Instruccions bàsiques de programació dels autòmats programables 1

L’autòmat programable S7-1200 de Siemens és un PLC compacte, ja que incorpora en una mateixa carcassa la CPU (unitat central de processament), una font d’alimentació integrada, les memòries i els mòduls d’entrades i sortides, però a més és ampliable, per la qual cosa es poden connectar al bloc de la CPU altres mòduls d’entrades i sortides digitals i analògiques, mòduls de comunicació, etc. Totes les característiques d’aquest autòmat, tant de maquinari com de programari, són molt semblants a la majoria de PLC d’altres fabricants. content>

La CPU 1214C AC/DC/Rly de la familia d’autòmats S7-1200 té unes dimensions molt petites, 110 × 100 × 75 mil·límetres, però alhora unes característiques molt potents, com:

• Memòria d’usuari: Memoria de Treball 100 kB, de Càrrega 4 MB interna (ampliable fis al tamay de la SD) i remanent 10 kB.
• 14 entrades i 10 sortides digitals.
• Ampliable fins a 8 mòduls d’entrades i/o sortides.
• 2 entrades analògiques.
• RT (Real Time) amb un temps mínim d’emissió d’ 1 ms.
• 1 port integrat de comunicació tipus Ethernet.
• 1 kB de memoria d’imatge de procés per entrades i 1 kB per sortides.
• Quantitat de temporitzadors limitat per el tamany de memòria, 16 bytes per temporitzador.
• Quantitat de comptadors limitat per el tamany de memòria. La memòria destinada al comptador depen del tipus de memoria de comptatge, SInt - 3 bytes, Int - 6 bytes i DInt - 12 bytes.

En la figura podeu veure les característiques del maquinari de l’autòmat S7-200 i com es connecta a la programadora.

El programari que es fa servir per programar el PLC S7-1200 és el TIA PORTAL, que us permet escriure els programes en tres llenguatges de programació:

• KOP, o esquema de contactes.
• FUP, o diagrama de funcions.
• SCL, o estructurat.

Per poder escriure un programa heu de conèixer la nomenclatura dels elements bàsics de programació amb que haureu de treballar; en la taula teniu un resum de dita nomenclatura en el sistema anglosaxó.

Per poder introduir un esquema d’automatismes en l’autòmat programable, és a dir, per escriure un programa per a un PLC, heu de conèixer en primer lloc en quins borns de connexió del PLC estan connectades les entrades i les sortides de l’esquema (figura).

En les connexions representades en la figura podeu veure, per exemple, que l’interruptor S1 està connectat al born corresponent a l’entrada I0.1 i el pilot H3 al born de la sortida Q0.3.

També heu de saber que l’algoritme de control, és a dir, les condicions de funcionament de la instal·lació, està representat en aquest exemple en l’esquema de lògica cablada de la figura.

Una vegada que teniu això clar, només es tracta de convertir l’esquema simplificat segons la norma europea, amb esquema de lògica cablada, a la representació americana, amb representació KOP i esquema de contactes, i amb els paràmetres d’entrades i sortides corresponents.

En la figura es mostren els passos per fer un programa per al PLC a partir de l’esquema en lògica cablejada.

Mentre no treballeu connectats amb el PLC, comproveu el funcionament dels programes corresponents a les activitats i exercicis fets amb TIA PORTAL amb el simulador S7-PLCSIM.

Les instruccions més senzilles que es poden programar en els autòmats programables són les corresponents a entrades i sortides, però també són les que més s’utilitzen, i per això és important entendre com es programen i com les tracta la unitat central del PLC, ja que us servirà per raonar amb fonament programes més complexos.

En la figura podeu veure l’esquema de lògica cablejada i el programa en esquema de contactes corresponent a l’enunciat.

Si analitzeu l’esquema de lògica cablejada de la figura veureu que, en tancar l’interruptor S1, arriba la línia L1 al born superior de la bombeta H3 mitjançant el fil que uneix els dos elements, i com a la part inferior de la bombeta arriba la línia L2, aquesta s’il·lumina en arribar-li les dues línies d’alimentació.

Amb el PLC no hi ha connexió elèctrica entre l’interruptor i la bombeta; és el programa que fa que en funció de l’estat de l’interruptor doni ordre de connectar o desconnectar la bombeta, i ho fa de la manera següent:

• L’autòmat llegirà el valor que tingui l’entrada I0.1 i ho assignarà a la sortida Q0.3; per tant, si l’interruptor està obert, no deixarà passar corrent i no arribarà tensió al born corresponent a l’entrada I0.1, i per això el PLC prendrà aquesta informació com un “zero” i carregarà aquest zero a la sortida Q0.3, és a dir, no subministrarà tensió al born corresponent i no funcionarà la bombeta H3.
• Quan es tanqui l’interruptor, arribarà tensió al born de l’entrada I0.1, i per això el PLC prendrà aquesta informació com un “u”, que assignarà a la sortida Q0.3 i llavors s’il·luminarà la bombeta H3.

En la figura podeu veure l’esquema de lògica cablejada i el programa en esquema de contactes corresponent a l’enunciat.

Si analitzeu l’esquema veureu que les condicions perquè funcioni, per exemple la bombeta H3, són diferents de les que necessita qualsevol altra sortida, és a dir, que siguin circuits independents, encara que estiguin representats en el mateix esquema. Cadascun d’aquests circuits independents normalment s’anomenen branques; per tant, en aquest esquema teniu cinc branques.

En la figura podeu veure l’esquema de lògica cablada i el programa en esquema de contactes corresponent a l’enunciat, i podeu comprovar la diferència entre la lògica cablada i la programada. En la cablada es veu que l’interruptor S3 té dues funcions diferents i, per tant, necessita dos contactes, és a dir, serà un interruptor de doble càmera, fet que encareix el producte. En la lògica programada l’interruptor S3 només té un contacte, que està connectat a l’entrada I0.3, encara que després es programi dues vegades.

En un programa es poden programar, repetir, els contactes de les entrades tantes vegades com sigui necessari, encara que només hi hagi una entrada física. El PLC, en llegir el programa, consulta l’estat de l’entrada cada vegada que la trobi programada i multiplica o suma el valor d’aquesta amb el resultat anterior emmagatzemat en la memòria interna en funció de l’operació en sèrie o paral·lel que tingui l’entrada.

En la figura podeu veure l’esquema de lògica cablada i el programa en esquema de contactes corresponent a l’enunciat.

Un programa sense parèntesis és aquell en què, cada vegada que programem un contacte en sèrie o en paral·lel, està en sèrie o en paral·lel amb tots els contactes programats abans en la mateixa branca.

Vegeu la figura i comproveu com l’entrada I1.4 està en sèrie amb I1.0, i la I1.1 està en paral·lel amb les dues anteriors, i la I1.5 en sèrie amb tot l’anterior, i així successivament. Això vol dir que, encara que l’esquema és llarg, el programa és senzill, ja que l’expressió algebraica corresponent no conté parèntesis: I1.0 × I1.4 + I1.1 × I1.5 + I1.2 × I1.7 + I1.3 = Q0.3

En la figura podeu veure l’esquema de lògica cablejada i el programa en esquema de contactes corresponent a l’enunciat.

Funcionament de la branca corresponent a l’electrovàlvula Y10:

• L’interruptor S3 està en sèrie amb l’S4.
• L’interruptor S5 està en sèrie amb l’S6.
• El conjunt de S3 i S4 està en paral·lel amb el conjunt format per S5 i S6.

Això correspon a l’expressió algebraica (S3 × S4) + (S5 × S6) = Y10, que, com podeu veure, conté parèntesis.

De la mateixa manera a la segona branca li correspon l’expressió algebraica (S10 + S11) × (S12 + S13) = K1M.

En la figura podeu veure l’esquema de lògica cablada i el programa en esquema de contactes corresponent a l’enunciat.

Fixeu-vos que en aquest exemple hi ha contactes que no corresponen a entrades, és a dir, contactes que no podeu accionar manualment com feu amb les entrades, sinó que es tanquen i obren automàticament quan funciona la bobina corresponent. Aquests contactes, que corresponen a la bobina del preactuador identificats amb el símbol KxM, es programen en el PLC amb l’operand de la sortida corresponent, i són uns contactes interns, o millor dit, uns registres interns que tenen valor 1 quan s’activa la sortida. Per tant, els contactes oberts valen 0 quan la sortida està a 0, i 1 quan aquesta sortida s’activa. Per contra, els contactes negats valen 1 quan la sortida està a 0, i 0 quan aquesta sortida s’activa. Com que són contactes interns, es poden programar tants contactes de sortides com se’n necessitin; l’únic límit és la capacitat de la memòria del PLC.

Els biestables són elements de memòria que amb un impuls d’entrada conserven indefinidament qualsevol dels dos estats de sortida 1 o 0. S’anomenen bàscules, flip-flop, forrellat, multivibrador biestable, i n’hi ha de dos tipus:

• Asíncrons. No necessiten cap senyal de rellotge per activar la sortida.
• Síncrons. Els senyals d’entrada han de coincidir amb un senyal de rellotge perquè les sortides siguin connectades. Aquest senyal de rellotge pot ser:
  • Amb flanc de pujada: val 1 quan el senyal del rellotge passa de 0 a 1.
  • Amb flanc de baixada: val 1 quan el senyal del rellotge passa d’1 a 0.
  • Que valgui 1: val 1 mentre el senyal del rellotge està a 1.

Hi ha diferents tipus de biestables depenent del valor que pren la sortida en funció de l’estat de les entrades.

• Biestable R-S. Amb un impuls a l’entrada S i ordre de connectar set, connecta la sortida, i amb un altre impuls a l’entrada R i ordre de desconnectar reset, la desconnecta. En el cas d’enviar senyal a la vegada a les entrades S i R, la sortida es posa a 0 sigui quin sigui el seu valor anterior. Aquests biestables són els que es poden programar en la majoria d’autòmats programables, però amb la diferència que en el cas d’enviar senyal a la vegada a les instruccions set i reset, no posa a 0 la sortida, sinó que predomina la que estigui programada en últim lloc.

Les instruccions de set/reset s’utilitzen molt en circuits d’automatismes i realitzen la mateixa funció que un circuit d’aturada i marxa, amb l’avantatge que el circuit set/reset es programa en dues branques independents i el d’aturada i marxa ho fa en una de sola, per la qual cosa no es poden separar les condicions d’aturada de les de marxa. La instrucció set correspon a l’ordre de marxa, és a dir, amb un impuls a la bobina set és suficient perquè aquesta es connecti, i resta connectada fins que arribi un altre impuls a la bobina del reset, que correspon a l’ordre d’aturada, i es fa, com podeu veure, la mateixa funció que els polsadors de marxa i aturada.

• Biestable J-K. Amb un impuls a l’entrada J i ordre de connectar, connecta la sortida, i amb un altre impuls a l’entrada K i ordre de desconnectar, la desconnecta. En el cas d’enviar senyal a la vegada, en les entrades J i K la sortida inverteix el valor que tenia anteriorment.
• Biestable T. És un biestable J-K en el qual s’han unit les dues entrades; així doncs, sempre tenim el mateix valor en les entrades J i K i cada vegada que arriba senyal a les entrades, canvia el valor de la sortida.
• Biestable D. És un biestable síncron, i cada vegada que arriba un sincronisme, és a dir, cada vegada que arriba senyal a l’entrada del rellotge, posa a la sortida el mateix valor que hi ha a l’entrada D.

En la figura podeu veure l’esquema de lògica cablada i el programa en esquema de contactes corresponent a l’enunciat.

Podeu observar que els polsadors d’aturada S3 de l’esquema de lògica cablada són tancats, i en el programa en esquema de contactes KOP estan programats oberts; això és degut al fet que en l’entrada I0.3 del PLC hi ha connectat un polsador normalment tancat i, per tant, en repòs deixa passar corrent i l’entrada I0.3 té el valor 1.

Si mireu l’esquema de lògica cablada i n’analitzeu el funcionament, veureu el següent:

• En accionar el polsador de marxa S4, es posen en funcionament les bobines K1M i K2M i en deixar el polsador continuen funcionant, i s’autoalimenten, doncs, pels contactes oberts de les bobines.
• Quan les bobines estan funcionant i accioneu el polsador d’aturada S3, deixen de funcionar.

Aparentment el funcionament de les dues bobines és igual, però si accioneu a la vegada els polsadors de marxa i aturada, podeu comprovar com només funcionarà la bobina K2M, i això vol dir que, en el circuit de K1M predomina l’ordre d’aturada i en el de K2M predomina l’ordre de marxa.

En la figura podeu veure l’esquema de lògica cablada i el programa en esquema de contactes corresponent a l’enunciat.

Una sortida accionada mitjançant les instruccions set-reset es connecta quan li arriba tensió, és a dir, un 1, a la bobina set, i continua connectada encara que es posi a 0. Per desconnectar-la hem de donar tensió, és a dir, un 1, a la bobinareset, i heu de tenir en compte que si arriba a la vegada un 1 a les bobines set i reset, predomina la que està programada en últim lloc.

En la figura podeu veure l’esquema de lògica cablejada i el programa en esquema de contactes corresponent a l’enunciat.

Si programeu una sortida diverses vegades, heu de tenir en compte que físicament només existeix una sortida i, per tant, totes les diferents ordres de connexió i de desconnexió actuen sobre aquesta sortida real; si programeu una mateixa sortida diverses vegades mitjançant les instruccions setreset, aquesta es connectarà cada vegada que arribi un 1 a qualsevol de les bobines set, i es desconnectarà cada vegada que arribi un 1 a qualsevol de les bobines reset. Si arriba un 1 a la vegada a una bobina set i a una reset, predominarà la programada en últim lloc.

En la figura podeu veure l’esquema de lògica cablejada i el programa en esquema de contactes corresponent a l’enunciat.

Quan programeu diverses vegades una mateixa sortida, el registre d’aquesta sortida pren el valor que correspon a la instrucció programada i, per tant, pot tenir diferents valors en diferents llocs del programa, encara que el valor que transfereix a l’actuador connectat a la sortida serà el que tingui el registre al final del programa, que correspondrà a la darrera instrucció programada.

Els autòmats programables fonamenten la seva programació en la conversió de l’esquema de contactes corresponent al circuit d’automatismes en una llista d’instruccions, però poden utilitzar moltes instruccions basades en l’electrònica digital que no corresponen a cap circuit elèctric, i això fa que augmenti la potència dels programes que es poden fer amb els autòmats programables. Entre d’altres instruccions, les més bàsiques són els flancs positiu i negatiu, i el modificador not.

Un flanc és un registre intern de l’autòmat que converteix un senyal permanent en un pols que dura un scan. En la figura podeu veure l’esquema de lògica cablejada i el programa en esquema de contactes corresponent a l’enunciat.

El funcionament és el següent: en accionar l’entrada I0.1 es produeix el flanc positiu i arriba senyal a les sortides Q0.1 i Q1.0; la primera només funcionarà durant un cicle, que és el temps que dura el flanc, i la segona es manté activada, ja que està programada amb la instrucció set. De la mateixa manera, en deixar l’entrada I0.1 es produeix el flanc negatiu i arriba senyal a les sortides Q0.2 i Q1.1; la primera només funcionarà durant un cicle, que és el temps que dura el flanc, i la segona es manté activada, ja que està programada amb la instrucció set. Amb l’entrada I0.7 es fa el reset de les sortides Q1.0 i Q1.1.

En la figura es mostra el diagrama de funcionament de les entrades amb flancs, i podeu veure com, en el moment que l’entrada passa de l’estat 0 a 1, que és quan s’executa el flanc positiu, es connecta la sortida Q0.1, però ho fa només durant un cicle, de la mateixa manera en el moment que l’entrada passa de 1 a 0, que és quan s’executa el flanc negatiu, es connecta la sortida Q0.2 també només durant un cicle.

El modificador not és un registre intern de l’autòmat que inverteix el valor que li arriba; per tant, si el resultat de la combinació de contactes programats abans del modificador és 1, en la instrucció següent del not hi haurà 0, és a dir, si en l’entrada tenim 1 a la sortida tindrem 0, i a l’inrevés, si a l’entrada tenim 0 en la sortida tindríem 1.

En la figura podeu veure l’esquema de lògica cablejada i el programa en esquema de contactes corresponent a l’enunciat. Hi podeu veure que en el network 1, el modificador not no afecta el funcionament de la sortida Q0.3, i que en el network 2 el modificador not no inverteix el valor de l’entrada I1.3.

En la figura es mostra l’esquema de funcionament del modificador not; hi podeu veure com, quan l’entrada I0.0 val 1, arriba un 0 a la sortida Q0.0 connectada mitjançant el modificador not, i en canvi, a la sortida Q0.1, que no té el modificador not, li arriba el mateix valor de l’entrada, és a dir, un 1. En l’esquema de la dreta podeu veure que quan l’entrada I0.0 val 0, la sortida que funciona és la Q0.0, ja que el modificador inverteix el valor que li arriba a l’entrada.

Un merker és un registre intern de l’autòmat programable que es posa a 1 o 0 en funció de l’expressió algebraica corresponent a la interconnexió dels contactes que l’activen. Es representen amb la lletra M i estan agrupats en bytes, és a dir, en grups de vuit bits. Així doncs, els paràmetres delsmerkers són iguals que els de les entrades i sortides.

El funcionament dels merkers és similar al de les sortides; l’única diferència és que la sortida dóna un senyal extern i el merker no, però es representa igual, és a dir, per activar-lo es programa una bobina, igual que es fa amb les sortides, i es poden programar tants contactes oberts i tancats d’aquesta bobina com calguin.

En la figura podeu veure l’esquema de lògica cablejada i el programa en esquema de contactes corresponent a l’enunciat.

El funcionament és el següent: amb la instal·lació en repòs el contacte tancat del relé K1 deixa passar corrent i, per tant, la bombeta H4 funciona. Quan accioneu l’interruptor S4 es connectarà el contactor K1M i el relé K1, i en aquest moment els contactes del relé canviaran d’estat, el contacte tancat s’obrirà i desconnectarà la bombeta H4.

El contactor K1M i el relé K1 estan connectats en paral·lel, i funcionen a la vegada; ara bé, si mireu el PLC veureu que el contactor està connectat a la sortida Q0.1 i, per tant, hi ha un LED que s’encén quan funciona la sortida, però el relé no està connectat a cap born i, per tant, externament no tenim proves del seu funcionament, ja que és un registre intern, encara que podeu veure com, mitjançant contactes d’aquest registre, podeu accionar elements externs, en aquest exemple la bombeta H4.