1

Automatización Industrial

VerificaVerifica

• • Programar autómatas programables utilizando algunos de los lenguajes del estándar

IEC61131,

• Ser capaz de analizar y diagnosticar problemas y de comprender las particularidades de la

programación en tiempo real y las consecuencias que ello tiene de cara a la programación.

• • Diseñar sistemas de control lógicos para procesos industriales utilizando las

herramientas GEMMA/GRAFCET

1

herramientas GEMMA/GRAFCET.

• • Diseñar automatismos con componentes neumáticos y eléctricos.

Prácticas de la asignatura

15 horas (1 hora semanal ) laboratorio (lunes 12:00, martes 13:00, miércoles 13:00)15 horas (1 hora semanal ) laboratorio (lunes 12:00, martes 13:00, miércoles 13:00)

15 horas de aula (A1martes 9:00, A2martes 11:00)

Evaluación:

mínimo 4.0 (40% de la nota de prácticas) para compensar con el resto de la asignatura

40% examen revisión de las prácticas y problemas

2

40% examen-revisión de las prácticas y problemas

60% trabajo de programación grafcet-gemma

2

1. Introducción al control basado en autómatas programables

• Automatización industrial

• Procesos continuos y discretos

• Tipos de sistemas de control

3

• El autómata programable: funcionamiento

cíclico y tiempo de respuesta

Automátización industrial

4

3

• ¿Qué es automatizar?

• Automatizar. Utilización de equipos y técnicas para el gobierno de un proceso industrial de forma que el sistema funcione con poca o ninguna intervenciónsistema funcione con poca o ninguna intervención humana.

• Automatización. Sustitución del operador humano por un operador artificial en tareas físicas o mentales.

• Automatismo, sistema de control. Dispositivo o

5

conjunto de equipos mediante el cual un aparato o sistema adquiere un carácter automático.

• Control. Manipulación de un sistema llamado planta mediante otro denominado sistema de control.

6

4

Elementos de un Sistema de control en lazo cerrado

ENERGÍA

CONTROLADOR PLANTAACTUADORES

SENSORES

Comportamiento deseado salida

-

7

ELEMENTOS DE SEÑAL(parte de control)

ELEMENTOS DE POTENCIA(parte operativa)

Elementos de un sistema de control

• Planta. Proceso o sistema a controlar.

• Controlador o unidad de control (cabeza). Decide las ( )acciones a realizar para conseguir el funcionamiento automático y trabaja con señales de baja potencia.

• Accionamientos (músculos). Reciben las señales de baja potencia del controlador y las transforma en señales de alta potencia, aptas para accionar la planta.

8

• Sensores. Convierten las magnitudes físicas de la planta en señales (normalmente eléctricas) para ser leídas por el controlador.

5

Procesos continuos

Planta

9

Sistema de control

Planta

¿Cómo son las plantas a controlar?

• Planta (parte operativa)Planta industrial, sistema de fabricación que transforma material en bruto en mercadería de calidad mediante la utilización de trabajo, energía y equipamientos adecuados.

• Tipos de plantas

Procesos de flujo continuo (procesos continuos). El proceso de fabricación mantiene un flujo continuo de materiales. Ej: plantas químicas, textiles, refinerías de petróleo, industria del plástico etc Dominan las operaciones con magnitudes continuas y

10

plástico, etc. Dominan las operaciones con magnitudes continuas y elementos de control analógicos.

o Variables continuas en sus valores (analógicas)

o Variables que cambian continuamente en el tiempo

6

Regulador analógico Regulador de Watt

11

Utilizaban todo tipo de tecnologías (mecánica, neumática, eléctrica…) en desuso, salvo en aparatos sencillos (cisterna) o incluidos en el propio diseño del aparato (control pasivo)

Regulador digital (numérico)

Altura (metros)

Las variables son continuas y analógicas pero el regulador

AutómataProg. (PID)A/D D/A tiempo

AperturaVálvula %

tiempo

12

Las variables son continuas y analógicas pero el regulador no lo es. El regulador es un dispositivo electrónico basado en una lógica binaria y que va adquiriendo los datos a base de muestrear las variables continuas del sistema. Los convertidores A/D y D/A se encargan de transformar las variables analógicas a señales procesables por el regulador.

7

Procesos discretos

ROBOT 1 Cinta 2ROBOT 1

sensor 1

sensor 2

sensor 3

13

Célula robotizada. Señales todo/nada

ROBOT 2 Cinta 2

¿Cómo son las plantas a controlar?

Procesos discretos. El proceso de fabricación se basa en operaciones que se realizan en instantes discretos de tiempo (eventos) Dominan los procesos discretosde tiempo (eventos). Dominan los procesos discretos con magnitudes lógicas y elementos de control todo/nada. Ej: industria del automóvil, electrónica, electrodomésticos, etc.

o Variables discretas en sus valores (lógicas)

14

o Variables que cambian discretamente en el tiempo (eventos)

8

¿Qué es físicamente un controlador?

•Un circuito electrónico (analógico o digital con sus puertasló i fli fl i )lógicas, sus flip-flops, sus memorias…)

•Un ordenador con un programa de control

•Un autómata programable

•Un sistema mecánico (cisterna)

•Un circuito eléctrico, el propio cableado implementa lalógica (relés contactores)

15

lógica (relés,contactores)

•Un sistema neumático (donde las válvulas implementan la lógica)

•…etc.

Automatismo mecánico (analógico)

16

9

Lógica cableada

17

Lógica programada

18

10

Automatismo electroneumático

19

El autómata programable

Autómata programable o PLC (programming logicp g (p g g gcomputer):Equipo electrónico de control con hardware independientede la aplicación, capacidad de conexión directa a lasseñales de campo y programable por el usuario.

•Hardware independiente de la aplicación.

20

•Hardware flexible•Lógica programable: microprocesadores•entradas y salidas•programa

11

as s

MemoriaROM

Fuente de li t ió

El autómata programable: arquitectura interna

bus interno

Inte

rfaz

ent

rada

Inte

rfaz

sal

idasROMalimentación

CPU MemoriasRAM

ALU

entr

adas

salid

as

CPUALU

21

Estructura física interna del autómata programable. Componentes de su hardware.

manomano

Funcionamiento en

2.Control en tiempo real con un autómata programable

PROGRAMA

grifo

vistaNivel aguaen vaso

grifo

vistaNivel aguaen vaso

Funcionamiento en tiempo real

¡¡Pero con un equipo basado en

22

MICRO-P

grifo

Nivel aguaen vaso

equipo basado en lógica binaria, y en

programas ejecutados

secuencialmente!!

12

Solución: Ejecución cíclica del programa

PROGRAMA

MICRO-P

grifo

h= altura líquidoSi h > hmax

Then grifo=0Elsegrifo =1end

comprobaciones

Lectura entradas

Ejecución programa Ciclo de

Nivel aguaen vaso

end

23

Ejecución programa

Escritura salidas

Servicio periféricos

funcionamiento del autómata

Ciclo de funcionamiento

tensión

Comprobación hardware

Borrado de variables internas

INICIALIZACIÓN

Borrado de variables internas

Puesta a cero del “watchdog”

Comprobación conexiones y memoria

Correcto?NO

OP

ER

AC

IÓN

e

scan

)

COMPROBACIONES CÍCLICAS

24

Lectura interfaz entrada

Ejecución programa

escritura interfaz salida

Servicio periféricos

error

CIC

LO D

E O

(cic

lo d

e

EJECUCIÓN PROGRAMA

13

tensión

Comprobación hardware Bus, nivel batería, conexión memorias.

Borrado de variables internasPone a cero variable

internas excepto las protegidas por

batería,borra memoria imagen.

Inicialización de la

25

memoria

Inicialización: menos de 1 segundo, sólo se realiza al aplicar tensión

Puesta a cero del “watchdog”

Reloj de guarda, comprueba que el ciclode funcionamiento no excede un valor

tope

Comprobación conexiones y memoria

Conexiones de niveles tensiones dealimentación, checksum, estructuras salto

correctas, códigos de instrucciones...

SC

AN

26

, g

Procesos comunes del ciclo de scan: 1-2 ms

14

Acceso interfaces entrada y salida: ~5ms en total

Lectura intefaz entradaEl tiempo de ejecución depende del

númerode entradas y salidas, de la longitud del

programa y del tipo de CPU:gama alta 4-80 s/instrucción

gama baja 0,4-2,4 s/instrucción SC

AN

Ejecución programa

escritura interfaz salida

27Ejecución programa dentro del ciclo de scan

Servicio periféricos Unidad de programación, impresorasservidores de comunicaciones…

tiempo : ~1-2ms

Memoria imagen de entradas/salidas

•Almacena las últimas señales leídas en las entradas, actualizándose tras cada ejecución completa del programa

•Mientras dura la ejecución del programa, los estados de lasMientras dura la ejecución del programa, los estados de las señales de entrada considerados no son los actuales de la planta, sino los presentes en la memoria imagen leídos en el ciclo anterior

•Los resultados obtenidos durante la ejecución no se llevan directamente a la interfaz de salida, sino a la memoria imagen

28

imagen.

Escritura salidas / lectura entradastiempo

15

Ciclo de lectura/escritura de entradas y salidas

Imagen I

Imagen Q

29

Tiempo de ejecución del ciclo de scan (TSCAN): Tcomprobaciones +T lectura e/s + Tprograma+T periféricos

Tiempo de respuesta: el que transcurre desde que uncambio en una señal de la planta es acusado poruna variable de mando.

Tiempo de respuesta máximo= TSCAN+2* TE/S

30

TE/S = retardo introducido por las interfaces e/s (filtros,codificadores, relés, etc)

16

Retardo introducido por las interfaces de entrada (TE/S)

filtros:

Señal original

t0t0

Señal filtrada

0

1

0

1

t

31

Señal original Señal filtrada

Las entradas suelen incluir filtros que evitan el ruido pero retardan la señal

Retardos típicos de interfaces de salida (TE/S )

• ENTRADAS

continua alterna

5-10ms 15-30ms

• SALIDAS

relé transistor triac

OFF-ON 5-10ms 0,5-2ms 1-10ms

ON-OFF 5-20ms 1-2ms 11-12ms

32

ON OFF 5 20ms 1 2ms 11 12ms

• Si además se usan señales analógicas hay que tener en cuenta el tiempo de conversión analógico/digital y digital/analógico

17

Momento del ciclo en que se produce la señalscan

lectura e/s

Señal planta

Señal detectadapor interfaz e.

Memoria entradas

TE

Ejecución programa

33

entradas

Memoria salidas

Interfaz s.

TS

TE +TS+TSCAN = Tiempo respuesta mínimo

Momento del ciclo en que se produce la señalscan

lectura e/s

Señal planta

Señal detectada

por interfaz e.

Memoria t d

TE

Ejecución programa

34

entradas

Memoria salidas

Interfaz s.

TS

TE +TS+TSCAN+ TSCAN = Tiempo respuesta máximo

18

Tiempo de respuesta: ejemplo

• tiempo de scan: TDIAG+Tlectura e/s + TPROG+TPERIF

TSCAN 2ms + 5ms+20ms+1ms =28ms (programa de 200 instrucciones a 100s/inst)(programa de 200 instrucciones a 100s/inst)

• retardo introducido por las interfaces e/s: filtros

TE 10ms (CC) Ts 20ms (relé)

• momento del ciclo en que se realiza la señal:

T respuesta máximo = TE+TS+2TSCAN = 86ms 11,6Hz

35

respuesta máximo E S SCAN ,

En este ejemplo si alguna señal del sistema maneja frecuencias mayores de 12Hz (necesita tiempos de respuesta menores que 86ms) no se puede controlar el proceso en tiempo real con este autómata

Los autómatas que tenemos tienen entradas de CC de 24 V y

3. Conexiones

Los autómatas que tenemos tienen entradas de CC de 24 V y salidas a relé, excepto los Twido que tienen salidas a colector abierto (salidas estáticas).

Salidas a relé

Contactos

•Aisladas éléctricamente•robustas

•lentas

COM común salidas

Q0 salida ceromicro

Bobina relé

Contactosrelé

•lentas

Al activarse por programa la salida cero se activa el relé y se cierran los contactos

19

• P1.3 Conexiones

Introducción al autómata programable

Salidas estáticas a colector abierto

COM ú lid

Q0 salida ceromicro

Diodo LED(aislamiento

óptico)

•No sisladas éléctricamente•frágiles•rápidas

COM común salidas

transistor

Al activarse por programa la variable salida cero se activa el transistor y el diodo led que activa el transistor de salida y se cierra entre E0 y COM.

Transistorsalida

• P1.3 Conexiones

Introducción al autómata programable

Salidas en general

COM ú lid

Q0 salida ceromicro

COM común salidas

Sea como sea la salida, lo que tengo en definitiva es dos contactos que pueden estar desconectados o conectados, a ellos conecto mis elementos (motor,

bobina, robot….), yo debo proporcionar la fuente de alimentación.

20

• P1.3 Conexiones

Introducción al autómata programable

Entradas, de corriente continua

I0 entrada ceromicro

Al hacer pasar corriente entre I0 y COM se activa el diodo que activa el transistor interno y cambia el estado de la variaable entrada0 enel micro.

COM común entradas

• P1.3 Conexiones: alimentación de entradas y salidas

Introducción al autómata programable

I0

microI1I2

Q0

Q1Q2

24 Vcc

Tengo que añadir fuentes de corriente 24Vcc para activar entradas y salidas. Los autómatas disponenen de fuentes que pueden usarse para ello (sólo para

salidas de baja potencia)

COM (-) COM (-)

Q0 24 Vcc

21

• P1.3 Conexiones: alimentación de entradas y salidas

Introducción al autómata programable

I0

microI1I2

Q0

Q1Q2

24 Vcc

MUCHO CUIDADO con poner todas las entradas y salidas QUE COMPARTEN UN COMÚN A LA MISMA POLARIDAD (o se quema la fuente de

alimentación)

COM (-) COM (-)

Q0 24 Vcc

4.Lenguajes del estándar IEC61131

Estándar IEC61131. lenguajes de programación de autómatas : extensiones g j p gdel ladder, basados en basic, C o fortran, lista de instrucciones…diferentes según el fabricante. A principios de los 90 la IEC (filial de la ISO) da lugar a un estándar

C L dd (LD)

42

•Contactos o Ladder (LD)•Diagramas de bloques funcionales (FBD)•Programación de texto estructurado (STP)•Lista de instrucciones (IL)•Instrucciones secuenciales (SFC)

22

Lenguajes de programación de autómatas programables

• Lenguaje de contactos o ladder: surge de los• Lenguaje de contactos o ladder: surge de los diagramas de relés, lenguaje gráfico fácilmente

entendible por los electricistas. Limitaciones:

– Símbolos diferentes según fabricantes

– Poca capacidad de estructuración de programas

– Poca facilidad para manejar estructuras de datos

43

– Dificultad en los cálculos aritméticos

Antes de esto de lenguajes de automatas, representacion de automatismos pag 73 y representaciones nromalizadas)

El lenguaje de contactos (ladder)

Contacto normalmente abierto

Contacto normalmente cerrado

Salida/ bobina

Salida negada

44

Instrucciones especiales

23

• Ejemplo lenguaje de contactos – algebra de boole

P1 S1 K1K1 = P1 * S1

K1

S2

y1

y1 = K1 + /S2

MUY IMPORTANTE:

45

MUY IMPORTANTE:En el autómata programable el diagrama de contactos se

ejecutará en orden secuencial, de arriba abajo y de izquierda a derecha. Una vez ejecutado todo el programa

se accede a las interfaces para refrescar entradas y salidas.

lenguaje de relés y lenguaje de contactos

P1 S1 K1+24 Vcc

K1

S1

P1K1

y1

S2

K1

S2

y1

46

Función lógica “AND” o “Y” (*): conexión en serieFunción lógica “OR” o “O” (+): conexión en paralelo

0 Vcc

24

•Diagrama de bloques de funciones (FBD) –Lenguaje gráfico para mostrar el flujo de señales y

datos en el sistema, Muy útil para mostrar las interconexiones de los sistemasinterconexiones de los sistemas.

•

47

•Programación en Texto Estructurado ST, lenguaje textual de alto nivel para programación

d d PASCALestructurada, recuerda a PASCAL

48

25

•Lista de Instrucciones IL. Lenguaje textual de bajo nivel similar a un ensamblador. El estándar es similar a los lenguajes de instrucciones encontrados

l tó t i len los autómatas comerciales.

49

•Carta de instrucciones secuenciales (SFC) Lenguaje gráfico para mostrar el comportamiento secuencial de un sistema de control. Muy efectivo e intuitivo, sirve para mostrar tanto sistemas complejos secuenciales como acciones de bajo nivel. Basado en las reglas GRAFCET.

50

26

• Abrir icono CX-programmer

• Archivo nuevo

5.Software de programación

Tipo de dispositivo

CP1L

51

Tipo de CPU

L

• Abrir icono CX-programmer

• Archivo nuevo

Software de programación

Tipo de dispositivo

CP1M o CMP2*

Número de puntos (entradas+salidas

del autómata)20, 30, 40

52

, ,

27

Para CP1L, CPM1 y CPM2 entrada 0

0.0

Para CPM1 y CPM2 010.00

Para CP1L 100 0

53

100.0Salida 0

•PLC trabajar online

54

•PLC transferencia a PLC

28

•PLC modo de operación RUN

(podemos ejecutar el programa en el autómata)

•PLC trabajar online(de nuevo, para salir de online y volver a editar)

55

¡¡ATENCIÓN!! Para poner una nueva línea de programa hay que abrirla antes

¡cuidado con la bobina negada!

56

Al encender se apaga, pero al apagar tb. se

enciende

29

variables básicas

• Entradas: 0.0, 0.1, 0.2 … (para todos los PLC’s)

• Salidas: 100.00, 100.01, 100.2….para CP1L

010.00, 010.01…para CPM1, CPM2

• Variables de trabajo: W0.0, W0.1….para CP1L

200.00 200.01 para CMP1 CPM2

57

Enclavamiento de variables: biestables o memoria binaria

• ¿Cómo puedo hacer que una variable guarde memoria de lo que ha pasado en la entrada?

I:0.00 I: 0.01 Q: 100.00

Q: 100.00

58

I: 0.00

I: 0.01

Q: 100.00

30

6. Memoria del OMRON CP1L, CPM1, CPM2

• Memoria dividida en canales= conjuntos de 16 bits, los cuales están agrupados en diferentes zonas.

C i d l d d bi bi bi bi l l• Casi todas las zonas se pueden acceder bien bit a bit o bien al canal completo. En algunas zonas es necesario poner letras para especificar la zona, en otras (las más usadas) basta con el número de canal y bit.

• Ejemplo:

– XXX.YY bit YY del canal XXX (000.01, 010.03…)

59

– HRXXX.YY bit YY del canal XXX de la zona HR (Holding Relays)

– DM346 canal 346 de la zona de DM (Data Memory) que sólo se accede con canales completos.

CPM1/CPM2

• Áreas de memoria

IR I l R l bi d lid lé i d b j• IR- Internal Relays -- bits entradas, salidas y relés internos de trabajo

• SR - Special Relays -- indicadores del estado del autómata, utilidades.

• HR- Holding Relays -- bits de trabajo que retienen su estado.

• TR - Temporal Relays -- diagnóstico de programas complejos

• AR- Auxiliar Relays --señaladores recursos autómata.

• LR - Link Relays -- intercambio de datos entre autómatas

60

LR Link Relays intercambio de datos entre autómatas

• TC - Temporizadores y Contadores -- gestión de temporizadores y cont.

• DM- Data Memory -- gestión de datos numéricos y parámetros de

configuración del autómata.

31

CPM1/CPM2 memoria

• Área IR: Internal Relays, bits de trabajo accesibles como bit o como canal (dependiendo de las instrucciones que utilicemos para acceder a ellos)utilicemos para acceder a ellos)

• bits entrada: canales 000 al 009, es decir bits:

000.00, …. 000.15

001.00……001.15 etc. Sólo los 8 ó 10 primeros están conectados a las entradas reales del autómata, los otros pueden usarse como bits de trabajo. (En los bits conectados a las

61

usa se co o b ts de t abajo. ( os b ts co ectados a asentradas yo no puedo escribir, son reflejo de las entradas físicas del autómata)

• bits salida: canales 010 al 019, es decir bits:

010.00, …. 010.15

011 00 011 15 etc Sólo los 8 ó 10 primeros están011.00……011.15 etc. Sólo los 8 ó 10 primeros están conectados a las salidas reales del autómata, los otros pueden usarse como bits de trabajo.

• bits de trabajo: canales 200 al 231, es decir bits:

200.00, …. 200.15

62

201.00……201.15 etc.

32

• Área SR: Special Relayscanales 232 a 255 (o bien SR232,…)

CPM1/CPM2 memoria

Sirven como indicadores y de utilidades para la programación,

• 253.13 bit siempre a ON

• 253.14 bit siempre a OFF

• 253.15 indicador de primer ciclo (FIRST SCAN)

• 254.00 reloj 1 minuto (medio minuto ON medio OFF)

255 02 l j d 1 d

63

• 255.02 reloj de 1 segundo

• 255.05 indicador mayor que

• 255.06 indicador igual que

• 255.07 indicador menor que

• Área TC: Temporizadores y Contadores

• Área que se utiliza para gestionar temporizadores y

CPM1/CPM2 memoria

Área que se utiliza para gestionar temporizadores y contadores. Al asignar un temporizadores se le asigna un número que será la posición de memoria donde se almacenen sus datos en el área TC. Al compartir los temporizadores y los contadores esta área no se debe asignar el mismo número a un temporizador y a un contador.

• Se puede acceder como bit o como canal, y recibimos

64

Se puede acceder como bit o como canal, y recibimos diferente información según cómo lo hagamos.

TIM000

33

65

66

34

CP1L memoria

67

CP1L BITS ESPECIALES

68(Menú Ver símbolos global)

35

Biestables y detección de flancos

Biestables.Funciones que enclavan variables, (ponen a 1 o a 0 un bit y el bit se queda en

ese estado)ese es do)

SET 200.02000.01

RSET 200.02000.02

69

000.01

200.02

000.02

SET Bc.e.

c.e. : Condición de ejecución: si está activado se ejecuta la

instrucción.

B: bit de las áreas IR SR AR

c e

B: bit de las áreas IR, SR, AR, HR, LR

Si la c.e. Está a 1 B se pone a 1 y queda en ese estado hasta ser desactivado por otra función.

70

RSET Bc.e.

Si c.e. Está a 1 B se pone a 0 y queda en ese estado hasta ser activado por otra función.

36

Detección de flancosSon instrucciones que detectan la ida o bajada de una variable.

Cuando c.e. Pasa de 0 a 1, B se pone a 1 durante un solo ciclo de scan, pasado el cual, se apaga.

DIFU B

DIFD B

c.e.

c.e.

c.e. : Condición de ejecución: si está activado se ejecuta la

instrucción.

71

DIFD BB: bit de las áreas IR, SR, AR,

HR, LR

flanco ascendente

DIFU 200.02

000.01

000.01

200.02scan

flanco descendente

DIFD 200 02

000.01

72

DIFD 200.02

000.01

200.02scan

37

Bi

Flancos en el estándar IEC61131

Bi : bit del cual se detecta el flanco (entrada).

Bq: resultado del la instrucción.

Bi(Bq)P

Bi

(Bq)N

Flanco positivo (subida)

73

(Bq)N

Flanco negativo (bajada)

Detección de flancos con dos líneas de diagrama de contactos

I: 0 0 W0 0I: 0.0W100 0I: 0.0 W0.0

I: 0.0 W100.0

W0.0

( )

( )

W100.0

W100.0

74

¿Por qué se comporta esto como la instrucción DIFU?

38

• Combinacionales S i i

7. Tipos de sistemas de control lógicos

• Combinacionales. Se rigen por ecuaciones lógicas combinacionales. Las salidas son función en cada momento de la combinación de entradas.

• Secuenciales. Las salidas dependen de los valores de las variables de entrada en instantes anteriores. El sistema se rige por la lógica secuencial

75

y necesita variables de estado para ser descrito y memorias para ser implementado.

Las salidas dependen en cada momento del valor de las entradas (únicamente). Su comportamiento se describe mediante funciones

Automatismos combinacionales.Lógica combinacional

(únicamente). Su comportamiento se describe mediante funciones lógicas “Y”, “O”, “NO”, “O-excusiva”… La tabla de verdad describe

completamente su funcionamiento:

76

Aquellos circuitos digitales con varias entradas y varias salidas, en loscuales la relación entre cada salida y las entradas puede ser expresadamediante una función lógica (expresiones algebraicas, tablas de verdad,circuito con puertas lógicas, etc.), se denominan circuitos combinacionales.

39

Circuitos electrónicos combinacionales

2N

ENTRADAS

N

SALIDAS

77

La tabla de verdad describe completamente su funcionamiento.

Mapas de Karnaugh: obtención de ecuaciones mínimas

las salidas dependen de las variables de entrada y del

Automatismos secuenciales.Lógica secuencial

p yestado del sistema (del valor de las entradas en instantes anteriores). Los estados anteriores se memorizan mediante variables de estado (variables internas).

Circuitoentradas salidas

78

Circuito combinacional Elementos de

almacenamiento estado anterior

estado actual

40

La lógica combinacional necesita un sistema de almacenamiento de información (estado anterior). Biestable: dispositivo capaz de almacenar un bit. Posee dos estados 1 y 0, y dos entradas: R (reset) pone la salida a 0 S (set) pone la salida a 1 Permanece en el estado

RSET=1

SET

RSET

Y (estado)

a 0, S (set) pone la salida a 1. Permanece en el estado anterior si no se activa ninguna entrada.

79

1 0

RSET 1

SET=1SET=0

RSET=0

SET=1

RSET=1RSET=0SET=0

Biestables electrónicos

SET RSET Y(t-1) Y(t)0 0 0 0SET

x1 0 0 10 0 1 10 1 1 00 0 0 00 1 0 0RSET

Y

x

80

SET

RSET

Y

41

Biestables eléctricos

+24 Vcc

SET

RSET

Y

K1

SET K1

RSET

0 Vcc

81

Relé realimentado

Biestables neumáticos

Y

Presión

SET RESET

82

SET

RSET

Y

42

Automatismo secuencial: proceso de electrólisis

83

Automatismo secuencialSistema cuyo funcionamiento emplea una secuencia defases claramente diferenciadas, según un conjunto dereglas preestablecidas. El final de cada fase,

-sube (una vez arriba)-avanza (una vez en posición)

g p ,determinado por una condición de transición lógica, dapaso al inicio de la fase siguiente.

-espera en aclarado-sube

Proceso de electrolisis

84

-baja (una vez abajo)-espera desengrase-sube-avanza-baja

-avanza-baja-espera en electrolito-sube-avanza…

43

Jaula: -sube (una vez arriba)

-avanza (una vez en posición)

-baja (una vez abajo)

-espera desengrase

0

1

2

SUBEinicio

AVANZAarriba

-sube-avanza-baja-espera en aclarado-sube-avanzab j

3

4

5

BAJAPosición desengrase

abajo

ESPERAFin espera

SUBE

85

-baja-espera en electrolito

5

6

arribaAVANZA

Necesito guardar memoria del proceso

0

1

2

SUBEinicio

AVANZAfinal carrera arriba

3

4

5

BAJAFinal carrera posición desengrase

F.C. abajo

ESPERATemporizador Fin espera

SUBE

Estos dos “avanza” no son iguales

86

5

6

F.C. arriba

AVANZA

6

F.C. posición aclarado

SUBEF.C. arriba

44

8. Programación de automatismos secuenciales por medio de GRAFCET

AFCET (A ti ti F i l C b ti E i•AFCET (Assotiation Française pour la Cybernetique Economique et Technique): GRAFCET, útil de tipo gráfico, (GRÁfico Funcional de Control de Etapas y Transiciones). Método de descripción de procesos con independencia de la tecnología interpretable por no especialistas. Norma europea EN 60848 (2002).

•Procesos secuenciales

87

Procesos secuenciales•Procesos complejos•No pretende minimizar el número de variables internas sino garantizar la fiabilidad y facilidad de test y mantenimiento.

•Etapas: •Líneas de evolución

•Condiciones de transición

Elementos fundamentales del GRAFCET

•Condiciones de transición, •Mensajes de interpretación,

0

P MARCHA

1

REPOSO

tapiz 1

88

1

Piezagrande

10 20 30

tapiz 1

Piezamediana

Piezapequeña

Motor 1 Motor 2

Motor 3

45

Elementos fundamentales del GRAFCET

•Etapas: asociadas a acciones a realizar,deben corresponder a actuaciones del sistema en las que la relación

entre entradas y salidas sea puramente combinacionaly p

etapa normal, identificada con un número

etapa inicial, se activa al comenzar el proceso

4

0

89

Cada etapa tiene una variable lógica asociada Xi

La etapa puede estar activa Xi=1, o inactiva Xi=0

Activación de las etapas inicialesAl ser GRAFCET secuencial tenemos que inicializar

alguna etapa, si no el proceso no comienza.

E l i i i t i i i l Xi 1 l tEn el inicio etapas iniciales Xi =1 el resto a cero

SET X0

PRIMER CICLO(FIRST SCAN)0

•Se activa la etapa inicial en el primer ciclo, cuando el autómata se pone a RUN (una forma de inicializar)

90

SET X0

X1 X2 Xn

pone a RUN (una forma de inicializar)

•Se activa la etapa inicial cuando todas las otras están desactivadas (otra forma de inicializar)

…

46

•Líneas de evolución entre etapas (por defecto hacia abajo)

•Condiciones de transición, condiciones lógicas necesarias para que finalice una etapa y se pase a la siguiente. Hay que guardar

el orden etapa-transición-etapa-transición….

i+1

CTi,i+1

6

7

A+ /b + c

(A ó no-b o flaco de subida de c)

i

91

•Transiciones dependientes del tiempo

6

7

4s/x6

La condición de transición se activará al pasar cuatro segundos después de la activación de la etapa 6 (temporizador a la conexión activado

en etapa6)

Reglas de evolución entre etapas GRAFCET

•En el arranque se activa la(s) etapa(s) inicial(es) y se desactivan todas las demás

•Una etapa se activa cuando está activa la anterior y se cumple la di ió d i ió llcondición de transición entre ellas

i

i+1

CTi,i+1

i

i+1

CTi,i+1

92

•Una etapa se desactiva cuando se cumple la condición de transición con la etapa siguiente.

•El gráfico de evolución global GRAFCET debe ser siempre cerrado.

47

Traducción a diagrama de contactos

•Una etapa se activa cuando está activa la anterior y se cumple la condición de transición entre ellas

i

CTSET Xi+1

XiCTi,i+1

la condición de transición entre ellas

•Parte secuencial del programa GRAFCET

93

i+1

CTi,i+1 RSET Xi

•Acciones, asociadas a las etapas. Son la parte combinacional de GRAFCET. Las acciones se pueden asignar de varias maneras:

•Asignación directa o modo continuo (asignación al estado) La variable de salida está activa mientras el estado está activo y sevariable de salida está activa mientras el estado está activo y se desactiva cuando el estado se desactiva

•Acciones condicionadas, se ejecutan cuando se cumple una

8 Motor 1 BX8 Motor1

B

94

, j pcondición

8 Motor 1 X8 Motor1B

B

48

•Acciones, asociadas a las etapas. Son la parte combinacional de GRAFCET. Las acciones se pueden asignar de varias maneras:

•Asignación directa o modo continuo (asignación al estado) La variable de salida está activa mientras el estado está activo y sevariable de salida está activa mientras el estado está activo y se

desactiva cuando el estado se desactiva

•Asignación en evento o modo enclavado. La variable de lid l l i h l i

8 Motor 1 BX8 Motor1

B

95

salida toma un valor y lo mantiene hasta que se le asigne otro valor (función SET/RESET)

8 Motor 1:=1 SET Motor 1X8

•Acciones condicionadas, se ejecutan cuando se cumple una condición

8 Motor 1 X8 Motor1B

B

•Acción en la activación/desactivación de una etapa. Se ejecuta al activar/desactivar una etapa (sólo tiene interés para la asignación

enclavada)

8 Motor 1:=1 SET Motor 1X8P

96

SET Motor 1P

10 Motor 1:=0 RSET Motor 1X9

N

49

Ejemplo: taladradora

-pulso M: baja y giro derecha

b j-una vez abajo: sube y giro izq.

-una vez arriba: paro y espero M de

nuevo

FC0

FC1

97

Motor A: K1 baja, K2 sube

Motor B: K3 derecha, K4 izq.

Sensor FC0: arribaSensor FC1: abajo

Estructuras GRAFCET

•Secuencia lineal: sucesión etapa-transición-etapa-transicióntransición… En un momento dado, sólo puede existir una etapa activa en una secuencia lineal.

•Convergencia y divergencia “O”: procesos excluyentes (condición “if-else”)

98

•Convergencia y divergencia “Y”: procesos simultaneos

50

Convergencia y divergencia “O”

•Se utiliza cuando existen caminos alternativos de los cuales se escogerá únicamente uno, sólo los estados de

ese camino estarán activos.CT8,9

9

CT9,10 CT9,20 CT9,30

10 20 30

99

19CT19,40

25

CT25,40

40CT40,41

37

CT37,41

41

Divergencia “O”

•En ella se inician varias secuencias lineales, cada una de ellas con su propia condición de transición, situada después de la divergencia. Las condiciones de las diferentes ramas deben ser excluyentes, de forma que sólo una de ellas pueda activarse cada y , q pvez.

CT8,9

9

CT9,10 CT9,20 CT9,30

10 20 30

SET X10

RSET X9

X9CT9,10

SET X20

X9CT9,20

100

20 30 20

RSET X9

SET X30

RSET X9

X9CT9,30

51

Convergencia “O”

•Las secuencias lineales que se inician en una divergencia “O”, deben confluir en una divergenica “O”, aunque no necesariamente los caminos que se inician a la vez deben confluir a la vezconfluir a la vez.•Caminos que se inician en una divergencia “O” no pueden confluir en una confluencia “Y”.

19CT19,40

25

C25,40

4037

SET X41

RSET X

X40CT40,41

101

40CT40,41

C37,41

41

RSET X40

SET X41

RSET X37

X37CT37,41

Convergencia y divergencia “Y”

•Se utiliza cuando necesitamos que varios procesos se realicen simultáneamente y de forma independiente

8

CT8,9

9CT9

10 20 30

102

19

CTA

25

40

CTB

37

41

52

Divergencia “Y”

•En ella se inician varias secuencias lineales, todas ellas con la misma condición de transición situada antes de la divergencia.

SET X10

X9CT9

9CT9

10 20 30

SET X20

SET X30

103

RSET X9

30

Convergencia “Y”•Todas las ramas deben haber acabado para que se flanquee la convergencia “Y”, por ello suelen ser necesarios estados de espera. La condición de transición situada después de la divergencia se puede omitir.

SET X40

X25CTA

RSET X19

RSET X25

19

CTA

25

40

X19

104

25

53

Macroetapas•Una macroetapa es un conjunto de etapas agrupadas que se

representan de forma resumida . Su expansión tiene una única etapa de entrada y una única etapa de salida.

E10

a

10.1

b+/c

10.2

8

C8

9C9

M10

•La expansión de una macroetapa debe tener sólo una etapa de entrada

y una etapa de salida•El flanqueo de la transición anterior (1) activa la etapa de entrada (E10)

•El flanqueo de la transición

105

S10

M10

11

C11

C10d

qposterior (2) sólo se realiza si está activada la etapa de salida (S10)

•El flanqueo de la transición posterior (2) desactiva la etapa de

salida (S10)

Macroetapas

E108 SET XMX9

C9

E10

a

10.1

b+/c

10.2

8

C8

9C9

M10

C10d

(1)

(2)

SET XM10

RSET X9

XM10 XS10

SET XE10

…

C10

106

S1011

C11

10

SET X11

RSET XS10

10 10

54

Macroetapas

E108•La definición inicial excluye que

E10

a

10.1

b+/c

10.2

8

C8

9C9

M10

C10d

(1)

(2)

una expansión pueda ser llamada desde dos macroetapas (usar la

macroetapa como subrutina) pero se suele utilizar siempre que el

programador se asegure de evitar conflictos de acceso, no dejando que d d l

107

S1011

C11

10 dos macroetapas accedan a la vez a la misma expasión.

Etapas cercadas (enclosures)•Un conjunto de etapas pueden estar “cercadas” o incluidas en

una etapa. •Las etapas cercadas por otra ól d i

10

80

a

81

b+/c

82

8

C8

9C9

10

sólo pueden tener activas sus etapas mientras esté activa la

etapa “cercadora” (X10)

•Si la etapa “cercadora” está activa, al menos una de las etapas de su “cercado” debe

108

83

10

11

C11

C10

d estar activa

G1

55

Etapas cercadas (enclosures)•Un conjunto de etapas pueden estar “cercadas” o incluidas en

una etapa. 10

•Al activarse la etapa

80

a

81

b+/c

82

8

C8

9C9

10

•Al activarse la etapa “cercadora” (X10) se activa la primera etapa de su cercado

(X80)

•Al desactivarse la etapa “cercadora” (X10) se

109

83

10

11

C11

C10

d

G1

( )desactivan todas las etapas de su cercado (X80, X81, X82,

X83)

Etapas cercadas (enclosures)•Una etapa puede cercar varios esquemas GRAFCET

8

C80

10

10

C8

9C9

10

11C10

a

81

b+/c

82

83

d60

G2110

C1183

G1

m61

/m

82

m

56

•Las macroetapas y los cercados pueden anidarse

8

C80

61

10

C8

9C9

10

11C10

a

81

b+/c

82

83

d

60

m61

G2

111

C1183

G1

/m

82

m