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INTRODUCCIÓN
El mundo de la industria ha avanzado muy rápido en estos últimos años. No solamente en el terreno de la tecnología y técnicas de producción, sino también en un área específica: la automatización. El concepto de producción en serie y la utilización de maquinaria cada vez más sofisticada conllevan a la automatización.
La automatización consta de dos partes: una de mando y una operativa. La parte operativa es la que actúa directamente sobre una máquina. Son los elementos que hacen que la máquina se mueva y realice la operación deseada. La parte de mando suele ser un PLC (Controlador de Lógica Programable). En un sistema automatizado, el PLC debe estar en el centro del sistema, y debe ser capaz de comunicarse y controlar todos los componentes.
Los PLCs de las diferentes compañías tienen diferentes formas de programación, pero todas basadas en alguno de los lenguajes establecidos en el estándar internacional IEC 61131-3. En él se definen 5 lenguajes de programación: diagrama de funciones a bloques, diagrama de escalera, texto estructurado, lista de instrucciones y diagrama secuencial de funciones.
En este trabajo se pretende implementar los conceptos generales de la programación en lista de instrucciones (STL) establecidos en la norma, pero enfocados a los PLCs de la marca FESTO, utilizando el programa FST.
CAPÍTULO 1
MARCO TEÓRICO
1.1 ¿Qué es un PLC (Controlador de lógica programable)?
Un controlador de lógica programable o PLC (por sus siglas en inglés Programmable Logic Controller) o controlador programable es una computadora digital utilizada para la automatización de procesos industriales tales como el control de maquinaria en una línea de ensamble. A diferencia de las computadoras de propósito general, el PLC está diseñado para múltiples arreglos de entradas y salidas, extensos rangos de temperatura, inmunidad al ruido eléctrico, y resistencia a la vibración y al impacto. Los programas para controlar la operación de la máquina por lo general se guardan en una memoria no volátil o respaldada por una batería. El PLC es un ejemplo de un sistema en tiempo real ya que los estados de las salidas deben producirse en respuesta a condiciones de entrada dentro de un tiempo determinado, de lo contrario podrían producirse resultados inesperados.
1.2 Características de los PLCs
La principal diferencia con otras computadoras es que los PLCs están construidos para resistir condiciones severas (polvo, humedad, calor, frío, etcétera) y para operar bajo muchos arreglos de entrada y salida. Éstos conectan el PLC con sensores y actuadores.
1.3 Programación de los PLCs
Los primeros PLCs, hasta mediados de los ochentas, eran programados empleando paneles de programación o terminales de programación especializados, que frecuentemente tenían funciones especiales representando los numerosos elementos lógicos de los programas del PLC. Los programas se almacenaban en cartuchos de cintas magnéticas. Recientemente, los programas son desarrollados con aplicaciones especiales en computadoras personales para después descargarlos a través de un cable de conexión directa o una red de computadoras al PLC. Los PLCs más viejos utilizaban memoria no volátil con núcleo magnético, pero ahora el programa es almacenado en la RAM u otro tipo de memoria flash no volátil.
Los primeros PLCs fueron diseñados para reemplazar los antiguos sistemas lógicos de control basados en relés. Su programación se hacía basándose en la lógica de escalera, que se asemejaba a un diagrama esquemático con lógica de relés. Los PLCs modernos pueden ser programados de muchas maneras, desde lógica de escalera hasta lenguajes de programación más tradicionales como BASIC y C. Otro método es la lógica de estados, un lenguaje de programación de muy alto nivel diseñado para programar PLCs basado en los diagramas de transición de estados.
Recientemente, el estándar internacional IEC 61131-3 ha adquirido mucha popularidad. IEC 61131-3 actualmente define cinco lenguajes de programación para sistemas de control programables: Diagrama de Funciones a Bloques o FBD (Function
Block Diagram), Diagrama de Escalera o LD (Ladder Diagram), Texto Estructurado o ST (Structured Text), similar al lenguaje de programación Pascal, Lista de instrucciones o IL (Instruction List), similar al lenguaje Ensamblador y Diagrama Secuencial de Funciones o SFC (Sequential Function Chart). Estas enfatizan la organización lógica de las operaciones.
A pesar de que los conceptos fundamentales acerca de la programación de los PLC son comunes a todos los fabricantes, las diferencias en el direccionamiento de entradas y salidas, organización de la memoria y los conjuntos de instrucciones hacen que los programas de PLCs no sean perfectamente intercambiables entre diferentes marcas. Inclusive dentro de una misma línea de un solo fabricante, modelos diferentes pueden no ser directamente compatibles.
1.4 ¿Qué es FST?
El FESTO FST es un compilador y programador de PLCs de la marca FESTO sencillo y fácil de utilizar. Tiene la posibilidad de adoptar diferentes métodos de programación como son la lista de instrucciones, STL (Statement List) o AWL (Anweisungliste) y el diagrama de escalera, LDR (Ladder Diagram) o KOP (Kontaktplan).
CAPITULO 2
TRABAJANDO CON PROYECTOS
2.1 Organizando proyectos
Todo en el programa FST está organizado en proyectos. Un proyecto contiene el código fuente de los programas, los módulos importados (compilados) de la librería, las configuraciones de controladores y E/S, la lista de asignaciones y varias propiedades específicas del proyecto.
2.2 Creando un nuevo proyecto
Un proyecto es creado cuando se requiere programar una nueva tarea para un controlador. Una vez hecho esto, el proyecto se guarda en el directorio actual.
Para crear un nuevo proyecto se debe realizar lo siguiente:
- Seleccione [Project] [New...]. El cuadro de diálogo de “New Project” aparecerá en la pantalla.
Figura 2.1 Creando un nuevo proyecto
La lista muestra los nombres, comentarios y tipos de controladores de los proyectos existentes.
- Introduzca el nombre del nuevo proyecto (máximo 8 caracteres) en el campo en blanco “Name”.
NOTA: Los nombres de los proyectos no deben contener espacios o los siguientes caracteres: \ / : *? < > |. Todos los demás caracteres son permitidos, sin embargo, es recomendable utilizar solamente letras, números y guiones bajos.
El nombre del proyecto no debe contener más de 8 caracteres. Se carga en el momento que el proyecto se importa en el controlador. El nombre de cada proyecto
Varios archivos como el código fuente de los programas, documentación, lista de asignaciones y otros son guardados en el directorio del proyecto. Estos archivos son utilizados por el FST y herramientas externas.
2.3 La lista de asignaciones
Los medios de operación del controlador (temporizador, contador, índice, entradas, salidas, etcétera) son direccionados por medio de operandos. Debe hacerse una distinción entre operandos de un solo bit y los operandos multi-bit. Las entradas, salidas y las banderas están organizadas como palabras. Además pueden direccionarse como palabras o como bits. Todos los demás operandos únicamente pueden direccionarse ya sea sólo como palabras o sólo como bits.
Para cada programa, se puede tener acceso a los medios de operación a través de:
Operandos absolutos (ejemplo: T1 por Timer No. 1) Operandos simbólicos (ejemplo: FOCO por salida 1.0)
2.4 Operandos absolutos
Un operando absoluto consiste en:
Una letra que denota el tipo de operando (O por salida [output], I por entrada [input], etc.) En los casos donde aplique, la letra W para indicar que es una palabra (para operandos multi-bit) La dirección del operando
2.5 Operandos multi-bit
Un operando absoluto multi-bit contiene los siguientes elementos:
Figura 2.3 Operando absoluto multi-bit
programa como “MOTOR_ON”. Los operandos simbólicos pueden ser asignados a operandos absolutos a través de la lista de asignaciones (allocation list).
Los operandos simbólicos ayudan a que los programas sean más transparentes y aseguran una mayor claridad, inclusive cuando los operandos son demasiados.
Los nombres no deben contener más de 9 caracteres y deben comenzar con una letra o con un guión bajo, después cualquier combinación de letras, números y guiones bajos pueden proseguir. No son permitidos los espacios ni que un operando absoluto válido sea utilizado como operando simbólico.
2.8 Abriendo la lista de asignaciones
Para abrir el editor de lista de asignaciones, seleccione el comando [View] [Allocation List] en el menú o haga doble clic en “Allocation List” en la ventana de proyecto. La ventana del editor aparecerá en la pantalla.
La lista actual de asignaciones se muestra en la ventana. Por cada elemento, el operando absoluto, el operando simbólico y los comentarios se despliegan en columnas. Los símbolos en el extremo izquierdo, al inicio de cada línea ayudan a diferenciar entre las entradas y las salidas de los operandos internos.
Figura 2.5 Editor de lista de asignaciones
2.9 Introduciendo un operando
Para agregar un operando siga los siguientes pasos:
- Seleccione en el menú el comando [Insert] [Operand] o seleccione [Insert Operand] del menú contextual haciendo clic derecho en alguna línea vacía en la lista o también oprima la tecla “Insert” cuando la ventana de la lista de asignaciones esté activa.
- Introduzca el operando absoluto deseado. Si lo desea, puede agregar un operando simbólico y un comentario
2.11 Eliminando una entrada en la lista de asignaciones
Para eliminar una entrada en la lista de asignaciones seleccione el operando y presione la tecla “Supr” o seleccione el comando [Edit] [Delete] en el menú o seleccione [Delete] en el menú contextual haciendo click derecho con el ratón.
2.12 Trabajando con los programas del controlador
Los programas, módulos de funciones y módulos de programa son partes ejecutables del proyecto. Un proyecto como máximo puede comprender:
64 Programas 100 Módulos de función (CFMs) 100 Módulos de programa (CMPs)
FST administra hasta 9 diferentes versiones de cada programa, pero solamente una de estas versiones puede descargarse en el controlador.
FST pude crear programas en lista de instrucciones (STL) o en diagrama de escalera (LDR). Para tareas especiales, se pueden emplear los módulos pre-compilados en la librería del FST. Estos módulos son programados principalmente en C.
2.13 Creando un nuevo programa o módulo
Para crear un nuevo programa o un nuevo módulo:
- Seleccione el comando [Program] [New...] en el menú o haga clic derecho en el elemento correspondiente y seleccione [New...] en el menú contextual.
Figura 2.7 seleccionando un lenguaje de programación
- Seleccione el lenguaje de programación. Los programas y/o los módulos presentes en el proyecto aparecen en la ventana con sus respectivos comentarios.
- Efectúe las configuraciones necesarias y confirme seleccionando “OK”. El nuevo programa y/o módulo es creado y abierto automáticamente.
Figura 2.9 Ventana de proyectos
- Puede limitar el número de programas y módulos que se muestran en la lista utilizando los campos de filtrado “Type” (para seleccionar el tipo de controlador) y “Language” (para seleccionar el lenguaje de programación).
- Haga doble clic en el programa o modulo que desea abrir o seleccione y confirme con “OK”.
- Confirme nuevamente. El programa o módulo será abrirá inmediatamente.
CAPITULO 3
PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DEL SISTEMA OPERATIVO FST
3.1 Descripción de los operandos
Los programas en un PLC consisten en códigos de programa que gestionan la información. Estos datos son provistos por el sistema operativo del PLC para los programas en la forma de medios operativos (operandos). Los operandos incluyen las entradas y las salidas del controlador, al igual que los elementos internos de la memoria como son las banderas, índices y un número de operandos especiales. Éstos son los operandos convencionales de un PLC.
En principio, existe una gran diferencia entre los operandos de un solo bit y los operandos de 16 bits, conocidos como palabras (words). En algunos casos, los operandos pueden utilizarse ya sea como el valor de un bit o como el valor de una palabra. Para el FST, todas son entradas, todos son salidas y todos son banderas. Todos los demás operandos pueden utilizarse solamente como palabra o como bit.
Si un medio operativo está disponible ya sea como bit o como palabra, es aceptado que en una palabra, el bit número 0 se encuentra en el lugar del bit menos significativo (extremo derecho). Por ende, el bit más significativo de la palabra es el bit con el número 15.
