostra un sistema

de dos cintes transportadores. La cinta transportadora 1 transporta paquets a l’àrea

d’emmagatzematge. Un sensor òptic situat al final de la cinta 1 al costat de l’àrea

d’emmagatzematge determina quants paquets es transporten a l’esmentada àrea. La

cinta transportadora 2 transporta paquets des de l’àrea d’emmagatzematge a una

plataforma de càrrega on arriben camions i els recullen per a subministrar-los als

clients. Un sensor òptic situat al final de la cinta transportadora 2 al costat de l’àrea


45

d’emmagatzematge determina quants paquets abandonen l’àrea d’emmagatzematge

per ser transportats a la plataforma de càrrega. Un panell indicador amb cinc LEDs

assenyala el nivell de l’àrea d’emmagatzematge temporal.

Es demana realitzar el circuit KOP per controlar aquest sistema.

Solució:

Segment 1: El comptador DB1 incrementa amb un flanc de senyal de 0 a 1 a l’entrada CU i

decrementa amb un flanc de senyal de 0 a 1 a l’entrada CD. Amb un flanc de 0 a 1 a l’entrada

LD, el comptador es posa al valor de PV. Amb un flanc de 0 a 1 a l’entrada R, el comptador es

posa a 0. A la direcció MW10 es troba el valor actual del comptador DB1. Q12.1 marca “Àrea

d’emmagatzematge no buida”.


46

Segment 2: Q12.1 senyalitza “àrea d’emmagatzematge buida”.

Segment 3: Si 50 es menor o igual al valor del comptador (o si l’estat actual del comptador es

major o igual que 50), s’activa el LED d’“Àrea d’emmagatzematge al 50%”.


47

Segment 4: Si el valor del comptador es major o igual a 90 s’activa el LED d’”Àrea

d’emmagatzematge al 90%”.

Segment 5: Si el valor del comptador es major o igual a 100 s’encén el LED d’”Àrea

d’emmagatzematge plena”.


48

8. Exemples 1) Tren de rentat de cotxes

El sistema consta d’aquests elements:

a. Tres Motors: Motor principal (MP) que mou la màquina al llarg del carril y està

controlat per dues variables (MP1 i MP2). MP1 desplaça la màquina de dreta a

esquerra i MP2 la desplaça al sentit contrari. Motor dels raspalls (MR) i motor del

ventilador (MV).

b. Una electrovàlvula (XV) que expulsa aigua amb sabó.

c. Un sensor (S3) que detecta la presència del vehicle.

d. Dos finals de carrera (S1 i S2) que detecten l’arribada de la màquina als extrems del

carril.

El funcionament de la màquina és el següent:

La maquina es troba inicialment a l’extrem de la dreta (S2 activat) i quan es premi el polsador

de marxa M i hi hagi un vehicle present, aquesta s’activarà. Una vegada accionada M, la

màquina ha de fer el recorregut d’anada i tornada amb la sortida de líquid i els raspalls en

funcionament. Quan la màquina arribi al segment dret una altra vegada (S2 activat de nou) ha

de realitzar de nou un altre recorregut d’anada i tornada amb el ventilador encès. Quan acabi

el recorregut al lloc inicial la màquina ha de parar-se i quedar en posició inicial.

En el cas de que es produeixi una emergència s’haurà d’accionar el polsador P per interrompre

la maniobra i que la màquina torni a la posició inicial.


49


50


51


52


53

Aquest exercici és un exemple molt bo de com es pot fer un programa elaborat amb les

instruccions més simples d’un PLC. És un exercici que per poder fer-lo s’ha de saber

seqüencialitzar molt be cada procés i cada etapa i què les separa. A més a més s’ha de saber

què és una marca i saber utilitzar-la. Si no, pot passar el problema que es descriu al segment 5.

El que diferència si activem el segment 3 o 5 és si el bit de la marca 0.1 és 1 o 0. A més a més

del problema de que el segment 4 t’activa una altra marca per poder activar la 5 o si es podria

activar saltant la 4. És important separar un projecte d’automatització en operacions més

petites i aquestes operacions en processos encara més petits.


54

2) Semàfor

Amb temporitzadors i la informació que ja tenim de entrades i sortides ja es poden començar a

fer exemples més avançats. En aquest cas: un semàfor.

El semàfor que programarem és el següent:

Un semàfor de carrer amb un pas de vianants. L’estat natural del semàfor serà verd per els

cotxes i vermell per els vianants. Quan un vianant premi el botó per poder creuar, el semàfor

de cotxe es ficarà taronja al cap d’un temps determinat i vermell després d’un altre temps

determinat. Un instant després el semàfor de vianants es ficarà verd i al cap d’un temps

tornarà a ficar-se vermell. Al cap d’un instant tornarem a encendre el llum verd dels cotxes i el

circuit tornarà al principi.

Per fer aquest muntatge el circuit necessitarà 2 entrades: la d’engegada del sistema i

l’interruptor del pas de vianants. També necessitarà les sortides que representaran els llums:

les 3 d’un semàfor de cotxes i dues d’un de vianants.

Per poder veure el resultat del programa es pot connectar diferents llums o actuadors a les

sortides del PLC, o veure directament des de les entrades i sortides del PLC i la simulació.

Programació

Començarem el programa escrivint les variables a la taula d’assignacions.

Inicialitzem totes les variables. Es important assegurar que el sistema té totes les variables

inicialitzades. D’aquesta manera assegures tenir controlades totes les variables.


55

Establim marques per a poder controlar el circuit.


56


57

Si es sap fer l’exercici de el tren de rentat i es sap treballar amb comptadors aquest

exercici és bastant senzill. És important tenir en compte la seqüencia de les etapes, que

hauria d’estar fent cada un dels elements un moment determinat.


58

3) Gestió automàtica d’un garatge amb comptadors i comparadors

Control d’un garatge com el que es mostra en la següent figura.

El garatge disposa d’una entrada i una sortida controlats per dues barreres accionades per els

motors M1 i M2. Aquestes barreres tenen instal·lades sensors de presència de vehicle S1 i S2 a

la entrada i a la sortida S3 i S4. Quan arriba un vehicle els sensors s’activen i quan passa un

vehicle el sensor de sortida també s’activa, però donada la separació en la que els han

instal·lat, mai estaran els sensors d’entrada i sortida activats al mateix temps. Per sortir, els

conductors han d’entregar el tiquet del pàrquing S5.

El garatge té una capacitat de 10 cotxes i el sistema electrònic ha de controlar les següents

accions:

e. Obertura i tancada automàtica de les Barreres. La barrera d’entrada s’ha d’obrir si al

garatge si hi ha menys de 10 vehicles i s’activa S1. La barrera s’ha de tancar si s’activa

el sensor S2. La barrera de sortida sempre s’ha d’obrir amb un tiquet i si es s’activa el

sensor S3. Quan s’activa S4 la barrera s’ha de tancar.

f. El garatge ha de tenir senyalització. Una llum verda LV si queden places lliures al

pàrquing, i una llum vermella LR si el garatge està complet.

El garatge ha de tenir un sistema de control format per els següents elements:


59

g. Polsador M per a engegar el sistema. No es permet entrada i sortida de cotxes sense el

circuit encès

h. Un polsador de parada P que tanca el circuit. Només M el pot tornar a encendre. Si

s’encenen els dos alhora, predomina el segon.

i. Un polsador R per posar el comptador a 10 a l’instant de donar tensió.


60


61

Aquest exercici serveix d’exemple de programes complexos en el que el desafiament és

resoldre un problema concret. Aquest exercici té el problema de requerir comptar el número

de cotxes que hi ha al pàrquing adequadament, amb seguretats de que no s’està comptant per

sobre i per sota de la operació. La resta de l’exercici és un polsador retroalimentat i codi molt

senzill. Molts problemes es centren en un o dos problemes més complicats que la resta, que

una vegada resolts només fa falta enllaçar els resultats per crear el programa demanat.

Annex 3: Solucionari de la Pràctica 1





Pràctica 2: Automatització de la

Segona Planta Electropneumàtica


PEDRO GARCES MIGUEL




http://www.urv.es/


Pràctica 2: Automatització de la Segona Planta Electropneumàtica Automatització Industrial

2

INDEX

1. Introducció.................................................................................................................. .... 3

2. Pneumàtica i Electropneumàtica industrial.....................................................................4

3. Descripció de la Planta ....................................................................................................6

3.1. La Planta....................................................................................................................6

3.2. Cablejat amb Bananes...............................................................................................7

3.3. Funcionament dels sensors ......................................................................................7

4. Objectius per aquesta Pràctica........................................................................................8


3

1. INTRODUCCIÓ

L’automatització d’una línia de muntatge, com ja s’ha pogut veure a la pràctica 1 depèn molt

de la compenetració entre la part automatitzada i la part pneumàtica. En aquesta aplicació es

farà servir la pneumàtica encara més.

Aquesta pràctica representa una altra forma de programar una planta de selecció.

El procés que ha de seguir la planta és el següent:

1. Les peces es carreguen dintre el cilindre alimentador. El pistó les empeny cap a la

cinta.

2. La cinta mou les peces fins al forat que actua com a elevador. Al fons es classifiquen

segons si són metàl·liques o no.

3. Si les peces són metàl·liques el pistó dret les empeny al seu lloc d’emmagatzematge. Si

no ho són, el pistó contrari les empeny a la cinta

4. A la cinta les peces negres i vermelles es classifiquen segons color. Les peces negres

cauen a la caixa de sota. Les peces vermelles fan activar el pistó que empeny el calaix

superior i les peces cauen al calaix de sobre.


4

2. Pneumàtica i Electropneumàtica Industrial

PNEUMÀTICA INDUSTRIAL

La pneumàtica tracta els fenòmens de sobrepressió i depressió de l’aire. La Pneumàtica en

automatització el la que es realitza fent servir les propietats de l’aire comprimit. Les senyals en

un sistema pneumàtic simbolitzen absència o presència d’aire comprimit.

L’aire comprimit és, en un sistema pneumàtic, una font de potència verdaderament adequada

ja que:

- És barat

- Està disponible a tot arreu

- No és inflamable.

Aquesta potència es fa servir en actuadors (pistons, motors, elevadors...) i es governa per

vàlvules exclusivament pneumàtiques, que deixen passar o obstrueixen el pas a l’aire

comprimit

ELECTROPNEUMÀTICA INDUSTRIAL

La electropneumàtica és una tècnica d’automatització derivada de la pneumàtica que combina

l’electricitat, l’electrònica i la pneumàtica.

La pneumàtica és la tècnica que fa servir aire comprimit per a moure elements i actuadors. Fa

funcionar pistons o elevadors,... Tot això formant circuits.

La electropneumàtica és la tècnica que permet controlar circuits pneumàtics mitjançant

electrovàlvules. Les electrovàlvules reben impulsos elèctrics, amb els quals obren o tanquen

els circuits pneumàtics, efectivament accionant receptors o no. Amb tot això, si fem que les

electrovàlvules siguin controlades per PLC obtenim un circuit de control. Aquesta és la base de

una gran part d’automatismes industrials.

El sistema de la planta d’aquesta pràctica està construït principalment amb cilindres de simple

acció i de doble acció controlats per electrovàlvules. Aquests són els elements més importants

de la pneumàtica.


5

Els cilindres de simple acció actuen una vegada reben aire (deixat passar per la electrovàlvula) i

quan es tanca l’aire a la vàlvula el pistó torna al seu estat original expulsant l’aire al seu interior

mitjançant una molla.

Els cilindres de doble acció tenen dues vàlvules i dues entrades/sortides d’aire. Per que el pistó

actuï ha de tenir una de les entrades funcionant i l’altre no. Aquests necessiten de dos

electrovàlvules que els controlin, un per a cada entrada. Quan un pistó rep aire per una

entrada actua en aquell sentit mentre s’omple d’aire comprimit per dintre. Per tornar el pistó a

la seva posició inicial, l’entrada d’aire ha d’estar desconnectada. Llavors el pistó omplirà aire

per l’altre banda mentre per la original treu l’aire que ha omplert en l’acció, actuant com a

sortida d’aire. Si en funcionar un pistó s’activen les dos entrades llavors el pistó es quedarà

clavat ja que hi entra aire pels dos costats i no pot treure cap del que hi ha per moure’s.

Tot i que la pneumàtica industrial és molt més elaborada i té molts més components, per

aquesta planta només farem servir els elements més bàsics, els pistons de simple i doble acció.

La pneumàtica industrial té com a benefici que és molt barata i disponible a tot arreu, però no

pot accionar actuadors que requereixin molta energia. De fet, això requereix molta pressió, i

com més pressió es necessita, es requereixen equips més grans i mes cars.


6

3. Descripció de la planta

3.1. La Planta

La planta consisteix en una planta de selecció de peces. Selecciona peces metàl·liques, de

plàstic negre i de plàstic vermell. El funcionament és el següent:

El pistó del principi empeny les peces des del cartutx a la cinta, que ha d’estar en marxa.

Aquesta cinta empeny la peça fins al forat on cau a un seleccionador. Si programa ha

determinat mitjançant els sensors, el pistó dret empeny la peça al contenidor i retorna amb el

final de carrera. Si detecta que és una peça negra o vermella el pistó l’empeny a la cinta dreta

on es selecciona el color de la peça. La peça cau de la cinta al calaix adequat, que amb

anterioritat s’ha activat el seu pistó per treure’l de sota la cinta.

Els detectors de la planta són els següents:

- El primer detector, a la primera cinta és inductiu, detecta les peces metàl·liques.

- El segon detector està a l’ascensor, detecta presència de peça.

- El tercer està a la segona cinta detecta color.

La descripció dels elements és la següent:

NOM DESCRIPCIÓ DIRECCIÓ

ENTRADES

Marxa Botó de Marxa %I0.0

Parada Botó de Parada %I0.1

Emergència Polsador d’emergència %I0.2

S1 Sensor cinta %I0.3

S2 Sensor ascensor 1 %I0.4

S3 Sensor ascensor 2 %I0.5

S4 Sensor òptic %I0.6

Fc1 Final de carrera esquerre %I0.7

Fc2 Final de carrera dret %I1.0

SORTIDES

P1 Pistó Alimentador actuació %Q0.0

P2 Pistó alimentador repòs %Q0.1

P3 Pistó ascensor esquerra actuació %Q0.2

P4 Pistó ascensor esquerre repòs %Q0.3

P5 Pistó ascensor dret actuació %Q0.4

P6 Pistó ascensor dret repòs %Q0.5

P7 Pistó contenidor vermelles (damunt) %Q0.6

P8 Pistó contenidor negres (sota) %Q0.7

M1 Primera cinta %Q1.0

M2 Segona cinta %Q1.1

El funcionament d’aquesta planta és més senzill que la planta de la Pràctica 1 ja que només

funciona amb un parell de cintes i pistons (alguns de simple acció, però la majoria de doble

acció). La principal dificultat d’aquesta planta comparada amb l’anterior es basa en el baix

nombre d’informacions que hi ha en aquest element. En la planta 1 tenim un nombre molt


7

gran d’entrades, i la clau per resoldre la planta 2 té a veure en com circumnavegar aquests

elements amb les eines que ens dona la automatització.

Els elements de control d’aquesta planta estan col·locats en quadres i caixes. Aquests

components estan segurs i protegits, i tot el connexionat es fa a través de les canalitzacions.

No desmunteu les canaletes.

3.2. Cablejat amb Bananes

Per a realitzar aquesta pràctica es demana a l’estudiant que cablegi els les entrades i sortides

necessàries en el seu projecte. Per a facilitar aquest cablejat de forma intuïtiva i segura s’han

preparat els següents equips: Un PLC protegit amb les entrades i sortides en forma de bananes

a l’exterior de la caixa, una caixa opaca on s’han portar els sensors per a poder connectar les

bananes, i unes vàlvules electropneumàtiques que funcionen amb bananes.

Mitjançant aquest equips es demana a l’estudiant que prepari el cablejat, donant la llibertat de

programar les variables com es vulgui.

4. Objectius per aquesta pràctica:

S’ha d’automatitzar la planta, fent que classifiqui correctament totes les peces que hi hagin al

carregador. El programa ha de classificar les peces i dipositar-les als contenidors

corresponents. La peça metàl·lica ha d’anar al contenidor amb el rètol “M5”. Les peces

taronges han d’anar al contenidor que s’expandeix mitjançant un pistó amb el rètol “ 3x20”.

Les peces negres han de caure de la segona cinta al contenidor amb el rètol “6x25”. Aquest

codi també ha de tenir programada la parada de seguretat. El programa s’ha d’automatitzar al

bloc principal (OB1) però també ha de tenir un bloc per a la parada de seguretat i un per fer

una pausa en el procés productiu (Pausa).

La parada de seguretat ha de bloquejar el sistema i no permetre cap tipus d’acció mentre

estigui accionada.

S’espera de l’estudiant que cablegi les entrades i sortides que ell ha programat en el seu

software.





Pràctica 3: Automatització d’un

Motor mitjançant un Variador de

Freqüència


PEDRO GARCES MIGUEL




http://www.urv.es/


Pràctica 3: Automatització d’un Motor mitjançant Automatització Industrial un Variador de Freqüència

2

Index

1. Introducció ........................................................................................................................ 3

2. Elements de la planta ........................................................................................................ 4

2.2 El Motor .......................................................................................................................... 4

3. El Variador de Freqüència.................................................................................................. 5

3.1. Com Funciona el Variador .......................................................................................... 5

3.2. Control del Variador .................................................................................................. 5

3.3. Navegació de Menús ................................................................................................. 6

4. Exemple ............................................................................................................................ 7

5. Objectius de la pràctica: .................................................................................................. 10


3

1. Introducció

Els variadors de freqüència s’estan expandint cada vegada més a l’empresa. Es fabriquen cada

dia més compactes, més barats i amb més funcionalitat. L’enginyer, elèctric o electrònic, que

acabi treballant en l’industria en llocs de contacte directe amb màquines i producció, molt

probablement entri amb contacte amb variadors de freqüència sovint. Per tant, és molt

important que l’enginyer surti preparat amb coneixements per a fer-los funcionar.

Els variadors de freqüència són màquines que, alterant la freqüència de la electricitat que es

subministra el motor, aconsegueixen controlar-lo variant velocitat i direcció entre altres.

Connectant un variador de freqüència amb un motor i un PLC podem crear i controlar

programes de control del motor molt avançats, com és el cas d’una rentadora.

Els variadors de freqüència venen preparats per

1. Subministrar corrent a un motor

2. Controlar el motor mitjançant un panell de comandament que té (mode manual).

3. Controlar el motor mitjançant variables digitals que té el variador. A aquests si pot

connectar interruptors, temporitzadors, o un PLC. D’aquesta forma podem crear un programa

complex que interactuï amb les variables del variador per donar-li ordres.

Unes d’aquestes variables són per exemple les entrades lògiques L1 i L2, que marquen el sentit

de gir del motor.


4

2. Elements de la planta

La planta en qüestió tindrà els següents elements:

- Un variador de freqüència amb el que treballar.

- Proteccions del circuit.

- Polsadors d’engegada, parada i un interruptor selector de velocitat.

- Tres Bobines.

- Un motor trifàsic.

El circuit ja està cablejat d’un principi, de forma que deixa unes bornes per a connectar

l’alimentació del circuit, el motor i el PLC S7-1200.

A les bornes es porten també els polsadors de control de l’usuari i les variables de dintre el

variador (L1- L2-.... L-6). D’aquesta forma es crea una planta totalment cablejada amb la qual

només s’ha de connectar el necessari.

2.2 El Motor

El motor és un motor trifàsic petit, normal i corrent. Aquest, també té una placa de

característiques. Aquesta placa la podeu consultar en el motor mateix. Si no la adjuntem aquí.

MOT.3-MS 632-4 Nº de sèrie 0711-1344024

IEC 34 (VDE0530) I.CL. F S1 IP55

KW Hz Δ V Y Δ A Y Cos φ RPM

0,18 50 230/400 1,17/0,68 0,65 1350

0,22 60 276/480 1,17/0,68 0,65 1620

A més a més, s’han empalmat sis cables a les connexions del motor. Uns són per poder

connectar a la planta, i els altres per fer les connexions estrella o triangle en unes bornes. Per

defecte les connexions vindran en estrella. Aquestes connexions es poden canviar en qualsevol

moment amb la corrent tallada.


5

3. El Variador de Freqüència

3.1. Com funciona el Variador

Els variadors de freqüència són màquines que actuen sobre el principi que es pot regular la

velocitat d’un motor variant-ne la freqüència.

La gran majoria de motors per motors síncrons o asíncrons són nombres parells: 2, 4, 6 i 8. El

control de la ona dels variadors fan que en comptes de rebre els 50 Hz que rebrien

normalment, rebin una quantitat variable de freqüència, accelerant o reduint la velocitat. El

variador subministra la electricitat que necessita el motor amb la ona que se l’indica.

3.2. Control del Variador

Els variadors de freqüència normalment es poden controlar de dues formes diferents. Els

variadors tenen un control manual amb un potenciòmetre per controlar la velocitat

manualment i botons per navegar. Casi tots ho tenen. Per defecte, la pantalla mostra la

freqüència. La següent imatge explica com funcionen els controls del variador.

Els variadors tenen també un conjunt d’entrades digitals i sortides on es poden portar senyals

que surten d’un PLC o un altre font de senyals digitals. Aquestes entrades i sortides serveixen

per poder controlar i vigilar el variador des de un PLC. Tots els variadors tenen aquest tipus de

entrades i sortides però canvien molt depèn del variador. Aquestes entrades digitals funcionen

de la següent manera:

- Els variadors tenen unes variables que tenen entrades. Aquestes entrades es poden

assignar a una funció del variador.

- Els variadors tenen moltes més funcions que entrades. Algunes no requereixen

entrada, només són un valor que es pot modificar. D’altres requereixen una variable o

control manual. Si assignes la mateixa variable a dos funcions la última preval i la

primera s’esborra.


6

- En processos complexes el PLC que controla el variador envia ordres al variador i rep

respostes.

- Aquestes entrades per donar ordres són LI1 – LI2 – LI3 – LI4 – LI5 – LI6. A més a més té

3 entrades analògiques més: AI1 – AI2 – AI3.

3.3. Navegació de Menús

Per a navegar el variador és necessari entendre com funcionen els menús d’aquest, ja que tots

els variadors funcionen de la mateixa manera. Els menús funcionen seguint el gràfic següent:


7

Aquests és una imatge que descriu molt bé com funcionen els menús dels variadors. La font

d’aquesta imatge és el manual del Variador Altivar 31 que es proporcionarà als estudiants

junt amb la memòria .

Amb els controls del variador s’entra i es mou a través dels menús on es pot seleccionar

exactament què és el que es vol programar. Cada menú té submenús a dintre.

Aquesta és una esquema del manual que explica molt bé com s’organitzen els submenús del

variador. Mitjançant els botons ENT i ESC i les FLETXES s’escull entre el menú que es vol accedir

i després s’escull el paràmetre a modificar. Per acabar es modifica el paràmetre al valor

assignat i s’emmagatzema.

4. Exemple Programa un variador per a que el motor al que va associat funcioni a 55Hz en les dos

direccions.

Per a realitzar aquest exemple haurem de tenir el manual ben a prop. Es recomana no confiar

amb les programacions de fàbrica del variador ja que és molt probable que algú ja les hagi

modificat primer.

El primer pas serà configurar la freqüència.

Per a fer-ho, anem a la pàgina 12 del manual del variador per mirar quin és el paràmetre per

modificar la freqüència. En aquest cas és bFr

El següent pas és anar al capítol 3 del manual del variador (MENÚS) i buscar a quin menú

pertany aquest paràmetre. La podem trobar a la pàgina 30, on comença el menú drC (Drive

Control). Aquí podem observar que la velocitat del motor pot variar entre 50 i 60 Hz. Per tant

el valor està dintre el rang que s’ha marcat. Llavors ja es pot programar. Mitjançant els botons

de control que hi han al variador s’ha d’anar al menú drC, al paràmetre bFr, ficar la freqüència

a 55Hz i acceptar.


8

El segon pas serà configurar els sentits de gir.

A la pàgina 22 del manual es pot trobar la taula completa de les entrades i sortides

lògiques.Allí podem trobar les dades dels sentits de gir que necessitem.

Podem veure que per defecte, la configuració de fàbrica per les dos direccions de gir és LI1 i

LI2. Però aquestes entrades no tenen perquè ser les reals perquè algú altre pot haver-ho

modificat.

Per a que el variador funcioni ha de tenir o Forward o Reverse encès. Forward i reverse no

poden estar encesos a l’hora o sigui que s’ha de afegir una precaució al programa.

Per programar Reverse s’ha d’anar al menú I-O (Entrades i sortides) i buscar el paràmetre rrS i

escollir la entrada que es vol que sigui la senyal de canvi de sentit de gir (LI1-LI6).

El tercer pas serà programar el programa en el PLC.

Aquesta és una de les formes de com es programa el aquest exemple. Es remarca especial

interès en el els segment 2 on hi ha uns contactes normalment tancats per prevenir que hi hagi

un curtcircuit. Quan es treballa amb motors una seguretat així és molt important. S’ha de

notar que es tenen dos botons de parada. Un per parar el motor i un per canviar de direcció. El

motor ha de parar per tornar-se a engegar en l’altre direcció.


9


10

El quart pas serà connectar les bananes.

Per acabar l’exemple s’hauran de connectar les bananes. De les sortides del PLC al LIx que s’ha

programat. De la sortida 0.0 a l’entrada que s’ha programat per forward, i la sortida 0.1 a

l’entrada programada per reverse.

5. Objectius de la pràctica:

Es presenta a l’estudiant una planta i un PLC a programar. L’objectiu de la pràctica consisteix

en programar un programa que simuli una rentadora.

La rentadora ha de funcionar de la següent manera

1. La rentadora comença girant en direcció a les agulles del rellotge a baixa velocitat

(f<50Hz).

2. La rentadora centrifuga a màxima velocitat (f>50Hz)

3. La rentadora canvia de sentit de gir i centrifuga a màxima velocitat (f>50Hz).

4. La rentadora redueix la velocitat durant un temps fins a arribar a 0 rpm. (f<50Hz)

La rentadora ha de funcionar amb 3 interruptors. Un polsador de Marxa per engegar el procés

de marxa, un botó de parada momentània (l’etapa es para al moment, però marxa engega des

d’on s’ha quedat el procés) i un interruptor de parada total (funciona com a parada

d’emergència) para tot el sistema i, polsant el polsador de marxa, s’engega des del principi.

Acaba de cablejar la planta, ajuntant les entrades digitals amb les sortides del PLC i cablejant el

motor.

Programa la rentadora.

Xavier Román Barceló MIGRACIÓ DELS PROJECTES D...

Documents

Transcript of Xavier Román Barceló MIGRACIÓ DELS PROJECTES D...