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PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ

INGENIERÍA MECATRÓNICA

OBJETIVOS 

 

Familiarizar al alumno con los Controladores Lógicos Programables (Programmable Logic Controller-PLC) e Interfaces Humano Máquina (Human–Machine Interface-HMI), ampliamente utilizados en el sector industrial. Desarrollar programas con PLCs y HMI Manejar el entorno CODESYS para editar y simular programas en el PLC en lenguaje escalera (Ladder).

EQUIPOS Y COMPONENTES 

Software de programación CODESYS

1. PLC - Conceptos Básicos 1.1. CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE (PLC) Un PLC es una computadora digital utilizada para la automatización en la industria. Está diseñado para manejar entradas y salidas múltiples, operar en lugares con grandes variaciones de temperatura y

s. El PLC está constituido por un microprocesador

dotado de un hardware estándar independiente del proceso a controlar. Se adapta a tal proceso mediante un programa de usuario específico (software) escrito en un lenguaje de programación que contiene la secuencia de operaciones a realizar. La configuración del PLC, llamada arquitectura interna, incluye (como en todo sistema basado en un microprocesador) los siguientes bloques básicos: .

  

Una memoria de programa (EPROM, EEPROM) .



1.2. CLASIFICACIÓN DE LOS PLC Los PLC se pueden clasificar de distintas maneras, a continuación, se verá una que presentan: a)

.

: Son aquellos que tienen un número pequeño de E/S y (hardware): Fuente de Alimentación, CPU, Interfaces E/S, Interfaces de comunicación, etc. Hay algunos PLC compactos que permiten agregar otros módulos, ejemplo es el Pico PLC de la marca Allen Bradley en el cual se puede agregar Interfaz de E/S.

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Son aquellos que permiten adaptarlos de acuerdo con la aplicación y facilitan posteriores actualizaciones.

.

2. SISTEMA DE AUTOMATIZACION CPX-E El

de la marca Festo

y

especializado funcionalmente en el control del movimiento (

)

para el sector de la técnica de manipulación. Se compone de módulos funcionales individuales, lo que le confiere una estructura muy flexible.

. Están disponibles los siguientes módulos: 

Control



Módulos de bus



Módulos de entradas/salidas



Módulo maestro IO-Link

Los controles del sistema de automatización CPX-E son potentes y poseen numerosas funciones de control lógico programable (PLC). Cuentan con maestro comunicación con otros productos, por ejemplo, admite también

integrado para la . Según la variante,

. SoftMotion .

. 

Interfaz de programación homogénea CODESYS



Reducción del esfuerzo en desarrollo gracias a una gestión universal de los datos



Funciones de software ampliadas para una perfecta integración y un fácil control de los actuadores eléctricos



Plataforma completa y homogénea que combina la técnica servo y de motores paso a paso, lo que permite un perfecto funcionamiento mixto de ambas tecnologías :



Movimientos simples



Movimientos multieje (discos de levas)

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

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Técnica de manipulación con sistemas de cinemática Festo (pórtico horizontal de dos ejes, pórtico vertical de dos ejes, pórtico cartesiano de tres ejes)



Manipulación de piezas



Técnica de montaje (assembly)



Paletizado



Pegado, dosificación



Máquinas de envasado y embalaje



Instalaciones paletizadoras



Máquinas de montaje



Sistemas de manipulación

Fig 1.- Cuadro general de un sistema Festo

2.1. FORMAS DE PROGRAMAR UN PLC FESTO

Una lista de instrucciones (IL) consta de una serie de instrucciones. Cada instrucción comienza en una nueva línea y contiene un operador y, según el tipo de operación, uno o más operandos separados por comas.

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Delante de una instrucción puede haber una marca de identificación (etiqueta) seguida de dos puntos (:). Un comentario debe ser el último elemento de una línea. Se pueden insertar líneas vacías entre las instrucciones.

Fig 2.- Lista de instrucciones

El texto estructurado consta de una serie de instrucciones que, según lo determinado en idiomas de alto nivel

Fig 3.- Texto estructurado

El Gráfico de funciones secuenciales (SFC) es un lenguaje orientado gráficamente que . Para esto, las acciones se asignan a elementos de paso y la secuencia de procesamiento está controlada por elementos de transición.

Fig 4.- Funciones secuenciales

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) El diagrama de bloques de funciones es un lenguaje de programación orientado gráficamente. Funciona con una lista de redes mediante las cuales cada red contiene una estructura que representa una expresión lógica o aritmética, la llamada de un bloque de funciones, un salto o una instrucción de retorno.

Fig 5.- Diagrama de bloques

El gráfico de funciones continuas se basa en el lenguaje del diagrama de bloques de funciones. Sin embargo, no funciona con redes, sino con elementos que se pueden colocar libremente. Esto permite comentarios, por ejemplo.

Fig 6.- Diagrama de funciones continuas

El diagrama de escalera también es un lenguaje de programación orientado a gráficos que se acerca a la estructura de un circuito eléctrico. Por un lado, el diagrama de escalera es adecuado para construir conmutadores lógicos, por otro lado, también se pueden crear redes como en FBD.

.

El diagrama de escalera consta de una serie de redes. Una red está limitada en los lados izquierdo y derecho por una línea de corriente vertical izquierda y derecha. En el medio hay un diagrama de circuito compuesto por Cada red consiste en el lado izquierdo de una serie de contactos que transmiten de izquierda a derecha la condición "ON" u "OFF" que corresponden a los valores booleanos VERDADERO y FALSO.

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Fig 7.- Lenguaje Ladder

2.2. ESTRUCTURA DE UN PROGRAMAA

En la ventana principal podemos encontrar todas las ventanas en las cuales podemos interactuar para el desarrollo del programa. Podemos configurar las variables, podemos configurar la simulación del programa y el programa en ladder.

Fig 8.- Ventana principal

2.2.2.- Barra de menú La barra de menú se encuentra en el borde superior de la ventana principal. Contiene todos los comandos del menú.

Fig 9.- Barra de menú

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2.2.4.- Barra de herramientas Al hacer clic con el mouse en un símbolo, puede seleccionar un comando de menú más rápido. La elección de los símbolos disponibles se adapta automáticamente a la ventana activa. El comando solo se ejecuta cuando se presiona el botón del mouse sobre el símbolo y luego se suelta. Si mantiene presionado el puntero del mouse sobre un símbolo en la barra de herramientas, el nombre del símbolo se muestra en la información sobre herramientas. Para ver una descripción de cada símbolo en la barra de herramientas, seleccione en Ayuda el editor sobre el que desea información y haga clic en el símbolo de la barra de herramientas que le interese. La visualización de la barra de herramientas es opcional (consulte la categoría 'Proyecto' 'Opciones' Escritorio).

Fig 10.- Barra de herramientas

2.2.5.- Organizador de objetos El Organizador de objetos siempre se encuentra en el lado izquierdo de CoDeSys. En la parte inferior hay cuatro tarjetas de registro con símbolos para los cuatro tipos de objetos Tipos de datos

, Visualizaciones y Recursos

. POU,

. Para cambiar entre los tipos de objeto

respectivos, haga clic con el mouse en la tarjeta de registro correspondiente o use la tecla de flecha izquierda o derecha. Aprenderá en el capítulo Administrar objetos en un proyecto cómo trabajar con los objetos en el Organizador de objetos.

Fig 11.- Organizador de objetos

2.2.6.- Divisor de pantalla El divisor de pantalla es el borde entre dos ventanas que no se superponen. En CoDeSys hay divisores de pantalla entre el Organizador de objetos y el espacio de trabajo de la ventana

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principal, entre la interfaz (parte de declaración) y la implementación (parte de instrucción) de POU y entre el espacio de trabajo y la ventana de mensajes. Puede mover el divisor de pantalla con el puntero del mouse. Para ello, mueva el mouse con el botón izquierdo presionado. Asegúrese de que el divisor de pantalla permanezca siempre en su posición absoluta, incluso cuando se haya cambiado el tamaño de la ventana. Si parece que el divisor de pantalla ya no está presente, simplemente amplíe su ventana. 2.2.7.- Espacio de trabajo El espacio de trabajo se encuentra en el lado derecho de la ventana principal en CoDeSys. Todos los editores de objetos y el administrador de la biblioteca se abren en esta área. El nombre del objeto actual aparece en la barra de título; en el caso de las POU, aparece una abreviatura para el tipo de POU y el lenguaje de programación actualmente en uso entre paréntesis.

2.3. DIRECCIONES SIMBOLICAS

En un circuito eléctrico, el flujo de corriente determina el estado binario. Si la corriente fluye, el estado es "1"; en caso contrario, el estado es "0". A continuación, se presentan los bloques más utilizados en todo programa de automatización (programación Ladder): Tabla 1. Bloques utilizados en programación en lenguaje Ladder

Contacto normalmente abierto

S

R

Contacto normalmente cerrado

SR

Bobina de relé, salida

RS

Abrir rama

N

P

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Además de las operaciones lógicas,

. Además, se debe tomar en cuenta las siguientes reglas: 

El flujo de corriente es de izquierda a derecha. No se puede crear una rama que pueda resultar en un flujo de corriente en dirección inversa.



No se puede crear una rama que pueda causar un corto circuito.

2.4. ESPACIOS DE MEMORIA Cuando se maneja información en el PLC esta se guarda en espacios de memoria definidos, tanto para las entradas, salidas y marcas o variables internas.

Fig 12. Tamaño de datos para acceder a la memoria del PLC

2.5.- TIPOS DE DATOS Los tipos de datos se usan para especificar tanto el tamaño del dato (expresado en bits) y la forma como será interpretado. Cuando queremos definir un dato se debe especificar en general Los tipos de datos más usados al momento de programar son los representados en la Tabla 2:

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Tabla 2. Tipos de datos

Tipo de dato

Tamaño (bits)

Rango

Bool

1

TRUE o False

Byte

8

0 a 255

Word

16

0 a 65535

UInt

16

0 a 65535

Int

16

-32768 a 32767

Real

32

+/- 1.18 x 10 -38 a +/-3.4 x 10 38

2.6.- DIRECCIONAMIENTO DE VARIABLES La visualización directa de ubicaciones de memoria individuales se realiza mediante el uso de secuencias de caracteres especiales. Estas secuencias son una concatenación del signo de porcentaje "%", un prefijo de rango, un prefijo para el tamaño y uno o más números naturales separados por espacios en blanco. Se admiten los siguientes prefijos de rango: Tabla 3: Prefijos de entrada

I

Input

Q

Output

Tabla 4: Prefijos de salida

Tabla 5: Ejemplos de direccionamiento de entradas y salidas

%QX7.5 and %Q7.5 %IW215 %QB7 %MD48 %IW2.5.7.1 ivar AT %IW0 : WORD;

Output bit 7.5 Input word 215 Output byte 7 Double word in memory position 48 in the memory location. depending on the PLC Configuration Example of a variable declaration including an address assignment

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2.7.-CREACION DE UN PROGRAMA Para crear un programa buscamos en nuestro escritorio el icono de del programa Codesys, con la versión 2.3.

Fig 13. Logo Codesys

Nos aparecerá la pantalla general del programa.

Fig 14. Ventana principal

Le damos en archivo y luego seleccionamos nuevo

Fig15. Crear nuevo archivo

Le damos en 3SCoDeSys SP PLCWinNT V2.4

Fig 16.- Selección de versión de codesys

Seleccionamos los siguientes parámetros y le damos aceptar

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Fig 17. Configuración de parámetros

Luego seleccionamos el lenguaje en el que queremos trabajar

Fig 18. Selección de lenguaje ladder

Nos parecerá la pantalla principal donde crearemos nuestro primer programa, seleccionamos en la barra de herramientas el contactor normalmente abierto y contactor normalmente cerrado y una bobina como salida

Fig 19. Instrucciones tipo bit

Debemos tener un programa como se muestra en la siguiente figura

Fig 20. Visualización en Codesys

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A continuación, pasamos a declarar las variables para este programa, para ello damos doble click sobre el signo de interrogación, luego escribimos el nombre de la variable y damos enter y nos aparece la siguiente ventana

Fig 21. Declaración de la variable encendido

Le damos aceptar para que la variable se cree en nuestro programa, procedemos a realizar lo mismo con el contactor normalmente cerrado declarándola como apagado y la bobina como lámpara.

Fig 22. Primera línea de programa

Se puede ver que las variables también han sido creadas en la ventana de programa

Fig 23. Ventana de programa

Una vez realizado este programa nos vamos a la ventana de organizador de objetos y nos pasamos a la ventana de visualizaciones

Fig 24. Ventana de visualización

Damos click derecho y agregamos objeto

Fig 25.- Agregando objeto

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Y le damos el nombre de Scada, aquí es donde realizaremos las animaciones para interactuar con el programa creado

Fig 26. Panel de visualizaciones

Y nos crea esta nueva pantalla donde se crearán las entradas y salidas de nuestro programa

Fig 27. Ventana HMI

Vamos a crear nuestro botones que serán enlazados a las entradas encendido, apagado y lámpara. Para eso nos vamos a la barra de herramientas y seleccionamos rectángulo y creamos un rectángulo en la zona de edición

Fig 28. Creación de botón en HMI

Luego damos doble click sobre la imagen y nos manda a un menú donde podremos configurar el nombre que le daremos y a que variable lo vamos a asociar.

Fig 29. Nombre de la variable

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Desplegamos el menú como se indica la figura y buscamos las variables que hemos creado en PLC_PRG[PRG]

Fig 30. Asignación de variable de salida

Al final nos debe quedar enlazada con la variable declarada en el programa ladder y hacemos lo mismo con las demás variables de entrada y al momento de declarar la lámpara que es una variable de salida la asociamos a un cambio de color para poder apreciar cuando se presiona el pulsador de encendido.

Fig 31. Cambio de color

Luego nos vamos a cambiar el color cuando se encienda, con esto podremos apreciar cuando la lámpara se enciende.

Fig 32.- Cambio de color

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Luego pasamos a simular el circuito creado. Para eso nos vamos a la barra de menú y seleccionamos Online y le damos Simulation Mode, luego accedemos a Login y por ultimo le damos Run

Fig 33. Activamos el modo de simulación

Luego procedemos a presionar el botón de encendido y vemos que la lámpara se enciende

Fig 34. Simulación del programa

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2.7.- FUNCIONES BASICAS 2.7.1.- Set y Reset Con este comando puede definir salidas como SET o RESET. Se muestra una cuadrícula con SET OUTPUT con [S] y una cuadrícula con RESET OUTPUT con [R].

Fig 35. Instrucciones Set y Reset

La salida SET se establece como VERDADERO, si la entrada Encendido se pone en VERDADRO. La salida permanecerá en ese valor aun si la entrada se vuelve FALSA.
...