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AUTÓMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL CONTROL REMOTO SUPERVISOR DE UNA COLUMNA DE PLATOS PARA DESTILACIÓN BINARIA

4- AUTÓMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL

a) – Arquitectura del API

Dentro de la familia de los autómatas industriales se distinguen varias gamas en función de las necesidades de la instalación en cuestión. En cada gama se incluyen una serie de dispositivos específicos que permiten ampliar las capacidades básicas del autómata.

La gama más baja se compone normalmente de relés programables, que se diferencian de los relés normales en que la lógica empleada es programable y no cableada, aunque en la mayoría de ocasiones se utilizan sistemas mixtos. En esta gama se pueden encontrar dispositivos con o sin interfaz de programación, programables en cualquier caso mediante terminal o PC y con un número de entradas y salidas (E/S) limitado, tanto en número como en características y prestaciones. En algunos casos pueden ser ampliadas ligeramente. Son adecuados para domótica, control básico de máquinas y motores e instalaciones sencillas.

Algunos fabricantes incluyen una gama con prestaciones algo mayores a los relés programables pero con muchas características comunes. Estos dispositivos ofrecen mayor versatilidad, disponen de algoritmos de cálculo básicos y en función del modelo, incluso lazos PID y bus de comunicaciones. Dependiendo del fabricante, el API puede incluir entradas y salidas en el mismo dispositivo o bien en módulos separados mediante los que se amplía su capacidad moderadamente. Se pueden utilizar en domótica de grandes instalaciones y edificios, control básico avanzado de máquinas como brazos robóticos o líneas de producción aisladas.

Por encima de la anterior, se sitúa la gama base para instalaciones industriales de cierta envergadura. La capacidad de cálculo de esta gama es muy superior, presenta grandes posibilidades de ampliación y sobre todo destaca la presencia de bus de comunicaciones de alta velocidad, el cual puede usarse para comunicarse con otros autómatas (trabajo en paralelo para aumentar la disponibilidad y la seguridad de operación), con sistemas externos (SCADA) o incluso directamente con algunos dispositivos de instrumentación. Dentro de esta gama se encuentra el API que es utilizado en este proyecto. Se emplean normalmente en el control de equipos, plantas completas o partes de una planta compleja en conjunción con sistemas SCADA o de control distribuido (Distributed Control Systems, DCS).

El tope de gama lo componen equipos similares a estos últimos que están más orientados hacia las comunicaciones y el control de los dispositivos de gamas inferiores. La capacidad de proceso es también superior y suele utilizarse para supervisar plantas complejas o para sistemas críticos, de alta disponibilidad y alta velocidad.

Como ejemplo, SIEMENS, uno de los fabricantes más reconocidos a nivel mundial divide una parte de su gama de productos de la siguiente manera:


Gama Nombre comercial - Relés programables LOGO! - APIs SIMATIC

o Gama baja S7 200 o Gama media S7 300 o Gama alta S7 400

*APIs compactos (Prestaciones similares a S7 300) S7 1200

Además de los anteriores, se incluyen una gran diversidad de productos orientados a aplicaciones específicas como puede ser la interconexión de redes, seguridad informática, registro remoto de datos y sistemas SCADA, los cuales son básicamente equipos informáticos diseñados para entornos de trabajo industriales.

Todos los anteriores son aparatos eléctricos y están diseñados para su instalación en armarios o cuadros de mando y por ello presentan unas características bastante uniformes en cuanto protección eléctrica y electromagnética, sujeciones, modularidad, refrigeración, etc. Cumplen una gran variedad de normativas al respecto ya que se comercializan en un gran número de países. Son dispositivos electrónicos de bajo consumo ya que no se incluyen dentro de la electrónica de potencia, para lo cual se utilizan dispositivos para aplicaciones específicas como pueden ser los variadores de velocidad o los arrancadores progresivos. Suelen funcionar con voltajes estandarizados de 5, 12, 24 ó 48 voltios, en corriente continua normalmente y bien estabilizada. Esto garantiza una mayor versatilidad y aumenta la vida útil del equipo pero tiene como inconveniente el que sean necesarios dispositivos adicionales como relés o contactores incluso para manejar cargas pequeñas, con el inconveniente añadido de que al tratarse estos últimos de dispositivos electromecánicos, requieren mayor mantenimiento y son más propensos a fallar. Algunos dispositivos disponen de relés internos con capacidad para alimentar cargas de hasta 5A y 230VAC, pero esto suele resultar insuficiente y más caro que disponer de actuadores externos.

La mayoría de equipos precisan de sus propias fuentes de alimentación, las cuales incluyen protecciones diversas como, por ejemplo, aislamiento galvánico, protección contra cortocircuitos y estabilizador de voltaje entre otras características útiles, lo que las convierte en una parte importante para el correcto funcionamiento de los mismos.

Una instalación típica constará de tres bloques funcionales que son la fuente de alimentación, la unidad central de procesamiento o CPU y las señales de entrada/salida que podrán estar integrados todos en el mismo dispositivo o en módulos separados. La fuente se encarga de proporcionar la alimentación eléctrica adecuada y suficiente tanto para la CPU como para el resto de módulos e incluso para los actuadores. La CPU realiza las funciones de cálculo, almacenamiento de datos y programas (en función de las distintas memorias disponibles), direccionamiento y comunicaciones (en los casos en que esta última característica esté incluida dentro de la misma CPU). Los módulos de E/S transmiten las señales eléctricas generadas en la instrumentación y los distintos dispositivos o en la CPU,

AUTÓMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL CONTROL REMOTO SUPERVISOR DE UNA COLUMNA DE PLATOS PARA DESTILACIÓN BINARIA aunque también los hay que realizan funciones especiales (lazos PID, puertos de comunicaciones, contaje, pesaje, etc.) que descargan a la CPU de dichas tareas, principalmente cuando se requiere una mayor velocidad de respuesta.

Las señales de E/S pueden ser de dos tipos: analógicas y digitales. Las señales analógicas son señales continuas (tensión, intensidad, resistencia) que pueden tomar cualquier valor, entre ciertos límites, y que serán transformados a valores digitales en función de la resolución del módulo en cuestión. Las señales digitales son señales binarias de tipo Todo o Nada y se utilizan en automática de eventos discretos.

En este proyecto, los tres bloques funcionales del autómata se corresponden con equipos individuales de la misma gama cuyas características se describen a continuación:

a) Fuente de alimentación (Figs. 4.1, 4.2 y Tabla 4.1)

Fuente SIEMENS PS 307 10 A, referencia 6ES7307-1KA00-0AA0

● Intensidad de salida hasta 10 A ● Tensión nominal de salida 24 VDC, estabilizada, a prueba de cortocircuitos y

marcha en vacío ● Acometida monofásica (tensión nominal de entrada 120/230 V c.a., 50/60 Hz) ● Separación eléctrica segura según NE 60 950 (aislamiento galvánico) ● Puede utilizarse como fuente de alimentación de carga

Figura 4.1 – Esquema de la fuente de alimentación PS 307 10 A


Figura 4.2 – Circuito interno de la fuente PS 307 10A

Tabla 4.1 – Datos técnicos de la fuente PS 307 10A


b) CPU (Fig. 4.3)

La CPU presenta las siguientes características principales:

Fabricante SIEMENS Serie SIMATIC S7 300 Modelo CPU 315-2DP Referencia 6ES7315-2AG10-0AB0 Alimentación 24VDC Consumo nominal 0,8 A Memoria de trabajo 128 KB Memoria de programas externa Máx. 4 MB Bastidores Máx. 4 Módulos E/S por bastidor 8 Interfaces de comunicaciones MPI y PROFIBUS DP

La arquitectura de funcionamiento de la CPU es la misma que la de los microcontroladores. Dispone de un procesador en el cual se realizan las diversas operaciones que se indican en la memoria de programas, por ciclos de reloj y en orden. La mayoría de las operaciones o instrucciones son comunes a las de otros procesadores (lectura, escritura, direccionamiento, operaciones en la unidad aritmético-lógica, etc.). Un oscilador interno (cristal de cuarzo, oscilador RC u otros) marca la duración del ciclo a través de la frecuencia o velocidad de operación (kHz, MHz).

Figura 4.3 – Esquema de la CPU 315-2DP


La última instrucción suele ser un salto a la primera, creando un bucle continuo que devuelve la CPU al inicio de la lista de instrucciones, completándose un ciclo de la CPU (puede incluir millones de ciclos de reloj). En la Figura 4.4 se esquematiza el funcionamiento de un API SIEMENS S7. En caso de que se produzca un error que impida que la CPU complete todas las operaciones, se dispone de un guardián del tiempo de ciclo denominado “watchdog”, el cual reinicia el ciclo de la CPU si aquellas no se han completado en un tiempo determinado. También dispone de memoria volátil y no volátil (los datos permanecen al cortar la alimentación) y la posibilidad de que algunos datos se escriban siempre en este segundo tipo, mediante el ajuste del parámetro de remanencia.

Figura 4.4 – Modo de funcionamiento de la CPU

La CPU dispone de un sistema operativo que se encarga de manera eficaz de realizar todas las tareas necesarias (arranque, lectura y escritura de las entradas y salidas, programa del usuario, reinicio del ciclo, etc.). Esto facilita mucho la tarea de programación, la cual se concentra casi exclusivamente en configurar el comportamiento del autómata en lugar de programarlo desde cero.

c) Módulos de E/S

La instalación dispone de cuatro tipos de módulos que se corresponden con los más usados como ya se comentó anteriormente. Se trata de módulos de entradas y salidas tanto analógicas como digitales. Asimismo, se dispone de un módulo de ampliación a otros bastidores, o módulo de interfaz, necesario en el caso de ampliaciones futuras.

Los módulos se colocan a continuación de la CPU, conectándose a la misma a través de un bus que se dispone en la parte trasera (Figura 4.5). Dicho bus va conectando cada módulo con el siguiente dentro de un mismo bastidor y a su vez a la CPU.


Figura 4.5 – Bus de conexión, módulo de entradas analógicas y bloque de contactos

Dentro de un módulo de E/S se encuentra insertado un bloque de contactos extraíble en el que se conectan cada uno de los terminales que transmiten las señales de E/S del autómata. Es extraíble para una mayor comodidad a la hora de realizar las conexiones. En el interior de la puerta de cierre de cada módulo se puede encontrar un esquema simple de conexionado del mismo (Figura 4.6).

Figura 4.6 – Detalle de un módulo de entradas analógicas SM 331 y cableado de termopares

En la configuración existente, ya indicada en el apartado de descripción de la instalación, se disponen los siguientes módulos:


Módulo Referencia Descripción Ubicación IM 360 360-3AA01-0AA0 Módulo de interfaz Bast. 0 – Slot 3 SM 322 322-1BL00-0AA0 Salidas digitales 32 x 24V DC 0,5A Bast. 0 – Slot 4 SM 321 321-1BL00-0AA0 Entradas digitales 32 x 24V DC Bast. 0 – Slot 5 SM 331 331-7KF02-0AB0 Entradas analógicas 8 x 12 bit Bast. 0 – Slot 6 SM 331 331-7KF02-0AB0 Entradas analógicas 8 x 12 bit Bast. 0 – Slot 7 SM 332 332-5HF00-0AB0 Salidas analógicas 8 x 12 bit No instalado

Módulo de interfaz: Hay un número máximo de módulos por bastidor por lo que para conectar más módulos se utilizan los módulos de ampliación. En el primer bastidor (Bastidor 0) se coloca justo a continuación de la CPU y se conecta posteriormente a través del bus mencionado. En el siguiente bastidor (Bastidor 1) se colocan los módulos a continuación del módulo de interfaz a través del mismo bus y ambos bastidores se conectan mediante un cable de comunicaciones entre los dos módulos de interfaz (ver Figura 4.7). Un tercer bastidor (Bastidor 2) se conectaría al módulo del Bastidor 1 y así sucesivamente. Al igual que existe limitación para el número de módulos por bastidor, existe otra limitación para el número máximo de módulos que pueden conectarse a una sola CPU, aunque estén dispuestos en varios bastidores, que viene dada por el número máximo de bastidores y por el número máximo de señales de E/S que soporta la CPU.

Figura 4.7 – Ejemplo de disposición de módulos E/S y módulos de interfaz en dos bastidores

Módulo IM 360

Se instala junto a la CPU y se conecta mediante un cable de enlace modelo 386, de 10 metros como máximo, al módulo IM 361.


Módulos de E/S digitales: Suelen utilizarse para recibir señales directas del operario o del proceso a través de contactos (pulsadores, interruptores, sensores de barrera, final de carrera, etc.) o para actuar sobre cargas (motores, iluminación, resistencias), señalización u otros dispositivos (arrancadores progresivos, variadores de frecuencia, etc.). Las entradas suelen conectarse directamente a los distintos dispositivos pero las salidas no soportan mucha potencia por lo que se necesitan actuadores intermedios como relés o contactores para manejar cargas. El cableado es bastante simple ya que sólo se necesita conectar el módulo con la fuente de alimentación (Figura 4.8) y de cada contacto sacar el conductor que se conecta directamente a los contactos de los mandos, a la bobina de los actuadores o a la señalización, teniendo siempre en cuenta las características eléctricas del módulo.

Módulo SM 321 DI 32 x DC 24 V (Fig. 4.8)

32 entradas, con separación galvánica en grupos de 16 Tensión nominal de entrada 24 VDC Adecuado para conmutadores y detectores de proximidad (BERO) a

2/3/4 hilos Longitud máxima del cable 600 m (1000 m con cable apantallado) Retardo de E/S entre 1,2 y 4,8 ms. Sin diagnóstico ni alarmas LED verde de estado (contacto cerrado) para cada una de las entradas

Figura 4.8 – Esquema de conexiones y de principio del módulo SM 321 DI 32xDC 24V


Módulo SM 322 (Fig. 4.9 y Tabla 4.2)

16 salidas, con separación galvánica en grupos de 8 Intensidad de salida 0,5 A Tensión nominal de carga 24 VDC Adecuado para electroválvulas, contactores de c.c. y lámparas de

señalización Longitud máxima del cable 600 m (1000 m con cable apantallado) Sin diagnóstico ni alarmas, LED verde de estado para cada salida

Figura 4.9 – Esquema de conexiones y de principio del módulo SM 322 DO 16xDC 24V/0,5 A

Tabla 4.2 – Datos técnicos del módulo SM 322; DO 16 x DC 24V/ 0,5 A


El módulo dispone de protección contra sobretensiones producidas por las bobinas. Sin embargo, es recomendable proteger (Figuras 4.10 y 4.11) los dispositivos conectados a las mismas en los casos siguientes: a) Si los circuitos de salida SIMATIC se pueden desconectar mediante

contactos (p.ej. contactos de relé) instalados adicionalmente b) Si las inductancias no se controlan por módulos SIMATIC

Figura 4.10 – Protección de bobinas DC mediante diodos

Figura 4.11 – Protección de bobinas AC mediante varistor o elemento RC

Módulos de E/S analógicas: Se emplean para obtener señales continuas del proceso y para manejar actuadores continuos. Los tipos de señales son cuatro, correspondiéndose con las magnitudes eléctricas de intensidad, resistencia y diferencia de potencial, que incluye tanto voltajes típicos como los generados por los termopares con compensación interna de la unión fría o compensación en módulo externo. Las señales se conectan por canales de dos o cuatro hilos, según el tipo de señal. Por ejemplo, el módulo SM-331 dispone de 8 entradas analógicas o canales, del 0 al 7, en el caso de utilizar termopares o de 4 entradas analógicas si se utilizan termorresistencias. En el lateral de cada módulo se disponen unos selectores que configuran el tipo de señal de cada par de canales. El cableado de estos módulos es más específico por lo que resulta muy recomendable leer atentamente los manuales de cada modelo y las guías de configuración para las distintas aplicaciones.


Módulos SM 331 AI 8 x 12 bit (ref. 7KF02)

8 entradas formando 4 grupos de canales Tipo de medición ajustable por grupo de canales

Tensión (Figura 4.12) Intensidad (Figura 4.13) Resistencia (Figura 4.14) Temperatura (Figura 4.15)

Resolución ajustable por grupo de canales (9/12/14 bits + signo) Selección del rango de medición discrecional por cada grupo de

canales Diagnóstico parametrizable y alarma de diagnóstico Supervisión de valores límite ajustable para 2 canales Alarma de proceso ajustable al rebasarse el valor límite Con separación galvánica frente a la CPU y a la tensión de carga (no en

2DMU)

Figura 4.12 – Conexionado para medición de tensión SM 331

Figura 4.13 – Conexionado para medición de intensidad SM 331


Figura 4.14 – Conexionado para medición de resistencias o termorresistencias SM 331

Figura 4.15 – Conexionado para medición de medición de termopares con compensación

externa (si se utiliza compensación interna hay que puentear Comp+ y MANA) SM 331

Módulo SM 332 AO 8 x 12 bit

8 salidas en un grupo Las salidas se pueden seleccionar por cada canal como se indica a

continuación: Salida de tensión (Figura 4.16) Salida de intensidad (Figura 4.17)

Resolución 12 bits Diagnóstico parametrizable y alarma de diagnóstico Alarma de diagnóstico parametrizable


Con separación galvánica respecto a la conexión del bus posterior y a la tensión de carga Este módulo no se encuentra aún instalado pero en el futuro se puede utilizar para generar la señal de salida que controle, por ejemplo, el grado de abertura de una válvula o la velocidad de una bomba (a través de un variador de frecuencia) para una operación en continuo. La Figura 4.17 muestra:

La conexión a 2 hilos sin compensación de las resistencias de potencia y

La conexión a 4 hilos con compensación de las resistencias de potencia

Figura 4.16 – Conexionado para salida de tensión

Figura 4.17 – Conexionado para salida de intensidad


b) – Configuración

La configuración se realiza a través del programa HWConfig incluido en el paquete de programación SIEMENS STEP 7. Para ello, hay que especificar el esquema de instalación (bastidores, ranuras o slots, etc.) y los parámetros ajustables de cada uno de los módulos, así como las comunicaciones. Además de estos parámetros, se pueden ajustar algunos pertenecientes a la CPU que se explicarán a continuación.

El esquema de instalación se configura arrastrando cada uno de los dispositivos físicos de una lista desplegable a su posición dentro del bastidor, reproduciendo la disposición real de los módulos. En la Figura 4.18 se puede ver la disposición utilizada en este proyecto. Dependiendo del tipo de módulo, así será su parametrización según las características disponibles.

Figura 4.18 – Disposición de módulos en HWConfig

Los módulos de E/S digitales sólo requieren que se asigne la dirección interna de cada contacto (Direcciones E/S en la Figura 4.18 a las que se hará referencia durante la programación del API) mientras que para módulos analógicos también hay que configurar el tipo de señal, las alarmas de proceso y diagnóstico. A este respecto, los dos únicos módulos analógicos configurados en este proyecto presentan la configuración mostrada en la Figura 4.19, similar en ambos salvo que en el módulo situado en el Slot 7 están activadas solamente las entradas “0-1”. Esto se debe a que, como ya se indicó en la descripción de la instalación, este módulo sólo dispone de una señal de entrada (la señal de entrada 0 ya que la señal de entrada 1 está puenteada para evitar que dispare las alarmas), correspondiente a la temperatura del precalentador TPR. Para configurar dichos módulos se ha hecho uso de las guías específicas de termopares para el módulo SM 331.

Las comunicaciones se configuran dentro de las propiedades de la CPU o bien a través del programa NetPRO. La CPU 315-2DP dispone de dos puertos de comunicaciones

AUTÓMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL CONTROL REMOTO SUPERVISOR DE UNA COLUMNA DE PLATOS PARA DESTILACIÓN BINARIA basados en el protocolo RS-485: el puerto MPI y el puerto PROFIBUS DP. Están configurados de la manera siguiente:

- Puerto MPI o Dirección de la CPU: 1 o Dirección del terminal PG/PC: 2 o Velocidad: 19,2 Kbit/s

- Puerto PROFIBUS DP

o Dirección de la CPU: 1 (Maestro) o Dirección del terminal PG/PC: 2 o Velocidad: 12 Mbit/s

Figura 4.19 – Configuración del módulo SM 331 ubicado en el Slot 6

La configuración de la CPU dispone de varios parámetros específicos, algunos de los cuales se describen a continuación:

- Tiempo de vigilancia del ciclo: el tiempo de ciclo es el tiempo que el sistema operativo necesita para ejecutar el programa cíclico, así como todas las partes del programa que interrumpen dicho ciclo y las actividades del sistema. Se puede modificar el tiempo de vigilancia del ciclo preajustado. Transcurrido el mismo, la CPU pasa a STOP o se llama al OB 80, en el cual puede definirse cómo debe reaccionar la CPU.

- Ciclo / Marca de ciclo: es una marca que modifica su estado binario periódicamente con un ciclo de trabajo de 1:1 (está en cada estado el mismo tiempo). Las marcas de ciclo se pueden utilizar en el programa de usuario, por ejemplo, para controlar avisadores luminosos con luz intermitente o para iniciar procesos que se repitan periódicamente. El byte de marca se compone de ocho bits, cada uno de los cuales tiene su propia frecuencia.


- Remanencia: se puede ajustar la remanencia de marcas, temporizadores, contadores y áreas en los bloques de datos para impedir la pérdida de datos al producirse un corte de tensión. Al regresar la tensión, se efectúa un "rearranque completo automático con memoria".

- Alarmas: además del programa principal, la CPU dispone de diversos bloques que se ejecutan cuando sucede algún evento concreto. También se pueden programar alarmas en una hora concreta o alarmas cíclicas cuya frecuencia se puede modificar, además de cambiar la prioridad de las mismas.

- Reloj: la CPU dispone de un reloj interno que puede ser sincronizado (esclavo) con otros dispositivos (APIs, ordenadores, etc.) configurados como “maestro” de tiempo.

- Protección: el código del programa se puede proteger mediante contraseña para evitar modificaciones accidentales o para proteger la propiedad intelectual del mismo. Así mismo, la CPU puede trabajar en modo proceso y en modo test. La diferencia entre ambos es la posibilidad de modificar o forzar parámetros y señales de E/S para realizar pruebas de funcionamiento en modo test (no hay tiempo de vigilancia de ciclo).

Una vez configurados todos los parámetros, se guarda la configuración y se carga en el autómata, con lo que estará listo para comenzar a programar.

c) – Programación

Como ya se ha comentado, el API dispone de un sistema operativo que se encarga de todas las tareas básicas, dejando al programador la tarea de crear el código para la aplicación concreta. Para ello, SIEMENS ofrece STEP 7, un entorno de programación de bajo nivel que incluye otras herramientas más avanzadas (p.ej. S7-SCL, S7-GRAPH). El lenguaje de programación básico en STEP 7 puede ser de tres tipos: AWL (STL), KOP (LAD) o FUP (FDB).

El lenguaje AWL es una lista de instrucciones similar a otros lenguajes de programación como puede ser el ensamblador. Es el más potente de los tres, el que menos memoria ocupa y el más rápido en ejecutarse. El lenguaje KOP es un esquema de contactos eléctricos y el FUP es un esquema lógico utilizando bloques o funciones lógicas. Los dos últimos son más fáciles de utilizar y más intuitivos pero menos eficaces en muchos casos. En la Figura 4.20 se puede observar un ejemplo en los tres lenguajes (para que la salida 4.0 se active tiene que estar activada la entrada 0.0 o bien la entrada 0.1).

Figura 4.20 – Ejemplo de código en lenguajes AWL, KOP y FUP


El código se introduce en los diversos bloques de los que dispone la CPU y que son los siguientes:

- Bloques de organización (OB): son los bloques en los que se escribe el programa principal. Empezando por el OB1, que se ejecuta en cada ciclo, hay muchos otros que se ejecutan en determinadas condiciones. Se pueden utilizar para responder a alarmas de proceso, alarmas horarias o fallos en el cableado, entre otras tareas. Desde estos bloques se puede llamar a funciones, bloques de función o ejecutar directamente en ellos el código. Al igual que los bloques de función y las funciones, se dividen en segmentos que no son más que separaciones visuales para facilitar la comprensión y estructurar el código.

- Bloques de función del sistema (SFB · SFC): estos son bloques que contienen funciones del sistema para tareas comunes como lectura de la fecha, comunicaciones, operaciones de memoria, etc.

- Funciones (FC): se corresponde con el concepto de función empleada en otros lenguajes. Puede tener variables de entrada/salida y variables internas.

- Bloques de función (FB): son bloques que utiliza el programador para estructurar el código. Se diferencian de las funciones en que los FB están siempre asociados a un bloque de datos DB, de manera que pueden intercambiar una gran cantidad de información con el resto del programa directamente o con el siguiente ciclo.

- Bloques de datos (DB): son estructuras que almacenan variables de varios tipos. Pueden contener datos globales o datos de instancia, es decir, datos que puedan ser modificados por cualquier parte del programa o datos que están asociados a un bloque de función. Otra forma de intercambiar datos es a través de las denominadas “marcas” (M 1.0, MW 3), pero presentan como inconveniente que su número es bastante reducido y que no se encuentran organizadas.

Además de los bloques anteriores, otro elemento que resulta útil es la “Tabla de Variables”. En ellas se añaden variables que son utilizadas dentro del programa, así como entradas y salidas de módulos. Cuando el autómata está funcionando en modo test o si usamos el simulador PLCSIM incluido en STEP 7, es posible ver el estado de las mismas y forzar sus valores para comprobar el funcionamiento antes de la puesta en marcha definitiva.

Hay una gran variedad de tipos de variables en STEP 7: binarios, decimales, hexadecimales, enteros de 16 ó 32 bits, números reales, tiempo… Es recomendable conocerlos todos y saber cómo elegir el adecuado en cada momento, ya que la memoria de la que disponen estos autómatas es bastante limitada en comparación a un ordenador personal y cuanto más optimizado esté el código, mejor funcionará el API.

A este respecto, resulta interesante comentar el caso de los módulos de E/S analógica. Lo que sigue está referido a los módulos de entrada ya que los módulos de salida presentan un comportamiento similar. Dichos módulos reciben una señal continua cuyo valor digitalizan en formato binario y es ese valor el que se transmite a la CPU. En ese paso existe una pérdida de información que dependerá de la codificación utilizada, pero normalmente es

AUTÓMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL CONTROL REMOTO SUPERVISOR DE UNA COLUMNA DE PLATOS PARA DESTILACIÓN BINARIA lo bastante precisa como para que dicha pérdida no afecte significativamente al resultado final de la conversión (p.ej. una pérdida de las milésimas de grado en la lectura de un termopar tipo K es prácticamente insignificante ya que la sensibilidad es de décimas o centésimas de grado en el caso más extremo). Posteriormente, el valor digital tendrá que ser adaptado en función del instrumento de medida, lo cual se hace seleccionando en la parametrización del módulo el tipo de entrada utilizada. El valor resultante habrá de ser adaptado a las unidades de medida.

En el caso de las entradas de termopar tipo K de la Figura 4.20, se eligió la entrada TC-IL (“thermocouple”, compensación interna de la unión fría, interpolación lineal). Esto provoca que el valor disponible desde la CPU esté adaptado al rango en el que funcionaría un termopar K ideal, es decir, el valor es proporcional a la temperatura medida. Para poder representar la temperatura correctamente se ha de proceder a convertir el valor al formato adecuado y, adicionalmente, calibrar el termopar. El código utilizado ha sido el siguiente:

FC 2 //Función de conversión de valores … L #RawValue; //Cargar el valor de la entrada, entero decimal codificado en binario ITD ; //Convierte el valor de ENTERO a DOUBLE DTR ; //para poder convertirlo de DOUBLE a REAL L #Factor; *R ; //y así poder multiplicarlo por el factor de conversión que es REAL L #Offset; +R ; //Suma la elevación del cero T #MeasuredValue; //Escribe en la variable de salida la temperatura ya convertida …

//En este caso se trata del termopar T1 conectado en la entrada PEW 288 del SM331 Slot 6, cuyo valor se ha //almacenado previamente en el DB2, al igual que el resto de entradas para las cuales se repetirá la llamada a FC 2 //Canal 0 : Termopar tipo K CALL FC 2 ( //Se llama a la función con cada termopar y parámetros distintos

RawValue := DB2.DBW 0, //Valor almacenado en el DB2 Factor := 1.000000e-001, //El factor de conversión es dividir por 10, precisión de 0’1ºC Offset := 0.000000e+000, //Elevación del cero OverFlow := 16221, //Exceso de medida por encima de 1622ºC termopar tipo K OverRange := 13730, //Fin de la zona lineal por encima de 1373ºC termopar tipo K UnderRange := -2701, //Fin de la zona lineal por debajo de -270ºC termopar tipo K UnderFlow := -2701, //Defecto de medida por debajo de -270ºC termopar tipo K MeasuredValue := DB3.DBD 0, //El valor ya convertido se almacena en el DB3 Status := MW 10); //Indicador de estado de la zona en la que está el termopar

Si es necesario calibrar un termopar, hay que modificar en el código los valores “Factor” y “Offset” correspondientes al termopar en cuestión. Esto no cambiará la señal de entrada ni las alarmas parametrizadas en el módulo, pero el valor de temperatura que se utilizará para representación y cálculos dentro del autómata sí se verá afectado.

La biblioteca de STEP 7 dispone de un gran número de funciones ya programadas que resultan de gran utilidad y facilitan la tarea en gran medida, ya que pueden utilizarse con los tres lenguajes, permitiendo realizar configuraciones bastante complejas en pocos minutos con sólo arrastrar y soltar. Cuando se requiere una función para una aplicación específica, se puede recurrir a los diversos ejemplos que incluye la ayuda y adaptarlos a las distintas necesidades. Esto garantiza que el código esté optimizado y no se añadan órdenes redundantes.

Una aplicación concreta que muestra lo anterior y que, además, sirve para ilustrar el uso de las salidas digitales, es el funcionamiento del temporizador de conexión y desconexión

AUTÓMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL CONTROL REMOTO SUPERVISOR DE UNA COLUMNA DE PLATOS PARA DESTILACIÓN BINARIA del electroimán de reflujo. El principio del mismo es generar una serie de ciclos con una pausa mínima de un segundo en cada posición. En la biblioteca de STEP 7 existe una función que genera pulsos de duración variable y con duración mínima de pausas en cada estado. El inconveniente principal es que trabaja con señales en porcentajes para control de motores mediante PWM (una señal de 30% significa que estará encendida el 30% del ciclo y apagada el 70% restante más las pausas). Dicha señal apenas guarda una relación conceptual con el objeto del electroimán: controlar la relación de reflujo.

Por ese motivo, se diseñó una función similar que, partiendo de una relación de reflujo dada, obtuviera dos valores de temporización, encendido y apagado, correspondientes a los periodos de operación del electroimán.

Relación de reflujo Tiempo encendido Tiempo apagado 0,01 1min40s 1s 0,1 10s 1s 1 1s 1s

10 1s 10s 100 1s 1min40s

Estos dos valores se utilizan en una función que controla el estado del electroimán a través de la salida 4.0 del módulo SM322 Slot 4. Se compone de un control de marcha/paro con un indicador de marcha y dos temporizadores (todos incluidos en un DB) que se suceden en un bucle infinito una vez puesto en marcha. Al accionar la parada se reinician ambos temporizadores y se desactiva la salida del electroimán en caso de estar activada. El código es el siguiente:

U "Datos Reflujo".Marcha_Reflujo; //Si se pone en marcha UN "Datos Reflujo".Reflujo_ON; //y no está encendido FR "TIEMPO_ENCENDIDO"; //Reinicia los temporizadores FR "TIEMPO_APAGADO"; S "Datos Reflujo".Reflujo_ON; //Activa la señal de encendido S "Datos Reflujo".Electroiman_ON; //Activa la marca de electroimán encendido S "Salida Electroiman"; //Activa el electroimán U "Salida Electroiman"; //Si está activo L "Datos GLOBALES".T_ON; //Carga el tiempo de encendido SE "TIEMPO_ENCENDIDO"; //Arranca el temporizador de encendido U "TIEMPO_ENCENDIDO"; //Cuando finalice el mismo R "Salida Electroiman"; //Desactiva el electroimán R "Datos Reflujo".Electroiman_ON; S "Datos Reflujo".Electroiman_OFF; //Activa la marca de electroimán apagado U "Datos Reflujo".Electroiman_OFF; L "Datos GLOBALES".T_OFF; //Carga el tiempo de apagado SE "TIEMPO_APAGADO"; //Arranca el temporizador de apagado U "TIEMPO_APAGADO"; //Cuando finalice el mismo R "Datos Reflujo".Electroiman_OFF; //Desactiva la señal de electroimán apagado S "Salida Electroiman"; //Activa el electroimán S "Datos Reflujo".Electroiman_ON; … U "Datos Reflujo".Parada_Reflujo; //Si se pulsa la parada R "Salida Electroiman"; //Desactiva el electroimán R "Datos Reflujo".Electroiman_ON; //Desactiva la marca de electroimán encendido R "Datos Reflujo".Electroiman_OFF; //Desactiva la señal de electroimán apagado R "Datos Reflujo".Reflujo_ON; //Desactiva la señal de encendido FR "TIEMPO_ENCENDIDO"; //Reinicia los temporizadores FR "TIEMPO_APAGADO";


Se utilizan marcas para conocer el estado del electroimán en lugar de utilizar directamente el estado de las salidas. Es una manera de evitar que un cero en la salida sea interpretado como electroimán en reflujo total y ponga en marcha el contador de encendido cuando no está en marcha el reflujo.

Los pasos que hay que seguir para arrancar el API son los siguientes:

1- Colocar el seccionador del cuadro de control de bombas en posición ON

2- Comprobar las protecciones del cuadro del API y poner el selector de la fuente de alimentación en posición ON

3- Revisar los indicadores de la fuente y asegurarse de que ninguno está en rojo

4- Poner el selector del API en posición RUN

5- Revisar los indicadores del API y de los módulos asegurándose de que ninguno está en rojo, salvo el del módulo IM 360 si no está conectado a otros bastidores

6- Poner el selector de modo de operación en posición REMOTO

Para realizar una parada los pasos son:

1- Poner el selector de modo de operación en modo MANUAL

2- Poner el selector del API en STOP

3- Poner el selector de la fuente en OFF

4- Colocar el seccionador del cuadro de control de bombas en posición OFF

El control del autómata se realiza a través del ordenador personal situado en la planta baja. Dicho control incluye la lectura de temperaturas, el manejo de la temporización del electroimán y control de relación de reflujo, así como un lazo PID para controlar la composición del destilado variando automáticamente la relación de reflujo. Se describe con más detalle en el manual de operación incluido en el Anexo II.

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