1. Marcha-paro de un motor - Programación en TIA Portal V14 - Tutorial básico

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El objetivo de este tutorial es enseñar los conceptos básicos de la utilización del software de programación TIA Portal V14, para ello realizaremos un sencillo programa de marcha paro de un motor.

Software necesario, recomendable que esté actualizado a la última versión:
  • TIA Portal V14 (Software para programar)
  • Simulador PLCSIM V14 (Software para simular el PLC)

Nota importante: Este tutorial será realizado con la versión 14 de TIA Portal pero es posible realizarlo utilizando versiones anteriores.

Puntos que veremos durante el tutorial:
  • Creación de un proyecto
  • Agregar un dispositivo PLC a un proyecto
  • Definir variables en el PLC
  • Crear un programa
  • Simular un programa


CREACIÓN DE UN PROYECTO


Una vez ejecutemos el software nos aparecerá una ventana llamada vista del portal desde la cual podremos crear nuestro proyecto siguiendo tres sencillos pasos (ver imagen 1):

1. Seleccionamos crear proyecto.

2. Nos aparecerán una serie de apartados que podremos modificar:
    • Nombre proyecto: Aquí daremos nombre a nuestro proyecto para poder identificarlo.
    • Ruta: Indica la ruta donde se guardará el proyecto, puede modificarse haciendo clic en el cursor “…” que hay en su extremo derecho.
    • Autor: No es necesario rellenarlo, por defecto viene escrito el nombre del usuario de Windows con el que hemos iniciado sesión.
    • Comentario: No es necesario rellenarlo.

3. Una vez introducido los datos necesarios hacemos clic en el botón crear para terminar con la creación del proyecto.
Imagen 1. Crear un proyecto

AGREGAR UN DISPOSITIVO PLC A UN PROYECTO


Una vez creado el proyecto, el software nos redirigirá automáticamente al apartado de dispositivos y redes desde el cual podremos agregar nuestro dispositivo PLC.

Para nuestro proyecto usaremos un SIMATIC S7-1500, CPU 1511C-1 PN, que dispone de:
  • 5 entradas analógicas.
  • 2 salidas analógicas.
  • 16 entradas digitales.
  • 16 entradas analógicas.

Para agregar el dispositivo seguiremos 5 pasos (ver imagen 2):

1. Accedemos al apartado de dispositivos y redes.

2. Seleccionamos agregar dispositivo.

3. En la ventana de agregar dispositivo seleccionamos controladores.

4. Buscamos entre los controladores disponibles el que queramos agregar, en nuestro caso un S7-1500 CPU 1511C-1 PN.

5. Por último pulsamos agregar, si hemos marcado la casilla a la izquierda del botón de agregar, se nos redirigirá automáticamente a la vista de dispositivos, dentro de la vista del proyecto.

Imagen 2. Agregar un dispositivo

Una vez completados los pasos anteriores, nuestro proyecto debería de verse de la siguiente forma (ver imagen 3):

Imagen 3. Vista del proyecto

Antes de continuar, explicaremos brevemente varios puntos del árbol del proyecto,  a través de los cuales nos moveremos durante la realización del tutorial (ver imagen 4):

1. Configuración de dispositivos: Nos permite acceder a los parámetros y la configuración de hardware de nuestro PLC.

2. Bloques de programa: Esta parte del proyecto contiene el programa del PLC. Desde aquí podemos acceder a los distintos bloques del programa y agregar nuevos bloques.

3. Variables PLC: Contiene las variables de entradas, salidas y marcas que podemos utilizar en el programa.

Imagen 4. Árbol del proyecto


DEFINIR VARIABLES EN EL PLC


Las variables de nuestro PLC se dividen en tres grupos, entradas "I", salidas "Q" y marcas internas "M", en este tutorial solo usaremos variables de entrada y de salida.

Antes de definir las variables que usaremos para crear nuestro programa debemos averiguar que direcciones de entrada y salida utiliza nuestro PLC, para ello accederemos a la configuración de dispositivos de nuestro PLC a través del árbol del proyecto.


Dentro de esta ventana debemos de fijarnos en tres puntos importantes (ver imagen 5):


1. En la tabla dentro de la pestaña de vista general de dispositivos podemos ver las direcciones de entrada “Dirección I” y direcciones de salida “Dirección Q” que utiliza nuestro PLC. En nuestro caso nos interesa saber las direcciones utilizadas por nuestro módulo de 16 entradas digitales y 16 salidas digitales, en la tabla lo identificamos como DI 16/DQ 16_1. Si nos fijamos en la columna dirección I vemos que nuestras entradas digitales ocupan los bytes 10 y 11 de entradas, en la columna de la derecha vemos que nuestras salidas digitales ocupan los bytes 4 y 5 de salidas.


2. Podemos ver con más detalle las variables IO de un módulo del PLC seleccionándolo en la tabla de vista general de dispositivos y seleccionando la pestaña de variables IO en la ventana de propiedades de ese módulo.


3. En caso de que las entradas y salidas digitales de nuestro PLC, por ejemplo, no fuesen las suficientes, es posible agregar más módulos al PLC desde el catálogo de hardware, basta con buscar el módulo y arrástralo hasta el perfil donde está situado nuestro PLC.

Imagen 5. Hardware

Una vez hemos averiguado que direcciones ocupan nuestras entradas y salidas digitales pasaremos a definir las variables que vamos a utilizar en nuestro programa, para ello accederemos a la tabla de variables del PLC a través del árbol de proyecto.

Antes de continuar debemos conocer una serie de puntos sobre las entradas y salidas digitales:

1. Las entradas y salidas digitales se agrupan en bytes, un byte contiene 8 bits, cada uno de esos bits representa una entrada o salida digital.

2. Las entradas y salidas digitales son variables de tipo bool o booleano, es decir, solo pueden tener dos estados, 0 y 1.

3. En el caso de TIA Portal la dirección de las variables de entrada se identifican con el prefijo %I, un ejemplo de entrada digital sería %I10.0. La dirección de las variables de salida se identifica con el prefijo %Q, un ejemplo de salida digital sería %Q4.0.


Conociendo estos tres puntos pasaremos a declarar nuestras variables (ver imagen 6), en nuestro caso usaremos tres variables, dos entradas digitales para el pulsador de marcha y el pulsador de paro del motor, y una salida digital para activar el motor.

En mi caso a la hora de definir los nombres de las variables utilizo el prefijo EST “Estados” para las entradas digitales y el prefijo ORD “Órdenes” para las salidas digitales, esto ayudará a mantener nuestro proyecto mejor organizado, también en conveniente añadir un comentario a las variables para identificar fácilmente el propósito de cada una de ellas o por si otra persona debe realizar alguna modificación en nuestro programa.

Imagen 6. Tabla de variables

CREAR UN PROGRAMA


Una vez hemos realizados los pasos anteriores pasaremos a crear nuestro programa, para ello nos dirigiremos al árbol del proyecto, bloques de programa, seleccionamos agregar nuevo bloque y seguimos los siguientes pasos (ver imagen 7):

1. Seleccionamos función o FC.

2. Introducimos el nombre que queramos para diferenciarlo dentro del programa.

3. Seleccionamos el lenguaje de programación para la función, en nuestro caso será KOP “Esquema de contactos”, los otros lenguajes disponibles son, FUP “Diagrama de funciones”, AWL “Lista de instrucciones” y SCL “Lenguaje estructurado de control basado en texto”.

4. Por último pulsamos aceptar si hemos marcado la casilla situada a la izquierda de aceptar nos redirigirá automáticamente a la función.

Imagen 7. Agregar nuevo bloque

Antes de continuar daremos un breve vistazo a la interfaz de programación y como utilizarla (ver imagen 8):

1. En el leguaje KOP se programa por segmentos, en esta zona realizaremos nuestro programa.

2. En el apartado instrucciones tenemos todas las instrucciones de la que dispone el software de programación TIA Portal, puede variar dependiendo del modelo de PLC, en nuestro caso usaremos las instrucciones básicas, para añadir una instrucción al programa basta con seleccionarla y arrastrarla a donde queramos.

3. En esta zona podremos colocar las instrucciones que más utilicemos, basta con seleccionarla en la lista de instrucciones y arrastrarla hasta esta barra.

Imagen 8. Interfaz de programación

Para nuestro programa de marcha paro de un motor usaremos dos instrucciones básicas:

Contacto normalmente abierto

Descripción
La activación de un contacto normalmente abierto depende del estado lógico del operando correspondiente. Si el estado lógico del operando es "1", se cierra el contacto normalmente abierto y el estado lógico de la entrada se transfiere a la salida.
Si el estado lógico del operando es "0", el contacto normalmente abierto no se activa y el estado lógico de la salida de la instrucción se pone a "0".

SR: Flipflop de activación/desactivación

Descripción
La instrucción "Flipflop de activación/desactivación" sirve para activar o desactivar el bit de un operando indicado en función del estado lógico de las entradas S y R1. Si el estado lógico de la entrada S es "1" y el de la entrada R1 es "0", el operando indicado se pone a "1". Si el estado lógico de la entrada S es "0" y el de la entrada R1 es "1", el operando indicado se pone a "0".
La entrada R1 prevalece sobre la entrada S. Si el estado lógico de las entradas S y R1 es "1", el estado lógico del operando indicado se pone a "0".
Si el estado lógico de ambas entradas S y R1 es "0", no se ejecuta la instrucción. En este caso, no cambia el estado lógico del operando.

Sabiendo esto podemos empezar a programar.
Empezaremos añadiendo la instrucción SR, para ello utilizaremos la instrucción cuadro vacío, que se encuentra en instrucciones básicas, carpeta general, también se puede añadir con [Mayús+F5], esta instrucción nos permite acceder rápidamente a otra instrucción introduciendo el nombre de la misma, en nuestro caso SR:

Añadir SR

Continuaremos añadiendo los contactos normalmente abiertos para nuestros pulsadores de marcha y paro, esta instrucción se encuentra en instrucciones básicas, carpeta operaciones lógicas con bits, también se puede añadir con [Mayús+F2]:

Añadir contactos normalmente abiertos


Por último, introducimos las variables:

Introducir variables


Con esto hemos terminado de programar nuestra función, cuando la entrada EST_PUL_MARCHA se active la instrucción SR se activará, activando la salida ORD_MOTOR, cuando la entrada EST_PUL_PARO se active la instrucción SR se desactivará, desactivando la salida ORD_MOTOR.

Para que nuestra función se ejecute debemos llamarla dentro del bloque de organización OB1, este es un bloque que se ejecuta cíclicamente, para ello debemos abrir el OB1, que se encuentra en la carpeta bloques de programa. Para llamar a nuestra función, basta con arrastrarla desde la carpeta bloques de programa hasta un segmento (ver imagen 9).


Imagen 9. Llamar FC dentro del OB1

SIMULAR UN PROGRAMA



Una vez terminado nuestro programa pasaremos a simularlo, existen varias maneras de iniciar el simulador, primero debemos seleccionar nuestro PLC, después en el menú superior hacemos clic en online, después simulación y seleccionamos iniciar, también se puede iniciar con Ctrl+Mayús+X. Una vez hecho esto deberías ver en vuestra pantalla lo siguiente (ver imagen 10).

Imagen 10. Iniciar simulación

Con esto el simulador estaría ya arrancando, solo falta que carguemos nuestro programa, seleccionamos cargar y en la siguiente ventana que nos aparece marcamos la casilla arrancar todos y seleccionamos finalizar. Si esta ventana no os aparece después de que el simulador arranque, seleccionamos nuestro PLC, después en el menú superior hacemos clic en online y seleccionamos cargar en dispositivo, también se puede usar Ctrl+L (ver imagen 11).

Imagen 11. Finalizar carga

Antes de probar nuestro programa comprobaremos que nuestra función se está llamando correctamente desde el bloque OB1, para ello estando online, abrimos el bloque OB1 (ver imagen 12):

1. Dentro de la interfaz de programación del bloque OB1 seleccionamos la observación online, esto nos permite ver de manera online lo que está ocurriendo dentro de un bloque.

2. Si hemos llamado correctamente a la nuestra función veremos que esta se ilumina en verde, eso significa que se está ejecutando.

Imagen 12. Vista online OB1
Una vez hemos comprobado que nuestra función se llama correctamente desde el OB1 accedemos a esta y seleccionamos la observación online, durante este modo podemos forzar algunas variables en este caso lo usaremos para arrancar y parar nuestro motor, forzando a 1 y a 0 nuestras variables de marcha y paro:

Forzar variables

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