Automatización Industrial
PLCs
SIMATIC S7
Curso 2001-2001
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Qué es un P.L.C.?
P.L.C. (Programmable Logic Controller) significa Controlador Lógico Programable.
Un PLC es un dispositivo usado para controlar. Este control se realiza sobre la base de una lógica, definida a través de un programa.
Estructura de un Controlador Lógico Programable
Funcionamiento
Para explicar el funcionamiento del PLC, se pueden distinguir las siguientes partes:
• Interfaces de entradas y salidas
• CPU (Unidad Central de Proceso)
• Memoria
• Dispositivos de Programación
Funcionamiento
El usuario ingresa el programa a través del dispositivo adecuado (un cargador de programa o PC) y éste es almacenado en la memoria de la CPU.
La CPU, que es el "cerebro" del PLC, procesa la información que recibe del exterior a través de la interfaz de entrada y de acuerdo con el programa, activa una salida a través de la correspondiente interfaz de salida.
Evidentemente, las interfaces de entrada y salida se encargan de adaptar las señales internas a niveles del la CPU. Por ejemplo, cuando la CPU ordena la activación de una salida, la interfaz adapta la señal y acciona un componente (transistor, relé, etc.)
Cómo funciona la CPU?
• Al comenzar el ciclo, la CPU lee el estado de las entradas.
• A continuación ejecuta la aplicación empleando el último estado leído.
• Una vez completado el programa, la CPU ejecuta tareas internas de diagnóstico y comunicación.
• Al final del ciclo se actualizan las salidas. • El tiempo de ciclo depende del tamaño del
programa, del número de E/S y de la cantidad de comunicación requerida.
Cómo funciona la CPU?
Ciclo PLC
Ventajas en el uso del PLC comparado con sistemas basados en relé o
sistemas electromecánicos
Flexibilidad: Posibilidad de reemplazar la lógica cableada de un tablero o de un circuito impreso de un sistema electrónico, mediante un programa que corre en un PLC.
Tiempo: Ahorro de tiempo de trabajo en las conexiones a realizar, en la puesta en marcha y en el ajuste del sistema.
Cambios: Facilidad para realizar cambios durante la operación del sistema.
Confiabilidad
Espacio
Modularidad
Estandarización
Componentes del P.L.C.
Unidad central de procesamiento (CPU): que constituye el "cerebro" del sistema y toma decisiones en base a la aplicación programada.
Módulos para señales digitales y analógicas (I/O)
Procesadores de comunicación (CP) para facilitar la comunicación entre el hombre y la máquina o entre máquinas. Se tiene procesadores de comunicación para conexión a redes y para conexión punto a punto.
Módulos de función (FM) para operaciones de cálculo rápido.
Componentes del P.L.C.
Existen otros componentes que se adaptan a los requerimientos de los usuarios:
Módulos de suministro de energía
Módulos de interfaces para conexión de racks múltiples en configuración multi-hilera
Componentes del P.L.C.
En los módulos de entrada pueden ser conectados:• Sensores inductivos, capacitivos, ópticos
• Interruptores
• Pulsadores
• Llaves
• Finales de carrera
• Detectores de proximidad
Componentes del P.L.C.
En los módulos de salida pueden ser conectados:
• Contactores
• Electroválvulas
• Variadores de velocidad
• Alarmas
Quince años de innovaciones en autómatas programables han hecho de SIMATIC no sólo el líder mundial sino también un sinónimo de autómata programable (PLC).
Para que esto siga también en el futuro se ha creado una plataforma de sistema completamente innovada: SIMATIC® S7.
En SIMATIC® S7 se pueden integrar los sistemas SIMATIC® existentes.
La familia está compuesta por la gama de PLC SIMATIC S7-200, S7-300y S7-400
Familia SIMATIC de PLCs
Los autómatas programables no se limitan a funciones de control lógico sino que también permiten
• Regular,• Posicionar,• Contar, dosificar,• Mandar válvulas y mucho más.
Para ello se ofrecen los módulos/tarjetas inteligentes adecuadas: controladas por microprocesador, realizan de forma completamente autónoma tareas especiales de tiempo crítico, y están unidas al proceso a través de canales de E/S propios. Esto alivia a la CPU de carga adicional.
Campo de aplicación
Sistemas de transporte: por ejemplo cintas transportadoras.
Controles de entrada y salida: integración fácil en dispositivos de espacio reducido, como por ejemplo en barreras de aparcamientos o entradas.
Sistemas de elevación
Otras aplicaciones:
Líneas de ensamblaje / Sistemas de embalaje / Máquinas expendedoras / Controles de bombas / Mezclador / Equipos de tratamiento y manipulación de material / Maquinaria para trabajar madera / Paletizadoras / Máquinas textiles / Máquinas herramientas
Campo de aplicación
¿Cuándo?
Salvar grandes distancias entre el proceso y los módulos/tarjetas de E/S, el cableado para ello necesario puede hacerse complicado, poco claro y propenso a perturbaciones y para que el autómata pueda configurarse modularmente y tener flexibilidad.
El sistema de periferia descentralizada permite operar las unidades periféricas descentralizadas, los miniautómatas y gran cantidad de otros dispositivos de campo a pie del proceso hasta una distancia de 23 km.
Los equipos así interconectados se comunican a través del bus de campo rápido PROFIBUS-DP.
Sistema de periferia descentralizada
La familia SIMATIC® ofrece una atractiva gama de equipos de programación que va de la económica programadora de mano hasta el equipo de mesa de altas prestaciones.
Software: Sistema operativo Windows 95/98/NT y STEP® 7 para escribir los programas, documentarlos y probarlos.
Unidades de programación, software
La productividad de la producción depende fuertemente de la flexibilidad de los sistemas de control en ella utilizados. Sin embargo, a medida que se recurre a soluciones descentralizadas, con sus grandes ventajas de flexibilidad, se incrementan también las necesidades de intercambio de datos entre los autómatas y con el computador central.
SIMATIC® ofrece para ello dos soluciones:
• En caso de pocas estaciones de comunicación, conexiones punto a punto directamente de CPU a CPU o a través de procesadores de comunicaciones.
• En caso de muchos autómatas interconectados por red, comunicación vía bus a través de una de las redes locales Industrial Ethernet o PROFIBUS.
Comunicación abierta
Interfaces para trabajar en equipo o red:
• El P.P.I. (Interface Punto por Punto)
• El M.P.I. (Interface Multi Punto)
• El Profibus-DP
• A nivel industrial redes tales como la Profibus-FMS, Industrial Ethernet, etc.,
Comunicación abierta
Interface punto por punto (P.P.I)
Esta interface permite la comunicación de nuestro dispositvo con otros tales como modems, scanners, impresoras, etc., situados a una cierta distancia del PLC.
Comunicación serial vía RS 232 y RS 485.
Procesador de comunicaciones CP.
Comunicación abierta
INTERFACE MULTIPUNTO (M.P.I.)
Las CPUs de la flia 300 y 400 lo incorporan desde fábrica.
Con éste puerto se puede comunicar fácilmente a distancias reducidas sin requerir módulos adicionales, por ejemplo hacia equipos de M+V (manejo + visualización), unidades de programación y otros autómatas S7-300 o S7- 400 para probar programas o consultar valores de estado.
Distancia máxima entre dos estaciones o nudos de red de MPI adyacentes: 50 metros (sin repetidores); 1100 metros (con dos repetidores); 9100 metros (con más de 10 repetidores en serie); por encima de los 500 Klm. (cable de fibra óptica, con módulos de conexión ópticas)
Capacidad de expansión: los componentes comprobadores de campo son usados para configurar la comunicación de interface multipunto: cables LAN, conectores LAN y repetidores RS485, desde el PROFIBUS y la línea de productos de entradas/salidas distribuidas.
Comunicación abierta
PROFIBUS DP
Esta interface de comunicación es usada para gran capacidad de transmisión de datos, llamada Simatic Net o Sinec L2 de Siemmens.
El PLC puede desenvolverse como maestro – esclavo, además también se dispone de los prácticos servicios de comunicación llamados Datos Globales.
Para entablar comunicación se utilizan cables LAN, conectores LAN, repetidores, etc.
Digamos entonces que es una red suplementaria que ofrece un gran rendimiento, arquitectura abierta o descentralizada y gran robustez o confiabilidad.
Existe además la gran ventaja del Manejo + Visualización (paneles de operador, llamados Coros) que permite tanto en ésta interface como en las otras de la búsqueda de errores a partir de cualquier dispositivo y así por ejemplo generar una base de datos con los errores (hora y tipo) que puedan existir.
Comunicación abierta
Familia del SIMATIC S7
Fecha: 25.07.2011Fichero: 24
SIMATIC S7
Automatización Industrial Curso 2001-2002
La Familia del Sistema SIMATIC S7
SIMATIC
WinCC
SIMATIC
PC
SIMATIC
DP
SIMATIC
PLCs
SIMATIC
HMI
SIMATIC
NET
SIMATIC
PCS 7
SIMATIC
Software
SIMATIC
Fecha: 25.07.2011Fichero: 25
SIMATIC S7
Automatización Industrial Curso 2001-2002
Visión Global de SIMATIC
ControladoresSIMATIC
SIEMENS
SIMATIC
SF
RUN
STOP
Q0.0
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Q0.4
Q0.5
I0.0
I0.1
I0.2
I0.3
I0.4
I0.5
I0.6
I0.7
S7-200
CPU 212
SIMATIC PGSIMATIC PC
PG 740
SIEMENS
7 8 9
4 5 6
1 2 3
0
.D E F
A B CI N S
D E LS H I F T H E L P
E S C
E N T E R
A C K
S I M A T I C O P 1 7
S H IF T
H E L PK 1 K 5 K 6 K 7 K 8K 2 K 3 K 4
K 9 K 1 0 K 11 K 1 2 K 1 3 K 14 K 1 5 K 1 6
SIMATIC HMI
ASI
FM
SV
SIMATIC DP
SIMATIC NET
PROFIBUS-DP
Ethernet Industrial
PROFIBUS
Red - MPISIMATIC NET
Fecha: 25.07.2011Fichero: 26
SIMATIC S7
Automatización Industrial Curso 2001-2002
S7-200
S7-300
S7-400
La Familia SIMATIC S7
Autómatas de gama alta
Autómatas de gama media
Autómatas de gama baja: microautómatas
+ Herramientas de
programación
+ Software STEP 7/
STEP 7 Micro/WIN
+ Comunicación
+ Manejo y visualización
Fecha: 25.07.2011Fichero: 27
SIMATIC S7
Automatización Industrial Curso 2001-2002
S7-400
Fecha: 25.07.2011Fichero: 28
SIMATIC S7
Automatización Industrial Curso 2001-2002
S7-400: Módulos
PS CPU SM:DI
SM:DO
SM:AI
SM:AO
CP FM SM IM
Fecha: 25.07.2011Fichero: 29
SIMATIC S7
Automatización Industrial Curso 2001-2002
S7-400: Diseño de la CPU (1ª Parte)
EXT.-BATT.
5...15V DC
X3
X1
414 - 2XG00 - 0AB0
CPU 414-2
X 2
3 4
INTF
EXTF
STOP
RUN
CRST
FRCE
CRST
WRST
RUN-PRUN
STOPCMRES
INTF
EXTF
BUSF
DP
EXT.-BATT.
5...15V DC
X1
421 - 1BL00 - 0AA0
DI 32xDC24V
X 2
3 4
INTF
EXTF
STOP
RUN
CRST
FRCE
CRST
WRST
RUN-PRUN
STOPCMRES
Selector de Tipo de Arranque
Selector de Modo
e.g. CPU412-1 e.g. CPU416-2DP
* para otras CPUs ver catálogo
Fecha: 25.07.2011Fichero: 30
SIMATIC S7
Automatización Industrial Curso 2001-2002
S7-400: Diseño de la CPU (2ª Parte)
EXT.-BATT.
5...15V DC
X3
X1
414 - 2XG00 - 0AB0
CPU 414-2
X 2
3 4
INTF
EXTF
STOP
RUN
CRST
FRCE
CRST
WRST
RUN-PRUN
STOPCMRES
INTF
EXTF
BUSF
DP
EXT.-BATT.
5...15V DC
X1
421 - 1BL00 - 0AA0
DI 32xDC24V
X 2
3 4
INTF
EXTF
STOP
RUN
CRST
FRCE
CRST
WRST
RUN-PRUN
STOPCMRES
LEDs de Fallo parafallos generales de la CPU
Slot para Memory Card
Interfase MPI
Batería Externa Auxiliar
LEDs de fallopara el interfaseDP integrado
Interfase DP
Fecha: 25.07.2011Fichero: 31
SIMATIC S7
Automatización Industrial Curso 2001-2002
S7-300
Fecha: 25.07.2011Fichero: 32
SIMATIC S7
Automatización Industrial Curso 2001-2002
S7-300: Módulos
PS(opcional)
CPU IM(opcional)
SM:DI
SM:DO
SM:AI
SM:AO
FM:- Contaje- Posicionamiento- Control enLazo Cerrado
CP:- Punto-a-Punto- PROFIBUS- Ethernet Industrial
Fecha: 25.07.2011Fichero: 33
SIMATIC S7
Automatización Industrial Curso 2001-2002
CPU314SIEMENS
SF
BATF
DC5V
FRCE
RUN
STOP
RUN-P
RUN
STOP
M RES
SIMATICS7-300
Batería MPI
CPU315-2 DPSIEMENS
RUN-P
RUN
STOP
M RES
SIMATICS7-300
Batería DP
SF
BATF
DC5V
FRCE
RUN
STOP
MPI
SF DP
BUSF
S7-300: Diseño de la CPU
Fecha: 25.07.2011Fichero: 34
SIMATIC S7
Automatización Industrial Curso 2001-2002
SIMATIC S7-200
La Familia de Micro-PLCs con calidad SIMATIC
Fecha: 25.07.2011Fichero: 35
SIMATIC S7
Automatización Industrial Curso 2001-2002
S7-200
SIEMENS
SIMATIC
S7-200
CPU 214SF
RUN
STOP
I1.0
I1.1
I1.2
I1.3
I1.4
I1.5
I0.0
I0.1
I0.2
I0.3
I0.4
I0.5
I0.6
I0.7
Q1.0
Q1.1
Q0.0
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Q0.4
Q0.5
Q0.6
Q0.7
EM 221
DI 8 x DC24V
I.0
I.1
I.2
I.3
I.4
I.5
I.6
I.7
Fecha: 25.07.2011Fichero: 36
SIMATIC S7
Automatización Industrial Curso 2001-2002
S7-200: Módulos
EM EM
CP242 - 2
CP
Fecha: 25.07.2011Fichero: 37
SIMATIC S7
Automatización Industrial Curso 2001-2002
SIEMENS
SIMATIC
SF
RUN
STOP
Q0.0
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Q0.4
Q0.5
I0.0
I0.1
I0.2
I0.3
I0.4
I0.5
I0.6
I0.7
S7-200
CPU 212
Potenciómetro
Salidas
Entradas Indicadores de estadopara DI/DO integradas
Conexión PPI
Selector de ModoMemory Card
Indicadores de Estado
S7-200: Diseño de la CPU
Fecha: 25.07.2011Fichero: 38
SIMATIC S7
Automatización Industrial Curso 2001-2002
Vista General SIMATIC S7-200
CPU 221 CPU 222
CPU 226 Altas Prestacionesen Comunicaciones
CPU 224. La CPU Compacta
de Altas Prestaciones
CPU 226 XM, con doble memoria
Fecha: 25.07.2011Fichero: 39
SIMATIC S7
Automatización Industrial Curso 2001-2002
Características de las CPUs de la Familia
CPU 221
6 DI / 4 DO
-
10
-
4 KB / 2 KB
0,37 µs
256/256/256
4 x 30 kHz
optional
2 x 20 kHz
1 x RS 485
1
CPU 222
8 DI / 6 DO
40 / 38
78
8 / 4 / 10
4 KB / 2 KB
0,37 µs
256/256/25
6
4 x 30 kHz
optional
2 x 20 kHz
1 x RS 485
1
CPU 224
14 DI /10
DO
94 / 74
168
28 / 14 / 35
8 KB / 5 KB
0,37 µs
256/256/25
6
6 x 30 kHz
Integrado
2 x 20 kHz
1 x RS 485
2
CPU 226
24 DI /16
DO
128 / 120
248
28 / 14 / 35
8 KB / 5 KB
0,37 µs
256/256/25
6
6 x 30 kHz
Integrado
2 x 20 kHz
2 x RS 485
2
E/S integradas
Máx. nº E/S con EMs
Máx. nº de canales
Canales Analógicos
Mem. de programa/datos
Tiempo de ejec/instruc.
Marc./Contad./Temp.
Contadores rápidos
Reloj en tiempo real
Salidas de impulsos
Puertos de comun.
Potenciómetros anal.
226 XM
24 DI /16
DO
128 / 120
248
28 / 14 / 35
16 KB/10
KB
0,37 µs
256/256/25
6
6 x 30 kHz
Integrado
2 x 20 kHz
2 x RS 485
2
Fecha: 25.07.2011Fichero: 40
SIMATIC S7
Automatización Industrial Curso 2001-2002
SIMATIC S7-200Ampliación Modular
Gran variedad de módulos de ampliación (EM) para
CPU´s 212, 214, 215, 216
CPU´s 222, 224, 226
Módulos de ampliación sin normas de colocación específicas
Instalación en una o dos filas (horizontal o vertical)
Conexión de la periferia
mediante conexión de bus en CPU 212, 214, 215, 216
mediante cable de conexión flexible en CPU 222, 224, 226
Las CPUs y EMs de las series 21X y 22X no son intercambiables.
Conectores extraíbles para todos los EMs digitales
Fecha: 25.07.2011Fichero: 41
SIMATIC S7
Automatización Industrial Curso 2001-2002
1. Salidas digitales integradas
2. LEDs de estado de las salidas digitales
3. Terminales de alimentación
4. Conmutador Stop/Run
5. Conector para el cable de ampliación
6. LEDs de estado de la CPU
7. Ranura para el cartucho de memoria
8. Puerto de comunicaciones (p. Ej. PPI)
9. Entradas digitales integradas
10. LEDs de estado de las entradas digitales
11. Fuente de alimentación integrada
12. Potenciómetros integrados
13. Módulo de ampliación
14. Fijadores para tornillo (DIN métrica M4, diámetro 5 mm)
15. Pestaña de fijación
1 3
2
4 5
6
7
89
10
11
1213
14
15
Ejemplo:Configuración Hardware SIMATIC S7 22X
Fecha: 25.07.2011Fichero: 42
SIMATIC S7
Automatización Industrial Curso 2001-2002
Accesorios: cable PC/PPI
Para conexión de la CPU con PC/impresora/Módem etc.
Transforma RS 485 a RS 232
Velocidad admitida: 1,2 KBaud - 38,4 KBaud
El cable PC/PPI
Válido para todos los modelos de S7-200
Potencial separado mediante aislamiento óptico
Permite establecer comunicación entre las CPUs S7-22X y modems de 10 bits.
Switch incorporado para conmutar entre los modos 10/11 bits
Adaptador de módem nulo integrado
Fecha: 25.07.2011Fichero: 43
SIMATIC S7
Automatización Industrial Curso 2001-2002
SIMATIC S7-200: Comunicación Freeport
Alternativa: protocolo RS 485 o RS 232
OtrosPLCs
Dispositivocon
RS 485
Módem RS 485Accionamiento
(p.e. Protocolo USS)
OtrosPLCs
MódemImpresora Visualización
Lector de códigode barras
RS 485 Cable PPI RS 232
Fecha: 25.07.2011Fichero: 44
SIMATIC S7
Automatización Industrial Curso 2001-2002
Comunicación
PROFIBUS-DP
Módulo de expansión EM277 Hasta 128 kbytes de lectura y escritura
Fácil integración como esclavo PROFIBUS DP
AS-Interface
Módulo de expansión CP 243-2 Hasta 64 esclavos de tipo AB
Fecha: 25.07.2011Fichero: 45
SIMATIC S7
Automatización Industrial Curso 2001-2002
EJEMPLO DE APLICACIONES DEL S7200
Automatización de Viviendas con Simatic S7-200
SIMATICA V2.0 - Automatización de viviendas con Simatic S7-200.
Fecha: 25.07.2011Fichero: 46
SIMATIC S7
Automatización Industrial Curso 2001-2002
Arquitectura del sistema domótico (centralizado)
SIMATICA V2.0 - Automatización de viviendas con Simatic S7-200
Sensore
s
SIMATI
C
S7-200
Móvil
ó fijo
Módem
CPU´S
214, 215, 216
222, 224, 226
+ Módulos de expansión
Comunicaciones
vía módem
(Opcional)
CPU´s: 216, 226
Actuadore
s
Visualizad
or
TD-200
Cable
de
conexió
n
Teléfono
Fecha: 25.07.2011Fichero: 47
SIMATIC S7
Automatización Industrial Curso 2001-2002
Arquitectura del sistema domótico (descentralizado Bus AS-i)
SIMATICA V2.0 - Automatización de viviendas con Simatic S7-200
Sensores y actuadores
(periferia AS-i)
Visualizado
r
TD-200
Cable de
conexión
Sensores y actuadores
(periferia integrada
y modular)
CP 243-2
Fuente de
Alimentació
n
AS-iSIMATIC
S7-200
Teléfono
Módem
Módulo
AS-i
Módulo
AS-i
Bus
AS-i
Comunicaciones
vía módem (opcional)
Fecha: 25.07.2011Fichero: 48
SIMATIC S7
Automatización Industrial Curso 2001-2002
¿Qué se puede automatizar con SIMATICA?
SIMATICA V2.0 - Automatización de viviendas con Simatic S7-200.
Gestión de alarmas
Detección y aviso de incendios
Detección, corte de suministro y aviso de fugas de gas
Detección, corte de suministro y aviso de fugas de agua
Detección y aviso de intrusos (interior, exterior)
CalefacciónGrupos, horarios, termostatos, sonda de
temperatura, visualización, ventanas abiertas
Control de cargasCon./descon. de tomas de red, asignación de
grupos, gestión horaria, presencia, temperatura
IluminaciónAsignación de grupos, gestión horaria,
presencia, luminosidad
ComunicacionesAviso de alarmas y conex./descon. de:
alarmas, calefacción, simulación de
presencia, iluminación y cargas.
Toldos y persianasGrupos, horarios y
condiciones climáticas
Riego del jardínAsignación de zonas, horarios,
secuencialidad y condiciones climáticas
Simulación de presenciaMediante iluminación, cargas y
persianas. Gestión aleatoria.
Fecha: 25.07.2011Fichero: 49
SIMATIC S7
Automatización Industrial Curso 2001-2002
Proyecto domótico: Configuración de alarmas
SIMATICA V2.0 - Automatización de viviendas con Simatic S7-200.
Crear un proyecto
con Simatica
Direccionamiento
de E/S
II. Proyecto
I.
Configuración de
funciones
domóticas:• Gestión de alarmas
• Calefacción
• Control de cargas
• Control de iluminación
• Control de persianas
y toldos
• Riego
• Simulación de
presencia
• Comunicaciones
Gestión de alarmas
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