Programación de Sistemas Secuenciales Automáticos de Open UAX

PROGRAMACIÓN DE LOS SISTEMAS SECUENCIALES AUTOMÁTICOS

SISTEMAS SECUENCIALES PROGRAMABLES

A partir de la disposición de la secuencia de control a automatizar y técnicas de es- tructuración de sistemas (conceptos estudiados en las unidades previas), es posible implementar la programación de sistemas secuenciales, la cual gobernará la suce- sión de actuaciones de la aplicación automática.

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INDICE

INTRODUCCIÓN ¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO. OBJETIVOS ¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO. CONOCIMIENTOS PREVIOS 5

1. SISTEMAS DE NUMERACIÓN Y CODIFICACIÓN: ÁLGEBRA DE BOOLE Y OPERACIONES LÓGICAS APLICADAS A LA PROGRAMACIÓN DE AUTÓMATAS 7

1.1. SISTEMAS DE NUMERACIÓN BÁSICOS Y ME- TODOLOGÍAS DE CONVERSIÓN 7

1.2. SISTEMAS DE CODIFICACIÓN: HACIA LA COMPRENSIÓN DE LA TRANSMISIÓN DE IN- FORMACIÓN EN AUTÓMATAS PROGRAMABLES 11

1.2.1. SEÑALES ANALÓGICAS 11 1.2.2. SEÑALES DIGITALES 11 1.2.3. CODIFICACIÓN BINARIA: NOCIONES BÁSICAS PREVIAS A LA LÓGICA BOOLEANA 13

1.3. FUNCIONES LÓGICAS APLICADAS A LA PRO- GRAMACIÓN DE PLCs: ÁLGEBRA DE BOOLE 15

1.3.1. OPERACIÓN OR: SUMA LÓGICA O UNIÓN 15 1.3.2. OPERACIÓN AND: PRODUCTO LÓGICO O INTERSECCIÓN 16 1.3.3. OPERACIÓN NOT: INVERSIÓN LÓGICA O CONJUNTO COMPLEMENTARIO 17 1.3.4. OTRAS OPERACIONES DERIVADAS COMBINADAS: FUNCIÓN NOR, NAND Y XOR 18

1. PROGRAMACIÓN DE LOS DISPOSITIVOS PROGRAMABLES QUE CENTRALIZAN APLICACIONES AUTOMÁTICAS (PLCs): LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN 20

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2.1. ESTANDARIZACIÓN DE LOS LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN DE AUTÓMATAS: NORMATIVA REGLAMENTARIA IEC 61131-3 20

2.1.1. PROGRAMACIÓN GRÁFICA LD: DIAGRAMA DE CONTACTOS 21 2.1.2. PROGRAMACIÓN GRÁFICA FBD: DIAGRAMA DE BLOQUES FUNCIONALES 23 2.1.3. PROGRAMACIÓN TEXTUAL IL: LISTA DE INSTRUCCIONES 24 2.1.4. PROGRAMACIÓN TEXTUAL ST: TEXTO ESTRUCTURADO 26

2.2. BLOQUES O UNIDADES DE ORGANIZACIÓN DEL PROGRAMA 28

1. DOCUMENTACIÓN TÉCNICA Y COMERCIAL DE LOS FABRICANTES: ENCAMINADOS HACIA EL CONOCIMIENTO DE LA PROGRAMACIÓN INTERNA DE PLCS 31

CONCLUSIONES 34 RECAPITULACIÓN 35 PROPUESTA DE AMPLIACIÓN 36 BIBLIOGRAFÍA 37

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INTRODUCCIÓN

La tarea más importante del desarrollo de sistemas secuenciales programables es la implementación de la correcta secuencia de instrucciones que controla y ejecuta el autómata programable. El origen de los dispositivos, que centralizan las operaciones de la aplicación automática, es digital. Por tanto, a lo largo de la unidad trabajaremos con los diferentes tipos de sistemas de numeración con los que puede interactuar el PLC para realizar algoritmos y operaciones mate- máticas. En efecto, el código binario (0 y 1) centraliza las funciones y operacio- nes que desarrolla el dispositivo programable. Seguidamente, introduciremos el álgebra de Boole en el contexto del sistema de numeración binario y la teoría básica de operaciones que realiza un PLC para controlar un conjunto de dispo- sitivos automatizados.

En la segunda parte del módulo, estudiaremos los diferentes tipos de lenguaje que recoge la normativa reglamentaria IEC 61131-3; tanto de índole gráfica como textual. Presentaremos sus principales propiedades, campos de aplica- ción y, finalmente, ilustraremos su implementación a través de ejemplos intuiti- vos. Para finalizar este bloque de trabajo, presentaremos los bloques y unida- des más importantes que constituyen un programa de control de PLCs. Llega- dos a este punto, mencionaremos los diferentes fabricantes de dispositivos programables que podemos encontrar en el mercado, donde recopilar manua- les e información técnica relativa a los componentes que facturan y su trata- miento tanto a nivel de hardware, como principalmente, en software.

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OBJETIVOS

Tras estudiar esta unidad, podrás elaborar programas que controlen sistemas secuenciales automatizados utilizando funciones lógicas complejas y diferentes tipos de lenguajes. Más concretamente:

• Aprenderás los sistemas de numeración más importantes, metodolo- gías de conversión entre los mismos en un contexto de utilización para desarrollar aplicaciones automáticas. Esto lo podrás llevar a cabo a partir de las señales digitales que rigen el funcionamiento de dispositi- vos programables.
• Serás capaz de reconocer las operaciones lógicas fundamentales que constituyen el álgebra de Boole y, por tanto, la construcción de funcio- nes complejas de control de sistemas automatizados.
• Conocerás la norma fundamental relativa a la programación de PLCs, en la cual se recogen los diferentes tipos de lenguaje: gráficos, LD y FBD y textuales, IL y ST. Nótese que el SFC también debe tenerse en cuenta a pesar de que se presentó en la Unidad 3. Además, reconoce- rás la estructura de bloques fundamental en la elaboración de progra- mas.
• Distinguirás los principales fabricantes comerciales de PLCs y, por tan- to, donde recoger la documentación técnica de los dispositivos progra- mables.

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CONOCIMIENTOS PREVIOS

Para estudiar esta unidad es necesario haber poseído las competencias impar- tidas en las tres unidades previas. En cualquier caso, en esta Unidad 4 se da- rán nociones fundamentales relativas a dichos conceptos.

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SISTEMAS DE NUMERACIÓN Y CODIFICACIÓN: ÁL- GEBRA DE BOOLE Y OPERACIONES LÓGICAS APLI- CADAS A LA PROGRAMACIÓN DE AUTÓMATAS

En esta unidad, vamos a tratar aspectos fundamentales del dispositivo central de control que constituye el sistema secuencial automatizado. En efecto, dichas instalaciones rigen su funcionamiento según una secuencia de control estable- cida a través de un programa o software. A lo largo de este tema, focalizare- mos nuestros esfuerzos en conocer al máximo, las nociones fundamentales de las estructuras de programa de sistemas secuenciales.

Para comenzar, en esta Sección 1 estudiaremos, principalmente, el álgebra de Boole el cual trata sobre una estructura matemática que esquematiza funciones lógicas convencionalmente utilizadas en ramas de la electricidad, electrónica y aplicaciones tecnológicas. Se denomina así, en honor a su creador George Boole ya que en 1847 estableció las bases teóricas de lo que hoy conocemos acerca del funcionamiento esencial de dispositivos digitales. Para comenzar, vamos a conocer los sistemas de numeración, y a partir de aquí, podremos pro- fundizar en las fundamentos booleanos:

Actividad: A partir del siguiente vídeo documental, podrás conocer, más allá, la vida de George Boole: El fundador de la era computacional. https://www.youtube.com/watch?v=js1Hlr3q--U

SISTEMAS DE NUMERACIÓN BÁSICOS Y METODOLOGÍAS DE CONVERSIÓN

Típicamente, en nuestro día a día tenemos estandarizada la secuencia numéri- ca en base 10 (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 y 9). En efecto, en función de la posición de cada uno de estos códigos numéricos: unidad, decena, centena ... , tendre- mos un valor u otro. Por ejemplo, si el número 3 se encuentra situado en la po- sición unitaria, resultaría tres. Si en cambio se posicionará en las decenas (30) o centenas (300), tendríamos como resultado los números treinta y trescientos. Ciertamente, a medida que un número concreto se desplaza de localización se multiplica por 10 su valor. De ahí, que consideremos dicho tratamiento como un sistema de numeración decimal.

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Actividad: ¿ La codificación numérica romana se podría considerar un sistema de numeración decimal?

Rescatando el caso previamente expuesto, los números 3, 30 y 300 se corres- ponden con los códigos III, XXX y CCC. Por tanto, se trata de un sistema de numeración no posicional ya que los códigos resultantes no guardan relación alguna.

Culturalmente, se cree que el sistema de numera- ción decimal es el más extendido (y el que usamos diariamente) debido al número de dedos de las ma- nos. ¿ Recuerdas? De pequeños siempre nos ayu- dábamos, para realizar nuestras cuentas, de los de- dos de las manos: ver Figura 1.

2587 -5. 40 233202 2 2:41 O 9 3 3 3 5.16 017 .6 16 8 8 Pie de Imagen: Códigos numéricos: Sistemas de numeración y codificación de sistemas.

Sin embargo, si a partir de los 10 códigos numéricos estándar (del 0 al 9) intro- ducimos o reducimos valores que constituyen el sistema de numeración final, trabajaremos con bases diferentes.

En efecto, si introducimos 6 códigos adicionales: A, B, C, D, E y F trata- ríamos con un sistema hexadecimal (en base 16): 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E y F Llegados a este punto, es importante exponer la metodología a llevar a cabo para la conversión entre sistemas: Si tengo el número 2E5 (en hexadecimal) para pasarlo a decimal tengo que multiplicar cada dígito (en valor numérico) por una potencia de 16 cuyo exponente dependerá de la posición del código numérico. Esto es (considerando el ejemplo previamente escogido, 2E5):

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2E516 = 2×162 + 15x161 +5×16º = 75710

Contrariamente, si el paso de sistemas es de base 10 (decimal) a 16 (hexadecimal) el procedimiento a seguir es: ver Figura 2, considerando el ejemplo anterior. En efecto, se debe dividir continuamente entre 16 hasta obtener un cociente menor que dicha base. Al final escogemos el cociente (2) y los restos obtenidos en sentido inverso (15) y (5). En este orden y modificando los códigos numéricos en sistema hexadecimal a decimal (1510=E16), resulta: = 75710 = 2E516.

757 16 117 47 16 5 15 2 Pie de Imagen: Conversión de sistema decimal a hexadecimal: Ejem- plo, número 757.

Si por el contrario, reducimos la secuencia numérica a dos componen- tes (0 y 1); trabajamos con el sistema de numeración binario el cual es tan conocido en el campo de la informática: 0 y 1 Para establecer una conversión entre sistemas es necesario seguir los mismos pasos que los indicados en el anterior apartado, considerando esta vez la base 2 en lugar de 16. Por tanto, el equivalente en decimal del número binario 10110 es:

101102 = 1×24 + 0×23 + 1×22 + 1×21 +0×2º = 2210

En sentido inverso, las pautas a ejecutar son equivalentes a las descri- tas previamente en el caso del sistema hexadecimal. Para más infor- mación, se sugiere consultar la Figura 3.

22 2 0 11 2 1 5 1 2 2 2 0 1 Pie de Imagen: Conversión de sistema decimal a binario: Ejemplo, nú- mero 22.

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