Automatización Industrial

Principios de Programación en STEP7

TEMA – Principios de Programación en STEP7

1. – Programas en la CPU

2. – Edición de Programas

2.1 – IEC 1131-3

2.2 – Instrucciones/Operandos/Módulos

3. – Estructura de Programas

4. – Tipos de Módulos

4.1 – Módulos de Sistema

4.2 – Módulos de Usuario

5. – Tipos de Procesamiento

6. – Tiempos de Ciclo y Respuesta

7. – Proyectos STEP7

Índice

• En una CPU corren dos programas

• Sistema operativo: Está contenido en cada CPU y organiza todas las funciones y procesos de la CPU no relacionados con una tarea de control específica.Entre sus funciones están:• gestionar el arranque normal y completo del PLC/API• actualizar la imagen del proceso de entradas y salidas• llamar al programa de usuario• detectar alarmas y llamar a los programas de atención a las mismas• reconocer y tratar los errores• administrar las áreas de memoria• comunicar con unidades de programación y otros sistemas de supervisión

• Programa de usuario: Hay que crearlo y cargarlo la CPU. Contiene todas las funcionesnecesarias para la tarea de control de una aplicación específica.Entre las tareas del programa de usuario están:• definir las condiciones de arranque (completo ó normal) de la CPU • tratar datos del proceso (funciones combinatorias, valores analógicos, ....) • reaccionar a alarmas • tratamiento de perturbaciones en el funcionamiento normal del programa

Programas en la CPU

Parte Título Contenidos

Parte 1 Información general Definición de términos y glosario del PLC/APICaracterísticas funcionales del PLC/API

Parte 2 Especificaciones Prestaciones eléctricas, mecánicas y funcionalesy ensayos de los Información a suministrar por el fabricanteequipos Ensayos y verificaciones

Parte 3 Lenguajes de Estructura del software de los PLC/APIprogramación Lenguajes de programación

Elementos del lenguaje

Parte 4 Guía para usuarios Especificaciones y análisis del sistemaAplicación y selección del PLC/APISeguridad y protección, instalación y mantenimiento

Parte 5 Comunicaciones Modelos, bloques de comunicación, mapeado enprotocolos ISO

La Norma IEC 1131 / EN-UNE 61131

Lenguaje IEC 1131-3 STEP 7Diagrama de funciones FBD FBD/FUP

Function Block Diagram Function Block Diagram

Diagrama de contactos LD LAD/KOPLadder Diagram Ladder Logic

Lista de instrucciones IL STL/AWLInstruction List Statement List

Texto estructurado ST SCLStructured Text Structured Control Language

Gráfico secuencial SFC GRAPH7Sequential Function Chart

Diagrama de bloques CFCContinuous Function Chart

Diagrama de gráfico HIGRAPH7de estados

Lenguajes de IEC 1131 - 3 / STEP7

• El entorno de programación permite desarrollar proyectos de controly automatización con las siguiente funcionalidad:

– Crear la estructura de directorios necesaria para la gestión de cada proyecto – Configurar el hardware del equipo – Desarrollar programas off-line– Cargar y descargar programas y datos en el PLC/API (on-line)– Depurar el programa en fase de ejecución sin necesidad de interrumpir la

ejecución del programa (on-line)– Realizar funciones de test o estado de variables y zonas de la memoria– Realizar funciones de forzado de variables– Elaborar documentos para la fase de mantenimiento posterior– Analizar el estado y comportamiento de la CPU (pilas, tiempos, ...) y de los

módulos de señal asociados

Funcionalidad del Software

Programas de Usuario

STEP 7 permite estructurar el programa. Esto aporta las siguientes ventajas:

• los programas se pueden dividir en bloques• se pueden estandarizar secciones individuales del programa• se simplifica la organización del programa• las modificaciones del programa pueden realizarse más fácilmente• se simplifica el test del programa, ya que puede ejecutarse por partes• se simplifica la puesta en servicio

Bloque en el Programa de Usuario

Programa conjunto de todas las instrucciones y convenciones para el tratamiento de las señales, por medio de las cuales se actúa sobre la instalación a controlar (proceso), de acuerdo con unas órdenes de control

Estructura

•Técnica modular•Segmentos•Comentarios

Representación

• FBD / FUP• LAD / KOP• STL / AWL

Edición de un Programa

Instrucción

Operando

Instrucción

unidad más pequeña autónoma del programa y constituye una orden de trabajo para el procesador

OperaciónOperando

002: A I 1.0ParámetroIdentificador del operando

Dirección relativa de la instrucción en elmódulo respectivo

Parte operacional

Identificación Parámetro

Instrucción

Marcas M Para almacenar resultados binarios intermedios

Datos D Para almacenar resultados digitales intermedios

OPERANDOS NEMONICO FUNCION

Entradas I Imagen del proceso de entradas (PII)

Salidas Q Imagen del proceso de salidas (PIQ)

Tiempos T Funciones de tiempo (temporizadores)

Contadores C Funciones de cómputo (contadores)

Periferia P Para acceder directamente a la periferia

Locales L Datos locales temporales

Módulos OB, FB, FC Para estructurar el programaSFB, SFC

Operandos

H1

S2

S1

A I 0.0AN I 0.1= Q 4.5

Q 4.5I 0.1

I 0.0Q 4.5I 0.1I 0.0

EsquemaEléctrico

STL/AWL FBD/FUP LAD/KOP

&

=

Ejemplo de Programa

• STEP 7 provee tres posibilidades para organizar un programa. Programación

LinealProgramación

DivididaProgramaciónEstructurada

Programa Lineal:Todas la instruccionesestán contenidas en unmódulo (normalmenteen el módulo deorganización, OB1)

Programa dividido en áreas:Las instrucciones para funcionesindividuales están contenidas enmódulos individuales. El OB1llama a los módulos individualessucesivamente.

Programa Estructurado:Las funciones reutilizables soncargadas en módulos individuales.El OB1 (u otros módulos) llaman a estos módulos y les pasan datosrelevantes.

OB1

Arranque

FB1 FC1

FB2FC2

FC3

OB1

Arranque

OB1

Arranque

Receta A

Receta B

Mezclador

Descarga

Estructuración de los Programas

1ª instrucción

2ª instrucción

última instrucción

OB1

......

.

Estructura de Programa. Programación Lineal

OB1: Ejemplo de de un simple módulo lineal en FUP

Segmento 1: motor marcha/paro

Segmento 2: Seguridad y señales de aviso

OB1: ejemplo de un simplemódulo lineal en AWL

Segmento 1: motor on/off

Segmento 2: Seguridad y señales de aviso

I 0.0

Q 4.0

Q 4.0

&I 0.2

I 0.3

>=1

=

&

I 0.1

I 0.4Q 4.1

=

A(O I 0.0O Q 4.0)AN I 0.1= Q 4.0

A I 0.2AN I 0.3AN I 0.4= Q 4.1

Programación Lineal

Programación Lineal. Ejemplo

(CALL)

(CALL)

(CALL)

(CALL)

Ingrediente_A

Ingrediente_B

Mezclador

Descarga

OB1FC

FC

FC

FC

>=1

=&

>=1=

&

>=1

=&

>=1=

Programación Dividida

Programa principal Módulo subrutina

Procesamientodel programa

Procesamientodel programaInstrucción que llaman

otros módulos

Fin de módulo

OB FC

Ejecución de un Programa Dividido

Programa Dividido. Control de nivel

Sis

tem

a O

pera

tivo

OB1 FC

FB FC

FB

SFC

SFB

OtrosOBs

Programación Estructurada I

Motor

Descarga

OB1

>=1

=&

>=1

=&

=&

=

Programación Estructurada II

Procesarmódulo 7

OB1 Módulo 7

Lamar almódulo 32.....

Módulo 32

Llamar almódulo X

Módulo R

Retornar

Retornar Retornar

...

Nivel1 Nivel2 Nivel3 Niveles 4..7 Nivel 8

Retornar

Módulo 10

Retornar

Procesarmódulo 10

Estructura del Programa

Sist

ema

oper

ativ

o

Iniciodel

cicloOB 1 FB 10

FB 20

FC 50

DB inst. 10

DB inst. 2

Tren

CALL FB 10

CALL FB 20

CINTA A

CALL FC 50

CINTA B

CALL FC 50

Acciona-miento

División Tecnológica de un Programa

FB

FB

FB

FC

SFC

SFB

Módulo dedatos deinstancia

Leyenda:

OB

Módulo deOrganización

Ciclo

Tiempo

Proceso

Error

Modos de operación del sistemaBloques CPU 315 CPU 315-2DP Tamaño

Mód. de organización (OB) 13 14 8 Kby

Módulo de función (FB) 128 128 (0-127) 8 Kby

Función (FC) 128 128 (0-127) 8 Kby

Módulo de datos (DB) 127 127(1-127) 8 Kby

Función del sistema (SFC) 48 53

Mód. func. sistema (SFB) 7 7

Tipos de Módulos de Programa

Tipo de Módulo Características

Organización (OB) - Interfase de usuario entre el sistema operativo y el programa- Prioridades establecidas de (1a 29)- Información especial de inicio en la pila de datos locales- Definen la estructura del programa de usuario

Módulo de - Módulos con memoria que puede programar el usuariofunción (FB) - Parametrizable / retentiva

- No parametrizable / retentiva- No parametrizable / no retentiva

Función (FC) - Rutina de programa para funciones frecuentes.- Un valor de retorno es transferido.

(Los parámetros deben ser asignados por la llamada.)- No retentivo- Parametrizable

Módulo de Datos - Estructurado, almacenamiento de datos locales (DB instan.)(DB) - Estructurado, almacenamiento de datos globales

(válido en todo el programa)

Módulos de Usuario

Tipo de Módulo Características

Función del - Integrados en el sistema operativo de la CPUSistema - Un usuario puede llamar esta función(SFC) (sin memoria).

Módulos deFunciones - Integrados en el sistema operativo de la CPU del Sistema - Un usuario puede llamar esta función (SFB) (con memoria).

Dato de Sistema - Módulo de datos para datos de configuración(SDB) y parámetros

Módulos del Sistema

Bloques de Organización (OB):• Constituyen el interfaz entre el sistema operativo y el programa de usuario.• Tienen prioridad.

• En las CPUs del S7 300 la prioridad de los OBs es fija• Es posible asignar la misma prioridad a varios OBs• Con prioridad “0” se desactiva el OB de alarmas

• Son llamados por el sistema operativo.• Cada OB contine una información de arranque de 20 bytes de

datos locales que entrega al S.O. durante el arranque• Controlan:

• El procesamiento cíclico • El procesamiento controlado por alarmas del programa• El comportamiento en el arranque del sistema de automatización• El tratamiento de errores

Módulos de Organización – OB´s (I)

Tipo de Alarma Módulo de organización Prioridad

Ciclo libre OB1 1

Alarmas horarias OB 10 a OB 17 2

Alarmas de retardo OB 20 a OB 23 de 3 a 6

Alarmas cíclicas OB 30 a OB 38 de 7 a 15

Alarmas de Proceso OB 40 a OB 47 de 16 a 23

Alarma de OB 60 25multiprocesamiento

Error de redundancia OB 70 y OB 72 25 y 28

Errores asíncronos OB 80 a OB 87 26

Ciclo no prioritario OB 90 29

Arranque OB 100 a OB 102 27

Errores síncronos OB 121y OB 122 la del OB del error

Módulos de Organización – OB´s (II)

Sistema operativo

Conectar

ProgramaprincipalCiclo

Programa de usuario

Ejecución Cíclica I

Sistema operativo

Conectar

ProgramaprincipalCiclo

Programa de usuario

Programa de usuario

Alarma

Error

Interrup-ción

Interrup-ción

Programa de alarma

Tratamiento de errores

Ejecución Cíclica II

Sist

ema

oper

ativ

o

Iniciodel

cicloOB 1 FB 1 FC 1

FB 2 FB 1 SFC 1

FC 1 DB 1

Profundidad de anidamiento

DB inst. 1

DB inst. 2 DB inst. 1

Secuencia y Profundidad de Anidamiento

Llamada de un módulo Módulo llamado

(OB, FB, FC) (FB, FC, SFB, SFC)

Ejecucióndel programa

Ejecucióndel programaInstrucción que llama a

otro módulo

Fin de módulo

Llamadas a los Módulos

El sistema operativo inicia el tiempo de vigilancia del ciclo

La CPU escribe los valores de la PIQen los módulos de salida

La CPU lee el estado de las entradas en losmódulos de entrada y actualiza la PII

La CPU ejecuta el programa de usuario

Al final del ciclo, el S.O. realiza las tareas pendientes(cargar y borrar módulos, recibir y enviar datos globales..)

Fases de la Ejecución Cíclica

• El tiempo de ciclo es el tiempo que el S.O. necesita para:• ejecutar el programa cíclico• partes del programa que interrumpen al cíclico (ejecución otros OBs)• actividades del sistema (p.e. actualización de imágenes, ..)

• El tiempo de ciclo se vigila• El tiempo de ciclo no es igual para cada ciclo

Tiempo de Ciclo I

• La figura muestra la función del tiempo de vigilancia del ciclo en laejecución del programa en las CPUs

Tiempo de Ciclo II

• Son módulos programables. Con parámetros absolutos o fromales

• Es un módulo lógico “sin memoria”

• Las variables temporales de FCs se memorizan en la pila de datos locales

• Los datos locales se pierden tras la ejcución de las FCs

• Para memorizar los datos, pueden utilizar módulos de datos globales.

•A los datos locales de una FC no se le pueden asignar valores iniciles

•Como una FC no tiene memoria, se han de indicar siempre parámetros actuales

•Las FCs se pueden utilizar para:• devolver un valor de función al módulo invocante (p.e. Fun. Matemáticas)• ejecutar una función tecnológica (p.e. Una combinación binaria)

Funciones – FC´s

• Son módulos programables. Con parámetros absolutos o formales

• Es un módulo “con memoria”

• Tiene asigando un módulo de datos como memoria (DB de instancia)

• Los parámetros que se transfieren al FB y las varaiables estáticas, sememorizan en el DB de instancia

• Las variables temporales se memorizan en la pila de datos locales

• Los datos del DB de instancia no se pierden al finalizar la ejecución del FB

• Los datos memorizados en la pila de datos locales se pierden al finalizar laejecución del FB

• Un FB contiene:• un programa que se ejecuta cada vez que se le llama desde otro módulo• facilitan la programación de funciones complejas de uso frecuente

Módulo de Función – FB´s

• A cada llamada de un FB que transfiere parámetros está asignado un DB de instancia

• Un FB puede ejecutarse con diferentes DBs de instancia, luego se ejecutacon diferentes valores para los parámetros con cada DB de instancia

Arranque: INT INRevoluciones: INT INHistorial: DT IN_OUTTiempo efec.: TIME IN_OUT

FB 20: MotorParámetros formales

Entero (16 bits): Arranque

Entero (16 bits): Revoluciones

Fecha y hora (48 bits):Puntero a dirección del historialTiempo (32 bits): Tiempo ejec.

DB 202: Motor_2Parámetros actuales (reales)

FBs y DBs de Instancia

• Son módulos de datos. No contienen instrucciones STEP 7

• Contienen datos de usuario, datos variables con los que trabaja el programa

• Cualquier FB, FC o OB puede leer/escribir datos en un DB global

• El tamaño máximo de los DBs depende de las CPUs

• La estructura de los DBs de datos globales se puede definir discrecionalmente

• Los datos de un DB de datos globales no se borran al cerrar el DB o concluirla ejecución del módulo de programa que lo utiliza

FC 10 DB global

(DB 20)FC 11

FC 12 DB de instancia(DB 112)

Acceso desde todos los bloques

Acceso sólo desde FB 12

Módulo de Datos Globales – DB´s

• Son módulos ya programados que ofrecen las CPUs S7 a los usuarios

SFBs:• Es un FB integrado en la CPU• Forman parte del S.O.• No se cargan como parte integrante del programa• Al igual que los FBs, son módulos “con memoria”• Hay que crear los DBs de instancia y cargarlos en la CPU como parte

intrgrante del programa.• Las CPUs ofrecen SFBs:

• para la comunicación vía enlaces configurados• para las funciones especiales

SFCs:• Es una función programada integrada en la CPU• Las SFC se pueden llamar desde el programa de usuario• Forman parte del S.O.• No se cargan como parte integrante del programa• Al igual que las FCs, las SFCs son módulos “sin memoria”• Las CPUs ofrecen SFCs para un conjunto muy amplio de aplicaciones

Módulos del Sistema – SFB´s y SFC´s

Byte de datos 0

Byte de datos 8191

8 Bits

El tamaño máximo de un móduloen la CPU 314 es 8 Kbyte. La cantidad máxima de memoriadisponible en un módulo de datosdepende de la CPU.

Tipos de Módulos de Datos

EN ENOFB7DB45

Llamada al FB7 (a través delmódulo de datos de instancia DB45) y asignación de parámetros.

CALL FB7, DB45Start: = I 1.0Stop: = I 1.1Longitud := MW20Ejecutar: = M2.1

FB parámetro formal

Dirección actual de los datos(parámetro vigente)

Llamada al FB7 (a través delmódulo de datos de instancia DB45) y asignación de parámetros.

Dirección actualde los datos FB parámetro formal

I 1.0I 1.1MW20

StartStopLongitud

ejecutar M2.1

STL/AWL

FBD/FUP

Llamada de Módulos – Asignación de Parámetros

Cabecera del Módulo(36 Bytes)

Cuerpo del módulo :

Sección de declaracióny

Sección de programao

Datos

InterfaseDescripción breve

Estructura del Módulo

a b

Botón de la seleccióndel tanque

0 0 0 0

Ingrediente AIngrediente B

LTLT

LT

LT

LT

Ejemplo de Programación Estructurada

Inicia el módulo (OB 100), procesándose una vez después de conectar la alimentación, por ejemplo

Iniciando el tiempo de control de ciclo

Lectura del estado de las señales de los módulosguardando los datos en la tabla de la imagen de proceso de entradas (PII)

Ejecución del programa en el OB1 (procesamientocíclico)Eventos (tiempo de interrupción, interrupción de proceso, etc.) Llamada a otros módulos OBs, FBs, FCs, etc.

Escritura en la tabla de imagen de proceso desalida (PIQ) en los módulos de salida.

Módulo de entrada

CPU

cic

lo d

e sc

an

Módulo de salida

A I 0.1A I 1.1= Q 4.0

.

.

.

.

Módulo OB 1

Procesamiento Cíclico del Programa

I2.0

Q4.3

I2.7 I0.5 I03 Q4.4

1

PII PIQByte 0Byte 1Byte 2....

Byte 0Byte 1Byte 2....

A(O I 2.0O Q 4.3)AN I 2.7AN I 0.5AN I 0.3= Q 4.4

Programade usuario

1

Imagen del Proceso

Tipo de Alarma OBs de alarma Aplicación

Alarma horaria OB 10 a OB 17 Calcula el flujo de un proceso demezcla al final de un turno

Alarma de retardo OB 20 a OB 23 Controla un ventilador para que se pare 20 seg después de parar un motor

Alarma cíclica OB 30 a OB 38 Muestrear el valor de una señal parael control de una planta

Alarma de proceso OB 40 a OB 47 Notificar que se ha alcanzado el valor máximo de un depósito

• Los OBs de alarmas permiten:• ejecutar partes del programa dependientes del tiempo• reaccionar eficazmente a señales externas al proceso

Módulos de Organización de Alarmas

CON

Alarma

Alarma

Alarma

del procesoAlarma de Proceso•gobierno por interrupciones

Procesamiento Cíclico•procesamiento normal. OB1

Arranque•comprobación e inicialización de valores•condiciones de arranque

Alarma cíclica•periodos de tiempo predeterminados•importante en lazos regulación

Tratamiento de Error•en función de fallos•sólo en algunas gamas

cíclica

Alarmahoraria Alarma horariaAlarmade retardo Alarma de retardo

por errores

Ejecución de Programas – Tipos de Procesamiento

Definición: El tiempo de ciclo es el tiempo que transcurre durante unciclo de programa. Está constituido por:

• Tiempo de ejecución del S.O.• Tiempo de transferencia de las imágenes del proceso (PII, PIQ)• Tiempo de ejecución del programa• Temporizadores• Funciones integradas• Carga por alarmas• Carga por comunicación (Profibus-DP, MPI)

Programa de usuarioA I 1.0= Q 4.0

Tiempo de ciclo

PII S.O. PIQ PII

S.O.Programade usuario

Interrupcionespor alarmas

Tiempo de Ciclo

El tiempo de respuesta es el tiempo que transcurre entre el reconocimiento de una señalde entrada y el cambio de estado de la señal de la salida correspondiente. Depende de:

• Tiempo de ciclo• Retardo en las entradas y salidas• Tiempos de rotación adicionales en la red Profibus

Ejecución del programaA I 1.0= Q 4.0

Tiempo de reacciónRetardo delos módulosde entrada

10

10

I 1.0

Q 4.0tiempo

PII S.O. PIQ PII

Tiempo de Respuesta

El tiempo de respuesta más corto se presenta cuando el estado de la entrada observada cambia justo antes de la carga de la PII. En este casohay que tener en cuenta:

• Tiempo de retardo de la entradas• Tiempo de actualización de la PII• Tiempo de paso por el S.O.• Tiempo del programa de usuario• Tiempo de ejecución de los temporizadores• Tiempo de actualización de la PIQ• Retardo de las salidas

Tiempo de Respuesta más Corto y más Largo

El tiempo de respuesta más largo se presenta cuando el estado de la entrada observada cambia durante la carga de la PII. En este casoel tiempo de respuesta es:

• tiempo de retardo de la entradas• 2 x tiempo de actualización de la PII• 2 x tiempo de paso por el S.O.• 2 x tiempo del programa de usuario• tiempo de ejecución de los temporizadores• 2 x tiempo de actualización de la PIQ• tiempo de retardo de las salidas

• Si se ha definido un tiempo de ciclo mínimo y este es mayor que el tiempo de ciclo real, al finalizar el programa cíclico la CPU dispone de tiempo de ejecución.

• El tiempo disponible se utiliza para procesar el OB de tarea no prioritaria.

Módulos de Org. de Tarea no Prioritaria

• Los OBs de alarmas cíclicas permiten:• ejecutar partes del programa en periodos de tiempo determinados

Módulo de Organización de Alarmas Cíclicas

Programas S7/M7 (no asignados a ningún HW)

Programas de usuario con módulos S7:OBs, FBs, FCs, DBs,....... Fuentes AWL para programas de usuario

CPU programable de un S7-400Programas S7/M7 (asignados a HW)Programas de usuario (off-line)

Estación HW de un S7 - 400

M7-FM programable

Fuentes AWL

Estructura de un Proyecto S7

Módulos de STEP7

• La herramienta Programar Módulo S7 (KOP, AWL) se puede utilizar para editar módulos off-line (almacenados en el dispositivo de programación) o bien on-line(módulos que están en la CPU). Hay que indicar la opción deseada y seleccionar el módulo.

Seleccionar un Módulo para la Edición

Tabla deDeclaraciónde Variables

Sección deCódigo

Partes de un Módulo