UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA DE INGENIERA ELCTRICA DEPARTAMENTO DE CIRCUITOS Y MEDIDAS

AREA DE INSTRUMENTACIN Y CONTROL

LABORATORIO DE CONTROL

Controladores Programables:

Aplicaciones Bsicas

Prctica No. 4 Uso de Contadores

Semestre B-01 Jess A. Caldern-Vielma / William Gomez

2

1. OBJETIVOS Los objetivos fundamentales del presente trabajo prctico comprenden:

a. Comprender el uso de las operaciones de carga, transferencia y comparacin b. Describir el funcionamiento de los contadores en un PLC c. Utilizar los contadores d. Utilizar las instrucciones de comparacin.

2. INFORMACIN TERICA 2.1. OPERACIONES DE CARGA Y TRANSFERENCIA El PLC Simatic S5 -101 U permite el intercambio de informacin entre los diferentes tipos de datos almacenados en la memoria del PLC. Tales intercambios no toman lugar directamente , pero se realizan a travs de la accin intermediaria de operaciones especiales llamadas operaciones Carga y Transferencia. Estas operaciones mueven informacin alrededor de la memoria del PLC cargando primero la informacin y luego transfirindola de un rea especial de la memoria del procesador llamada el acumulador. La Carga dentro del PLC comprende el movimiento de la informacin de un rea de memoria al acumulador y la Transferencia comprende el movimiento de la informacin desde el acumulador a la memoria. Una vez que la informacin ha sido transferida desde el acumulador a otra localidad de memoria, ella puede ser usada para instrucciones adicionales de procesamiento. En muchas funciones , por ejemplo en las funciones de comparacin en las que hay que comparar dos valores, se necesitan dos registros internos del procesador . Por est razn los Simatic S5 tienen dos acumuladores, el acumulador 1 se utiliza como acumulador principal por todas las funciones digitales y en el acumulador 2 se almacenan los valores digitales que han de combinarse de cualquier manera con el valor del acumulador 1. Mediante la operacin de carga L , se cargan en el acumulador 1 las informaciones de las reas de operando de entrada E, salida A, bandera M, temporizador T, contador Z, datos D y datos del sistema BS; as como las constantes (en diversas representaciones) e informaciones directas del rea de periferia P. El cdigo del lenguaje STL para ejemplo de instrucciones de carga se tiene: L EB 0 Carga del byte de entrada 0 T MB 1 Transferencia al byte de bandera 1

3

L MB 1 Cargar byte de bandera 1 T AB 1 Tranferencia al byte de salida 1 2.2. OPERACIONES DE COMPARACIN Los PLC poseen instrucciones que son capaces de comparar dos valores (Simatic S5 101 U compara valores binarios) y determinar si los valores son iguales o desiguales; si un valor es ms grande que otro o si un valor es menor que otro. Adems, los dos valores pueden ser comparados para determinar si uno es ms grande que o igual a otro, o menor que o igual a. El resultado de la comparacin es un RLO 1 si la comparacin es verdadera, 0 si la comparacin es falsa. Este RLO puede entonces ser usado por instrucciones adicionales de procesamiento. Cuando se manipulan dos valores en una comparacin, el PLC emplea dos acumuladores, el principal y el secundario, estos son llamados Acumulador 1 y Acumulador 2. Los valores a ser comparados son cargados en los acumuladores usando la operacin carga. Cuando una operacin carga es ejecutada el valor especificado en el operando es cargado en el acumulador 1 y el valor actualmente en el acumulador 1 es transferido al acumulador 2. Por tanto, dos operaciones de carga tienen el efecto de colocar valores en ambos acumuladores. Para observar esto se muestra el ejemplo:

INSTRUCCION ACUMULADOR 1 ACUMULADOR 2 DESCRIPCION L KF+106 106 ? carga de una constante

como valor en punto fijo El valor de 106 es cargado en el acumulador 1. Si habia previamente un valor en el acumulador 1 entonces sera transferido al acumulador 2.

INSTRUCCION ACUMULADOR 1 ACUMULADOR 2 DESCRIPCION L KF+218 218 106 carga de una constante

como valor en punto fijo Una segunda operacin de carga coloca 218 en el acumulador 1 y mueve el 106 al acumulador 2.

INSTRUCCION ACUMULADOR 1 ACUMULADOR 2 DESCRIPCION L KF+573 573 218 carga de una constante

como valor en punto fijo Si otra operacin de carga es ejecutada, el nuevo valor 573 se mueve al acumulador 1. El valor del acumulador 1 218 se movi al acumulador 2 y el viejo valor del acumulador 2 106 es perdido.

4

Antes de realizar la funcin de comparacin se deben cargar los operandos a compara en los acumuladores. Un programa de ejemplo en STEP 5 se muestra: L EW 10 Carga del valor de la palabra de entrada EW 10 L DW 22 Carga del valor de la palabra de datos DW 22 >F El contenido de ambos operandos se compara segn mayor =M 19.0 Si la comparacin se cumple, se asigna a la bandera M 19.0 el estado 1 Las comparaciones que se realizan son: =F Comparacin igual a >F Comparacin mayor que >=F Comparacin mayor o igual a =F Comparacin menor o igual a 2.3. CONTADORES Los contadores son instrucciones que proveen las mismas funciones de un contador de lgica alambrada (hardware) en aplicaciones de control de procesos. En algunas aplicaciones ellos son usados para activar o desactivar un dispositivo de control luego de que una cuenta ha sido alcanzada. Por ejemplo, un programa de control en STL puede ser usado para contar el nmero de piezas producidas en una lnea de ensamblaje y luego parar la lnea de produccin despus de que un determinado nmero de piezas ha sido manufacturado. Hay dos instrucciones de contador en el lenguaje de programacin STL: Contador hacia arriba (CU- ZV) y contador hacia abajo (CD ZR). El rea de memoria de un PLC reserva una palabra de 16 b para cada contador en una instruccin de contador. Los Siemens Simatic S7 en el lenguaje de lista de instrucciones soporta hasta 256 contadores, pero el nmero exacto de contadores soportados depende del modelo del CPU usado en la aplicacin. Para el Siemens Simatic S5- 101 U el nmero de contadores es de 16. En el laboratorio se utilizar el contador 1 del PLC Simatic S5-101 U y se inicializar un valor de 10, para observar bien la cuenta hacia adelante y la cuenta hacia atrs. A continuacin se presenta la lista de instrucciones a introducir en el programador:

U EZV Z

101.

CUENTA HACIA ADELANTE.

5

U E

ZR Z111.

CUENTA HACIA ATRAS.

U EL KZS Z

12101

.

CARGAR E INICIALIZAR EL CONTADOR.

U ER Z

131.

PUESTA A CERO.

U Z

A1

12=.

CONSULTA BINARIA.

A continuacin se muestra el diagrama temporizado del programa, en el cual se observa claramente el funcionamiento del mismo:

2.4 EJEMPLO DE APLICACIN UTILIZANDO CONTADORES Se tiene un estacionamiento pblico con capacidad para 10 vehculos. El usuario debe pulsar P0 para entrar y P1 para salir, ( P0 esta representado por E 1.1 y P1 por E 1.0 ). Si se encuentran 10 vehculos en el estacionamiento se inhibe el funcionamiento de la puerta automtica y se enciende una seal de "NO HAY PUESTO". De existir puesto disponible, se activa la seal de "HAY PUESTO".

Para la implementacin de la solucin al planteamiento anterior se elabor el programa en STEP 5 que permite realizar lo antes expuesto.

U E

ZV Z111.

CUENTA HACIA ADELANTE.

6

U E

ZR Z101.

CUENTA HACIA ATRAS.

U EL KZS Z

0 001

.

INICIALIZACION DEL CONTADOR 1.

U EL KZS Z

01102

.

INICIALIZACION DEL CONTADOR 2.

L ZL Z

12

CARGAR VALORES DE LOS CONTADORES.

> = F ? CIERTO 1 ? NO CIERTO 0 = A 0.0 NO HAY PUESTO < F = A 0.1 HAY PUESTO

Al correr el programa anterior se debe observar que al entrar el dcimo automvil se enciende la luz de "NO HAY PUESTO" y simultneamente se apaga la luz de "HAY PUESTO". Al salir un automvil del estacionamiento debe cambiar automticamente el estado de los indicadores, ya que ahora se encuentran 9 automviles dentro del mismo y 1 puesto desocupado. El nmero de automviles que se encuentra en un determinado momento dentro del estacionamiento se podr observar mediante la funcin STATUS. Al finalizar el presente ejemplo, se debe entender de una manera mejor, la aplicacin de diferentes funciones como: carga de acumuladores, comparacin, inicializacin, puesta a cero, cuenta hacia adelante y cuenta hacia atrs. Adems se deber entender la importancia de los contadores en la solucin de problemas prcticos que se presentan a diario y que pueden ser resueltos con la simple aplicacin del PLC y sus diversas funciones. El esquema de conexin de este programa se muestra en la figura 1.

Un problema que presenta este programa es el uso innecesario de dos contadores, esto puede ser solventado por uno de dos mtodos:

a) Comparando con una constante numrica en lugar de hacerlo con el contador 2. b) Usando una consulta binaria en lugar de la comparacin numrica.

7

FIGURA 1: Esquema de conexin en mmico del laboratorio

SOLUCION a):

U E

ZV Z111.

CUENTA HACIA ADELANTE.

U E

ZR Z101.

CUENTA HACIA ATRAS.

U EL KZS Z

0 001

.

INICIALIZACION DEL CONTADOR 1.

L Z 1 CARGAR VALOR DEL CONTADOR.

L KF 10 CARGAR VALOR DE LA CONSTANTE NUMERICA. > = F ? ? CIERTO 1 ? NO CIERTO 0 = A 0.0 NO HAY PUESTO < F = A 0.1 HAY PUESTO

SOLUCION b):

U EZV Z

101.

CUENTA HACIA ADELANTE.

8

U E

ZR Z111.

CUENTA HACIA ATRAS.

U EL KZS Z

0 0101

.

INICIALIZACION DEL CONTADOR 1.

U Z

M1

00=.

CONSULTA BINARIA.

U M 0.0 = A 0.1 HAY PUESTO. UN M 0.0 = A 0.0 NO HAY PUESTO. Nota: Compare las soluciones propuestas e indique: Cul a su criterio es mejor? y Porqu? 2. PRE-LABORATORIO 2.1 . Disee los diagramas en escalera y escriba los programas en lenguaje STEP-5 que permitan resolver los ejercicios de alarma descritos a continuacin. 2.1.1 EJERCICIO 1 : Sistema de Distribucin de Agua Potable Se tiene el siguiente sistema de distribucin de agua potable para una poblacin dividida en 4 sectores:

El sistema tiene las siguientes caractersticas:

V22

V12 B21

Sector A

Sector B

Sector C

Sector D

Tanque de Almacenamiento

B1

B2

B11

B13

B12

B23

B22

V1

V11

V13

V21

V23

Sensor de Flujo

9

Un tanque de almacenamiento el cual posee un sensor que se activa cuando el nivel del tanque llega al mnimo permitido.

Una vlvula principal (V1) la cual permite el paso desde el tanque hasta la planta de distribucin.

Un sensor de flujo que indica cuando est circulando agua por la tubera y cuando no est circulando.

Dos (2) de bombas primarias de 5" (B1 y B2). Cada una posee un sensor que indica cuando ocurre una falla en la misma. En operacin normal estn encendidas las dos.

Cuatro (4) bombas secundarias de 2" (B11, B12, B21, B22) las cuales permiten bombear agua hacia cada sector. Cada una posee un sensor que indica cuando ocurre una falla en la misma. En operacin normal estn encendidas las cuatro.

Dos (2) bombas de reserva de 2" (B13 y B23) las cuales normalmente estn apagadas y solo se encienden cuando ocurre una falla en las bombas secundarias correspondientes (Ejm: la bomba B13 se enciende cuando ocurre una falla en la bomba B11 cuando ocurre una falla en la bomba B12), para evitar que no haya distribucin de agua hacia algn sector. Esta bomba solo puede sustituir una de las dos bombas secundarias en un mismo instante de tiempo.

4 vlvulas de distribucin (v11, v12, v21, v22) de dos entradas y una salida, que permiten seleccionar la bomba que suministrar el flujo de agua a cada sector. Cada vlvula posee dos posiciones: entrada 1 y entrada 2. La posicin normal de dicho conjunto de vlvulas en la siguiente: Vlvula v11: entrada 1, desde la bomba B11 Vlvula v12: entrada 1, desde la bomba B12 Vlvula v21: entrada 1, desde la bomba B21 Vlvula v22: entrada 1, desde la bomba B22

Dos vlvulas de falla (v13 y v23) de una entrada y dos salidas, que permiten seleccionar a que sector va a suministrar agua la bomba de reserva correspondiente. Cada vlvula posee dos posiciones: salida 1 y salida 2. La posicin normal de ste par de vlvulas es la siguiente: Vlvula v13: salida 1, hacia el sector A Vlvula v23: salida 1, hacia el sector C

Se debe disear e implementar con un PLC un sistema de deteccin y solucin de fallas leves y graves con de activacin de alarmas para el sistema de distribucin.

FALLA LEVE: Falla en alguna de las vlvulas de distribucin secundarias. FALLA GRAVE: No hay suministro de agua en alguno de los sectores de la poblacin.

Se desea que el sistema cumpla con los siguientes objetivos:

a) Emitir una seal de ALARMA LEVE en el caso de ocurrir una falla leve. b) Emitir una seal de ALARMA GRAVE en el caso de ocurrir una falla grave

10

c) En caso de falla leve, encender la bomba de reserva correspondiente y colocar la vlvula de falla en la posicin adecuada, para no detener el suministro de agua al sector.

d) Si el nivel en el tanque de almacenamiento llega al mnimo permitido o no est circulando agua en la tubera principal, cerrar la vlvula principal y apagar todas las bombas.

e) Llevar un control del N de Fallas Leves y Fallas Graves que ocurren en el sistema y activar una ALARMA DE MANTENIMIENTO si ocurren ms de 10 Fallas Leves o ms de 3 Fallas Graves. Esta alarma permitir programar un mantenimiento general del sistema tras lo cual se debe reinicializar con todo el sistema.

2.1.2 EJERCICIO 2 : Contador de Personas Se desea realizar un programa usando un contador hacia adelante y hacia atrs, para contar las personas en un recinto de 100 personas de capacidad. Para este objeto se han dispuesto a la entrada del recinto dos seales luminosas, instaladas de tal forma que al circular delante de ellas primero se interrumpe una seal y despus las dos. A partir de aqu se obtienen las seales para el contador. El esquema siguiente nos da la disposicin del contador.

Las clulas fotoelctricas dan el estado "1" cuando se interrumpe el rayo de luz. Un indicador luminoso sealiza cuando el recinto est ocupado. 2.2 Realice la simulacin de los programas a ser introducidos en el PLC, usando El programa

S5 y el de SoftLOGIC. 2.3. Realice el programa en : diagrama en escalera (LAD), diagrama de bloque de funciones

(FBD) y listado de instrucciones (STL). Todos de acuerdo a la norma IEC 61131-3.

11

2.4 Dibuje el diagrama de instrumentacin del proceso de acuerdo a las normas ISA 5.1, tal como lo hara una empresa de automatizacin.

2.5 Dibuje el diagrama de cableado de las entradas y salidas al PLC SIMATIC S5-101U en

cada proceso, de acuerdo a normas para planos de instrumentacin. 3. LABORATORIO

1. Al llegar al laboratorio debe entregar en un disco flexible la simulacin con extensin .s5d (formato siemens S5D) y todo lo solicitado en el pre-laboratorio.

2. Debe programar el PLC simatic S5 para implementar la solucin a los ejercicios propuestos de acuerdo a los programas en STL diseados, para comprobar su funcionamiento.

3. Mostrar los resultados al profesor. 4. POST-LABORATORIO

1. Realizar el informe correspondiente. 2. Agregar las modificaciones hechas a cada problema de acuerdo a su propia iniciativa.

5. BIBIBLIOGRAFA

1. Rojas Ruben. Introduccin al uso de los Controladores Lgicos Programables (PLC). Prctica # 4. Laboratorio de Sistemas de Control. Gua de Prcticas. ULA. 1998.

2. Berger Hans. La automatizacin con S5-115U. SIEMENS, S.A. Berlin. Munich. Repblica Federal de Alemania. 1987.

3. SIEMENS. SIMATIC S5. Programmable Controllers. S5-101U Self-Study Systems. 1989. 4. Hughes Thomas A. Programmable Controllers. Third Edition. ISA. USA. 2001.