INTRODUCCIN A LA PROGRAMACIN DE AUTMATAS SIEMENS S7-1200

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1. PRESENTACIN DE LOS EQUIPOS DE PRCTICAS Autmata SIEMENS SERIE S7-1200

o CPU 1214C AC/DC/RLY o Segn el fabricante, es un "controlador modular compacto para soluciones de

automatizacin discreta y autnoma" y "Proporciona la potencia y flexibilidad para controlar una amplia variedad de dispositivos de apoyo a necesidades de automatizacin".

o Dispone de 14 entradas digitales integradas (de 24 VDC), 10 salidas digitales integradas (por rel) y 2 entradas analgicas integradas.

o Los autmatas del laboratorio llevan incorporado, adems, un mdulo adicional con 1 salida analgica (mdulo SB 1232 AQ), que est conectado directamente en la parte central del autmata.

Entrenador

o Facilita las conexiones en el caso de conectar el autmata a una maqueta de un proceso fsico.

o Permite probar programas sin conexin a ningn equipo fsico simulando las entradas manualmente mediante el movimiento de interruptores (representarn entradas provenientes de sensores).

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En las figuras siguientes se muestran las entradas y salidas que llevan incorporadas los autmatas disponibles en el laboratorio, as como el mdulo adicional de salida analgica. Recurdese que, en esta asignatura, normalmente accionaremos las entradas y realizaremos las conexiones a travs del entrenador sobre el que est montado el autmata.

14 entradas digitales integradas (24 VDC)

10 salidas digitales integradas (por rel)

2 entradas analgicas integradas

Mdulo de salida analgica (SB 1232 AQ)

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Entorno de programacin o PC con el programa TIA Portal de Siemens (Totally Integrated Automation

Portal). La figura siguiente muestra el aspecto de la pantalla inicial del programa TIA Portal V13:

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2. PASOS A SEGUIR PARA PROGRAMAR EL AUTMATA Paso 1. Creacin de un proyecto En la ventana inicial pulsaremos en la opcin "Crear proyecto" del panel central, lo cual nos permitir en el panel de la derecha introducir las propiedades bsicas del proyecto (nombre, ruta, autor y comentarios), como se observa en la figura siguiente.

Pulsamos el botn "Crear" y despus de unos segundos se habr creado el proyecto, apareciendo la ventana de la figura siguiente (a esta ventana se le denomina "Vista del portal").

Crear proyecto

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Para realizar programas con mayor comodidad se recomienda, al menos en las prcticas iniciales, pasar a la "Vista del proyecto". Para ello pulsaremos el botn "Vista del proyecto" que aparece en la esquina inferior izquierda, mostrndose la ventana de la figura siguiente.

Paso 2. Agregacin de un autmata al proyecto Una vez que se ha creado un proyecto nuevo, podemos observar que no existe ningn dispositivo asociado al mismo (en el panel de la izquierda, en el "rbol del proyecto", no aparece ningn dispositivo). Los autmatas del laboratorio estn conectados al PC a travs de un cable y tarjeta de red. Para agregar el autmata al proyecto, primero lo alimentaremos accionando el interruptor correspondiente del entrenador sobre el que est montado y, a continuacin, haremos doble click sobre la opcin "Agregar dispositivo" del panel izquierdo. Una vez hecho esto nos aparecer la ventana de la figura siguiente.

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En esta ventana seleccionaremos el botn "Controladores" de la columna de la izquierda (un autmata es un "controlador") y nos aparecer en la parte central un listado con todos los posibles modelos de autmatas que pueden conectarse. Existen 2 mtodos para agregar el autmata: dejando que TIA detecte automticamente el modelo de autmata, o introducindolo manualmente. A continuacin vamos a ver cmo se agrega el autmata con cada uno de estos mtodos. Mtodo 1: Agregacin manual del dispositivo. Cuando conocemos la versin de

CPU que incorpora el autmata, puede agregarse al proyecto de forma manual. En primer lugar, elegimos el modelo de autmata en la parte central de la ventana anterior: SIMATIC S7-1200 y nos aparecer un listado con todas las posibles CPUs para este modelo. El modelo concreto de CPU puede leerse en el lateral derecho del propio autmata. En nuestro ejemplo, el modelo de CPU es "CPU 1214C AC/DC/Rly", con cdigo de modelo "6ES7 214-1BG31-0XB0". Seleccionamos esta CPU en el listado, como se observa en la figura siguiente.

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En la parte superior de la ventana anterior se puede escribir un nombre para el dispositivo (autmata) aunque, en este ejemplo, dejaremos el nombre que aparece por defecto (PLC_1). Pulsamos el botn Aceptar y despus de un tiempo se volver a la Vista del proyecto con el autmata ya agregado, como se observa en la figura siguiente (aparece el autmata "PLC_1" en el panel de la izquierda).

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Mtodo 2: Deteccin automtica del dispositivo. En este caso elegimos como modelo de autmata CPU 1200 sin especificar (en la ventana Agregar dispositivo), como se muestra en la figura siguiente.

En esta ventana elegimos cualquier versin del firmware (no es necesario conocerla, ya que el programa la detectar, aunque es conveniente elegir la versin ms baja de las que aparezca en la lista). Pulsamos el botn Aceptar, y aparecer la ventana de Vista de dispositivo:

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En esta ventana seleccionamos la opcin determinar la configuracin del dispositivo conectado (en el cuadro amarillo de la parte central). A continuacin aparecer la ventana de Deteccin de hardware. A continuacin debemos configurar las opciones del interfaz, es decir, indicar al programa cmo est conectado el autmata al ordenador. En el caso de los autmatas del laboratorio estn conectados a travs de una tarjeta de red (habr que elegir el tipo de interfaz PN/IE y la tarjeta concreta que est instalada). La configuracin que debemos introducir es la siguiente: Tipo de interfaz PG/PC: PN/IE Interfaz PG/PC: NIC de Fasr Ethernet de la familia Realtek RTL ... Esperamos a que se detecte el autmata y pulsamos el botn Deteccin. Una vez hecho esto, el programa volver a la vista de dispositivo con el autmata detectado. Paso 3. Creacin de un programa ejemplo. Se trabajar con el lenguaje de programacin KOP. De este modo, los elementos que aparecern en el programa sern contactos, bobinas y cuadros. Para crear nuestro programa, abriremos la opcin "Bloques de programa" del men de la izquierda. En esta opcin existe la posibilidad de "Agregar un nuevo bloque" o acceder directamente al bloque "Main [OB1]" que ya est creado, pero vaco. Este es el bloque principal del programa del autmata, que se ejecuta cclicamente como se ha explicado en clase de teora. En este ejemplo escribiremos el programa directamente sobre el main que ya est creado por defecto, as que haremos doble click sobre "Main [OB1]" y se abrir el editor de KOP en la parte central, como se puede ver en la figura siguiente. Las instrucciones del programa (contactos, bobinas, etc.) pueden arrastrarse directamente con el ratn, bien desde la barra de instrucciones de uso frecuente o favoritas (encima del "Ttulo del bloque"), o bien desde el panel de la derecha, donde aparecen todas las instrucciones (ver figura siguiente).

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Con esos elementos se crear el siguiente programa ejemplo: El programa indica que la salida Q0.0 estar activa cuando lo est la entrada I0.0 y que la salida Q0.1 estar activa en caso contrario. Nota: Obsrvese que al arrastrar hacia el programa con el ratn cualquier operacin (contacto, bobina, etc.), aparece un pequeo cuadrado de color verde indicando lugares donde puede colocarse dicha operacin en un segmento. Se recomienda practicar con el editor para familiarizarse con su funcionamiento y ver otras posibilidades del mismo. Por ejemplo, tambin pueden introducirse operaciones seleccionndolas primero con el ratn y pulsando despus sobre el punto del programa donde se desea colocar. Nota: Antes de dibujar el programa es conveniente crear una tabla de variables en la que se asocie una etiqueta a cada entrada, salida y variable que usemos inicialmente en nuestro programa. Sin embargo, en este primer ejemplo dibujaremos directamente el programa sin crear la tabla de variables (posteriormente veremos cmo crearla). En este

I0.0 Q0.0

I0.0 Q0.1

Instrucciones ms frecuentes Todas las instrucciones

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caso, el editor crea automticamente etiquetas para cada entrada/salida o variable que vayamos usando en el programa (con los nombres "Tag_1", "Tag_2", etc.), en una tabla que posteriormente podr ser modificada. En la figura siguiente se muestra el aspecto de la ventana con el programa ya introducido.

Paso 4. Carga del programa en el autmata. El programa se ha creado en el PC, y es necesario enviarlo a la memoria del autmata. Para ello es recomendable primero compilar el programa en el PC y, posteriormente, cargarlo en el autmata. Aunque en el men de la parte superior existen botones directos para compilar y cargar el programa, la primera vez que se compila y carga el programa de un proyecto es recomendable hacerlo como se indica a continuacin, para evitar errores de inconsistencias entre la configuracin del proyecto y las caractersticas del autmata concreto. Las cargas posteriores del programa del proyecto s pueden hacerse ms cmodamente desde los botones del men superior. Pulsaremos el botn derecho del ratn sobre la opcin del panel izquierdo correspondiente al autmata ("PLC_1 ... "), y seleccionamos la opcin "Compilar->Hardware y software (solo cambios)", como se muestra en la figura siguiente.

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Si no se ha producido ningn error, en la ventana inferior central aparecern mensajes indicando que el software y hardware se han compilado correctamente. A continuacin cargaremos el programa en el autmata, pulsando el botn derecho del ratn sobre la opcin del panel izquierdo correspondiente al autmata ("PLC_1..."), y seleccionando la opcin "Cargar en dispositivo->Hardware y software (solo cambios)". Aparecer una ventana nueva de "Carga avanzada", en la que debemos seleccionar el tipo de interfaz entre el ordenador y el autmata ("Tipo de interfaz PG/PC") y la tarjeta concreta que estemos utilizando en el ordenador ("Interfaz PG/PC"). Con la configuracin actual de los ordenadores del laboratorio, seleccionaremos las opciones que se muestran en la figura siguiente.

Opciones de conexin

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Pulsamos el botn "Iniciar bsqueda" y, despus de un tiempo, se muestra en la parte inferior el autmata encontrado, como se puede ver en la figura siguiente.

A continuacin pulsamos el botn "Cargar". Al iniciar la carga del programa es posible que se encuentre algn tipo de error. Por ejemplo, es frecuente que el autmata est en modo "Run" cuando queremos cargar el programa, y debera estar en modo "Stop". Si ocurre esto nos aparecer una ventana como la que se muestra a continuacin.

Autmata encontrado

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En esta ventana podemos elegir la accin "Parar todos" en el men de acciones del mensaje "Parar mdulos", para que se paren todos los mdulos activos del autmata y pueda cargarse nuestro programa (vase figura siguiente).

A continuacin pulsamos el botn "Cargar" y, si no hay ms errores, aparecer una ventana como la siguiente en la que se permite arrancar de nuevo los mdulos tras cargar, para poner en funcionamiento el programa en el autmata. Pulsamos el botn "Finalizar" y el autmata ejecutar el programa cargado. Paso 5. Comprobacin del funcionamiento del programa. Una vez puesto en marcha el programa se probar el funcionamiento del mismo desde el entrenador. Para ello se utilizarn:

Los interruptores, que actan como entradas activadas manualmente. Los leds indicativos de salidas activas o inactivas integrados en el autmata.

El funcionamiento debe ser el siguiente:

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Al mover el interruptor correspondiente a la entrada I0.0, la salida Q0.0 tomar los mismos valores que la entrada (se activa cuando se activa el interruptor) y la salida Q0.1 tomar los valores contrarios (se inactiva cuando se activa el interruptor).

El procedimiento de prueba de programas desde el entrenador ser siempre el mismo, mientras no se conecte el autmata a un sistema fsico. Cuando se prueben programas ms complejos ser necesario simular mediante los interruptores el funcionamiento de entradas cualesquiera (finales de carrera, sensores de proximidad sin contacto, botoneras, etc); y se deber interpretar el encendido o apagado de los leds como puesta en marcha o paro de salidas cualesquiera (motores, electrovlvulas, calentadores, etc).

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3. REPASO DE LOS ELEMENTOS DEL LENGUAJE KOP A UTILIZAR EN ESTA PRCTICA A. Elementos tipo contacto A continuacin se ejemplifica el funcionamiento de cada uno de estos elementos mediante un programa y el cronograma correspondiente (el cronograma muestra un ejemplo de variacin de los valores de las entradas en el tiempo y el correspondiente comportamiento de las salidas de acuerdo con el programa).

x

x

P

N

NOT

Contacto normalmente abierto: deja circular la corriente cuando la entrada o variable x est activa (valor 1)

Contacto normalmente cerrado: deja circular la corriente cuando la entrada o variable x est inactiva (valor 0)

Deteccin de flanco positivo: deja circular la corriente cuando se detecta un cambio de cero a uno.

Deteccin de flanco negativo: deja circular la corriente cuando se detecta un cambio de uno a cero.

Negacin: cambia el valor de la corriente de cero o uno o viceversa (de circular corriente a no circular o viceversa).

I0.0 I0.1

I0.0 NOT

I0.1 N

Q0.0

Q0.1

Q0.2

1 ciclo

I0.0

I0.1

Q0.0

Q0.1

Q0.2

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B. Elementos tipo bobina A continuacin se ejemplifica el funcionamiento de cada uno de estos elementos mediante un programa sencillo y el cronograma correspondiente.

Bobina de asignacin: la salida o variable x se activa si llega corriente y se inactiva si no llega corriente.

Set: cuando llega corriente se activan n bits a partir de la entrada o variable x. No se desactivan cuando deja de llegar corriente (su valor queda enclavado a uno).

Reset: cuando llega corriente se desactivan n bits a partir de la entrada o variable x. No se activan cuando deja de llegar corriente (su valor queda enclavado a cero).

x

x S n

x R n

I0.0 Q0.0

Q0.1 S 1

Q0.2 R 2

I0.0

Q0.0

Q0.1

Q0.2

Q0.3

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4. EJEMPLO 1: CONTROL DE UN MOTOR DESDE UN PANEL DE MANDO A continuacin se indican los elementos que constituyen el panel de mando del motor y las entradas y salidas del autmata a las que se encuentran conectados: Interruptor ON/OFF Entrada I0.0 ON = 24V, OFF = 0V Palanca giro positivo motor Entrada I0.1 MARCHA = 24V, PARO = 0V Palanca giro negativo motor Entrada I0.2 MARCHA = 24V, PARO = 0V Lmpara funcionamiento Salida Q0.0 0V = apagado, 24V = encendido Lmpara sentido positivo giro Salida Q0.1 0V = apagado, 24V = encendido Lmpara sentido negativo giro Salida Q0.2 0V = apagado, 24V = encendido El motor se conecta al autmata mediante dos contactores que lo conectan a la red de modo que gire en un sentido u otro, y que se comandan desde las salidas Q0.3 y Q0.4 del autmata, segn aparece en la siguiente tabla: Contactor giro positivo motor Salida Q0.3 24V = giro, 0V = paro Contactor giro negativo motor Salida Q0.4 24V = giro, 0V = paro

El funcionamiento del sistema debe ser el siguiente:

El interruptor ON/OFF pone en marcha o para el sistema y enciende o apaga la lmpara de funcionamiento.

Si el interruptor est en ON y se acta sobre la palanca de giro positivo, el motor gira a derechas y se activa la lmpara indicativa de ese sentido de giro.

Si el interruptor est en ON y se acta sobre la palanca de giro negativo, el motor gira a izquierdas y se activa la lmpara indicativa de ese sentido de giro.

Si, con el interruptor en ON, se acta sobre ambas palancas, el motor no girar en ningn sentido pero s se encendern las dos lmparas indicativas del sentido de giro.

El programa resuelto se muestra en la figura siguiente. Se pide: introducir en el autmata y probar su funcionamiento:

I0.0

I0.0

Q0.0

Q0.3 I0.1 I0.2

Q0.1

I0.0 Q0.4 I0.2 I0.1

Q0.2

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EJERCICIO 1: ADICIN DE UN SENSOR DE TEMPERATURA

Sobre el equipo anterior, se aade un sensor para medir la temperatura en el bobinado del motor. Cuando la temperatura sea excesiva, el motor debe detenerse y se debe encender un piloto en el panel de mando; una vez restablecida la temperatura normal se deber apagar el piloto y el motor continuar movindose. Las conexiones de sensor y piloto con el autmata se muestran en la tabla siguiente: Sensor temperatura Entrada I0.3 24V = temperatura OK, 0V = temperatura alta Piloto panel de mando Salida Q0.5 0V = apagado, 24V = encendido Se pide: modificar el programa anterior para que contemple estos nuevos elementos

y probar el resultado sobre el autmata. 5. EJEMPLO 2: CONTROL DE UN ASCENSOR CON DOS PISOS El grfico siguiente muestra esquemticamente los elementos sensores y actuadores presentes en el sistema:

LL

LL contrapeso

ascensor

botn subir

botn bajar

Final de carrera ascensor abajo

Final de carrera ascensor arriba

motor

SEGUNDA PLANTA

PRIMERA PLANTA

Llamada arriba

Llamada abajo

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Las conexiones de sensores y actuadores al autmata son las siguientes: Botn subir Entrada I0.0 pulsado = 24V, suelto = 0V Botn bajar Entrada I0.1 pulsado = 24V, suelto = 0V Llamada arriba Entrada I0.2 pulsado = 24V, suelto = 0V Llamada abajo Entrada I0.3 pulsado = 24V, suelto = 0V Final carrera ascensor arriba Entrada I0.4 contacto = 24V, no contacto = 0V Final carrera ascensor abajo Entrada I0.5 contacto = 24V, no contacto = 0V Contactor subida motor Salida Q0.0 24V = giro, 0V = paro Contactor bajada motor Salida Q0.1 24V = giro, 0V = paro El programa resuelto se muestra en la figura siguiente. Se pide: introducir en el autmata y probar su funcionamiento.

I0.4 Q0.0 R 1

I0.5 Q0.0 S 1

I0.2

I0.0

I0.5 Q0.1 R 1

I0.4 Q0.1 S 1

I0.3

I0.1

Si el ascensor est abajo y se pide que suba, se pone en marcha el motor de subida

Si el ascensor est arriba y se pide que baje, se pone en marcha el motor de bajada

Si el ascensor llega arriba, se detiene el motor de subida

Si el ascensor llega abajo, se detiene el motor de bajada

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EJERCICIO 2: PARADAS SUAVES PARA EL ASCENSOR Con el objeto de conseguir unas paradas ms suaves, se introducen dos nuevos sensores de fin de carrera, uno de ellos poco antes de que el ascensor alcance el piso superior y otro de ellos poco antes de que alcance el piso inferior. Adems se aade un contactor que cambia el modo de alimentacin del motor de tringulo (mayor tensin aplicada a los devanados) a estrella (menor tensin) para que en el ltimo tramo del recorrido el ascensor circule ms lentamente y de este modo la parada sea ms suave. Las conexiones de los nuevos sensores y el nuevo contactor con las entradas y salidas del autmata se muestran en la tabla siguiente: Final carrera ascensor casi arriba Entrada I0.6 contacto = 24V, no contacto = 0V Final carrera ascensor casi abajo Entrada I0.7 contacto = 24V, no contacto = 0V Contactor estrella-tringulo Salida Q0.2 24V = tringulo, 0V = estrella Se pide: modificar el programa anterior para que contemple estos nuevos elementos

y probar el resultado sobre el autmata. La representacin del ascensor con los dos nuevos sensores instalados se puede consultar en la figura siguiente:

LL

LL contrapeso

ascensor

botn subir

botn bajar

Final de carrera ascensor abajo

Final de carrera ascensor arriba

motor

SEGUNDA PLANTA

PRIMERA PLANTA

Llamada arriba

Llamada abajo

Final de carrera ascensor casi abajo

Final de carrera ascensor casi arriba

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EJERCICIO 3: CONTROL DE BARRERA DE GARAJE La figura siguiente muestra una barrera de entrada a un garaje que se desea automatizar:

Las conexiones de sensores y actuadores al autmata son las siguientes: Pulsador apertura barrera Entrada I0.0 pulsado = 24V, suelto = 0V Final carrera barrera abajo Entrada I0.1 contacto = 24V, no contacto = 0V Final carrera barrera arriba Entrada I0.2 contacto = 24V, no contacto = 0V Sensor paso vehculo Entrada I0.3 vehculo = 24V, no vehculo = 0V Contactor motor bajada barrera Salida Q0.0 24V = marcha, 0V = paro Contactor motor subida barrera Salida Q0.1 24V = marcha, 0V = paro El funcionamiento del sistema debe ser el siguiente: al apretar el pulsador, la barrera se levanta hasta llegar al punto ms alto (detectado por un final de carrera); cuando el vehculo ha atravesado la barrera (detectado por el sensor situado sobre el asfalto) la barrera se cierra hasta llegar al punto ms bajo (detectado por el otro final de carrera). Se pide: desarrollar el programa y probarlo sobre el autmata.

pulsador

final de carrera barrera arriba

final de carrera barrera abajo

motor barrera

sensor de paso de vehculo