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• Fernandez Mijhael

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Contenido 1.

OBJETIVOS ................................................................................................................................... 2

2.

MARCO TEORICO ......................................................................................................................... 2

3.

PLC300 WEG ................................................................................................................................ 4

4.

HMI ............................................................................................................................................ 13

5.

COMUNICACIÓN MODBUS ........................................................................................................ 22 Versiones del protocolo ............................................................................................................. 23

6.

CONCLUSIONES ......................................................................................................................... 26

1

HMI (INTERFAZ HOMBRE MAQUINA) 1. OBJETIVOS 1.1  1.2

OBJETIVO GENERAL Mostrar la comunicación del PLC 300 y el HMI OBJETIVOS ESPECIFICOS



Identificar las partes principales que componen un PLC300



Analizar el funcionamiento básico del PLC 300



Identificar las partes principales del HMI



Mostrar el funcionamiento básico del HMI



Indicar el manejo de los software’s tanto del HMI como del PLC300

2. MARCO TEORICO PLC Un controlador lógico programable mas conocido por sus siglas en ingles Programmable Logic Controller es una computadora que se utiliza en ingeniería automática para automatizar procesos electromecánicos, su uso se extiende por fabricas, industrias etc. Los PLC’s son utilizados en muchas industrias y maquinas, está diseñado para varias señales de entradas y salidas, rangos de temperatura ampliados, inmunidad al ruido eléctrico y resistencia a la vibración y al impacto. Un PLC es un ejemplo de un sistema de tiempo real donde los resultados de salida deben ser producidos en respuesta a las condiciones de entrada dentro de un tiempo limitado. Historia del PLC Su historia se remonta a finales de la década de 1960, cuando la industria buscó en las nuevas tecnologías electrónicas una solución más eficiente para reemplazar los 2

sistemas de control basados en circuitos eléctricos con relés, interruptores y otros componentes comúnmente utilizados para el control de los sistemas de lógica combinacional. En 1968 GM Hydramatic (la división de transmisión automática de General Motors) emitió una solicitud de propuestas para un reemplazo electrónico de los sistemas cableados de relés. La propuesta ganadora vino de Bedford Associates. El resultado fue el primer PLC, designado 084 porque era el proyecto de Bedford Associates nº84Bedford Associates comenzó una nueva empresa dedicada al desarrollo, fabricación, venta y mantenimiento de este nuevo producto: Modicon (MOdular DIgital CONtroler). Una de las personas que trabajaron en ese proyecto fue Dick Morley, quien es considerado como el «padre» del PLC La marca Modicon fue vendida en 1977 a Gould Electronics, y posteriormente adquirida por la compañía alemana AEG y luego por la francesa Schneider Electric, el actual propietario. Funciones de un PLC La función básica y primordial del PLC ha evolucionado con los años para incluir el control del relé secuencial, control de movimiento, control de procesos, sistemas de control distribuido y comunicación por red. Las capacidades de manipulación, almacenamiento, potencia de procesamiento y de comunicación de algunos PLCs modernos son aproximadamente equivalentes a las computadoras de escritorio. Un enlace-PLC programado combinado con hardware de E/S remoto, permite utilizar un ordenador de sobremesa de uso general para suplantar algunos PLC en algunas aplicaciones. En cuanto a la viabilidad de estos controladores de ordenadores de sobremesa basados en lógica, es importante tener en cuenta que no se han aceptado generalmente en la industria pesada debido a que los ordenadores de sobremesa ejecutan sistemas operativos menos estables que los PLCs, y porque el hardware del ordenador de escritorio está típicamente no diseñado a los mismos niveles de tolerancia a la temperatura, humedad, vibraciones, y la longevidad como los procesadores utilizados en los PLC. Además de las limitaciones de hardware de lógica basada en escritorio; sistemas operativos tales como Windows no se prestan a la ejecución de la lógica determinista, con el resultado de que la lógica no siempre 3

puede responder a los cambios en el estado de la lógica o de los estado de entrada con la consistencia extrema en el tiempo como se espera de los PLCs. Sin embargo, este tipo de aplicaciones de escritorio lógicos encuentran uso en situaciones menos críticas, como la automatización de laboratorio y su uso en instalaciones pequeñas en las que la aplicación es menos exigente y crítica, ya que por lo general son mucho menos costosos que los PLCs.

3. PLC300 WEG

El PLC300 es un robusto controlador lógico programable que concentra las funcionalidades de CLP y IHM. Compacto, configurable y de bajo costo, perfecto para atender sus necesidades en el control de máquinas y pequeños procesos industriales Este PLC cuenta con: 10 entradas digitales (2 rápidas), 9 salidas digitales (1 rápida), 1 entrada y 1 salida analógica incorporadas. Hasta 02 módulos de expansión E/S centralizados. Posibilidad de expansión de E/S digitales y analógicas vía red CANopen. Entrada de encoder (100 kHz) incorporada. 4

IHM con display LCD de 4 líneas x 20 caracteres con backlight y teclado configurable. Hasta 240 pantallas programadas por el usuario. USB para comunicación con computador (programación y monitoreo). Tarjeta de memoria tipo SD (Secure Device) para almacenamiento de datos, programas y log de eventos Interfaz de comunicación: Modbus-RTU y CANopen (Maestro/Esclavo), Ethernet Modbus TCP / IP. Memoria de programa de 512 KB.

Conectividad

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Tabla de especificaciones

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Software para PLC300 WPS v2.2X | 17 Ambiente de trabajo 1. Menu 2. Barra de herramientas 3. Ventana de configuraciones 4. Espacio de trabajo 5. Lista de recursos 6. Ventana de notificaciones

Este software utiliza la programación LADDER Programación Ladder es la representación gráfica de ecuaciones booleanas, combinando contactos (argumentos de entradas) con bobinas (resultados de salida).

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El programa en Ladder posibilita testear y modificar datos por símbolos gráficos estándares. Estos símbolos son posicionados en el diagrama ladder de manera semejante a una línea de un diagrama lógico con relés. El diagrama Ladder es delimitado a la izquierda y a la derecha por líneas de barraje. Componentes Gráficos Los componentes gráficos básicos de un diagrama Ladder son mostrados a continuación.

1. Barraje izquierdo 2. Barraje derecho 3. Conexión horizontal 4. Conexión vertical 5. Contacto 6. Bobina 7. Flujo de potencia Barrajes El editor es delimitado a la izquierda por una línea vertical conocida como barraje izquierdo, y a la derecha por una línea vertical conocida como barraje derecho. Elementos de Conexión y Estados

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Los elementos de conexión pueden ser horizontales o verticales. El estado de los elementos de conexión pueden ser denotados por 1 o 0, correspondiendo al valor Booleano literal 1 o 0, respectivamente. El término estado de la conexión tiene que ser sinónimo del término flujo de la potencia. El estado del barraje izquierdo puede ser considerado siempre 1. Ningún estado es definido en el barraje derecho. Un elemento de conexión horizontal tiene que ser indicado por una línea horizontal. Un elemento de conexión horizontal transmite el estado del elemento inmediatamente a la izquierda al elemento inmediatamente a la derecha. Un elemento de conexión vertical tiene que consistir de líneas verticales intersectadas por una o más conexiones horizontales en cada lado. El estado de la conexión vertical deberá representar el OU lógico de los estados 1 de las conexiones horizontales en el lado izquierdo, esto es, el estado de las conexiones verticales deberá ser: 0 si el estado de todas las conexiones horizontales incluidas a su izquierda son 0, 1 si el estado de una o superior conexiones horizontales incluidas a su izquierda son 1. El estado de las conexiones verticales tiene que ser copiado a todas las conexiones horizontales asociadas a su derecha. El estado de las conexiones verticales no puede ser copiado a las conexiones horizontales asociadas a su izquierda. Control de Ejecución La figura a seguir muestra como el programa en Ladder es ejecutado. La tarjeta ejecuta continuamente un ciclo de Barredura. El ciclo empieza con el Sistema de E/S del hardware, compilando los últimos valores de todas las señales de entrada y grabando sus valores en regiones fijas de la memoria.

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A - Entradas leídas para la memoria B - Memoria escrita en las Salidas C - Barredura de las líneas del ladder Las líneas del programa ladder son entonces ejecutados siguiendo un orden fijo, iniciando con la primera línea. Durante la barredura del programa, nuevos valores de las salidas físicas, como determinadas a partir de la lógica de las varias líneas del ladder, son inicialmente inscritos en una región de la memoria de salida. Finalmente, cuando el programa ladder terminó la ejecución, todos los valores de salida retenidos en la memoria son inscritos en las salidas físicas por el hardware en una única operación. Lógica con Contactos LÓGICA AND – Contactos en Serie

LÓGICA OR– Contactos en Paralelo

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Área de Trabajo Siempre que un archivo ladder es abierto a través de su atajo en el árbol de proyectos, el editor variables/ ladder aparecerá conforme la figura a seguir.

El editor variables/ladder posee los siguientes componentes: 1. Barra de herramientas para edición de variables 2. Alcance de las variables 3. Grupo de variables 4. Editor/lista de variables 5. Barra de herramientas de edición de programas 6. Editor ladder/rungs 7. Paleta de componentes ladder A través de la barra de herramientas del editor ladder/rungs es posible ejecutar las siguientes operaciones: -

Adicionar una nueva rung - Remover la rung seleccionada - Insertar un contacto en la rung - Insertar un bloque funcional en la rung - Insertar una bobina de salida en la rung - Cambia elemento ladder - Apagar un elemento de la rung (contacto, bloque funcional o bobina) - Seleccionar la rung para edición

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Durante la operación de inserción de elemento vía ratón, a través de arrastrar y soltar del ratón de la paleta, a medida que arrastramos los elementos arriba de la rung la selección y el punto de inserción acompaña el cursor del ratón de modo que determina el punto de inserción. La figura a seguir ejemplifica la inserción de elementos vía ratón.

Compilar Para compilar un Programa (POU), existen 4 opciones: 1.A través del menú Configuración > Construir recurso principal

2. A través de la tecla de atajo F4. 3. A través del botón en la Barra de Herramientas. 12

Los resultados de la compilación, indicando los errores y warnings, pueden ser v isualizados a través de la ventana Salida Estándar.

Transferir Para hacer el download de un recurso, existen 4 opciones: 1.A través del menú Comunicación > Download Recurso Principal.

2. A través de la tecla de atajo F5 3. A través del botón en la Barra de Herramientas

4. HMI La familia de pantallas SIMATIC HMI nos ofrecen la solución para la comunicación Hombre-Máquina más completa. Con los paneles SIMATIC se pueden dominar hasta los procesos más complejos, incrementando la disponibilidad y, por tanto, la productividad de la planta. Los 13

paneles SIMATIC ofrecen el máximo grado de transparencia entre el Hombre y la Máquina. Para funciones de manejo y visualización a pie de máquina se ofrece una gama de equipos que abarca casi todas las categorías: desde Key Panels y Basic Panels, pasando por Comfort Panels, hasta Mobile Panels. La sigla HMI es la abreviación en ingles de Interfaz Hombre Maquina. Los sistemas HMI podemos pensarlos como una “ventana” de un proceso. Esta ventana puede estar en dispositivos especiales como panales de operador o en una computadora. Los sistemas HMI en computadoras se los conoce también como software HMI o de monitoreo y control de supervisión. Las señales de procesos son conducidas al HMI por medio de dispositivos como tarjetas de entrada/salida en la computadora, PLC’s (Controladores lógicos programables), RTU (unidades remotas de I/O) o DRIVE’s (variadores de velocidad de motores). Todos estos dispositivos deben tener una comunicación que entienda el HMI.

Especificaciones del HMI a utilizar en laboratorio Modelo MT 4720 TE

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Partes del HMI

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FUNCIONES DE UN SOFTWARE -

Monitoreo.- Es la habilidad de obtener y mostrar datos de la planta en tiempo real. Estos datos se pueden mostrar como números, texto o gráficos que permitan una lectura más fácil de interpretar.

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Supervisión.- Esta función permite junto con el monitoreo la posibilidad de ajustar las condiciones de trabajo del proceso directamente desde la computadora.

-

Alarmas.- Es la capacidad de reconocer eventos excepcionales dentro del proceso y reportarlo estos eventos. Las alarmas son reportadas basadas en límites de control prestablecidos.

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Control.- Es la capacidad de aplicar algoritmos que ajustan los valores del proceso y así mantener estos valores dentro de ciertos límites. Control va mas haya del control de supervisión removiendo la necesidad de la interacción humana. Sin embargo la aplicación de esta función desde un software corriendo en una pc puede quedar limitada por la confiabilidad que quiera obtenerse del sistema.

-

Históricos.- Es la capacidad de muestrear y almacenar en archivos, datos del proceso a una determinada frecuencia. Este almacenamiento de datos es una poderosa herramienta para la optimización y corrección de procesos.

ESTRUCTURA GENERAL DEL SOFTWARE HMI El software HMI está compuesto por un conjunto de programas y archivos. Hay programas para diseño y configuración del sistema y otros que son el motor mismo del sistema. Interfaz Hombre.- Es un programa que se encarga de refrescar las variables de la base de datos en la pantalla y actualizarla, si corresponde, por entradas del teclado o el mouse. Este programa realiza la interfaz entre la base de datos y el hombre. El diseño de esta interfaz esta establecido en el archivo molde “Archivo de pantalla” que debe estar previamente cerrado.

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Base De Datos.- Es un lugar de la memoria de la computadora donde se almacenan los datos requeridos del proceso. Estos datos varían en el tiempo según cambien los datos del proceso, por esta razón se denomina “base de datos dinámica”. La base de datos esta formada por bloques que pueden estar interconectados. La creación de la base de datos, sus bloques y la relación entre ellos se realiza a través de “editor de base de datos”. Driver.- La conexión entre bloques de la base de datos y las señales de procesos se realiza por medio de drivers. Estos drives manejan los protocoles de comunicación entre el HMI y los distintos dispositivos de campo. Los drivers son entonces la interfaz hacia la maquina. Bloques (tags).- Como ya mencionamos, la base de datos esta compuesta por bloques. Para agregar o modificar las características de cada bloque se utiliza el editor de la base de datos. Los bloques pueden recibir información de los drivers u otros bloques y enviar información hacia los drivers u otros bloques. Las funciones principales de los bloques son: -

Recibir datos de otros bloques o al driver.

-

Enviar datos a otros bloques o al driver.

-

Establecer enlaces (links) a la pantalla (visualización, teclado o mouse)

-

Realizar cálculos de acuerdo a instrucciones del bloque.

-

Comprar los valores con umbrales de alarmas.

-

Escalar los datos del driver a unidades de ingeniería.

SOFTWARE HMI La ventana de inicio del software es la que mostramos a continuación

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Se divide en las partes que se aprecia a barra de menú b. barra de herramientas c área de configuración d. librería de componentes e. ventana de proyectos f. ventana de construcción de proyectos g. información de compilación h. lista de componentes i. barra de estado En la librería de componentes observamos las siguientes subventanas

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Para seleccionar un componente realizmos lo siguiente Por ejemplo elegimos para el PLC de la ventana PLC Parts BIT STATE LAMP Elegimos el tipo de entrada que se va a utilizar y en las configuraciones podemos editar el tipo de trabajo que va a realizar puede ser un pulsador un switch etc

También se puede elegir lámparas que funcionen en dos estados que comúnmente son ON y OFF

Crear un nuevo proyecto Ventana de inicio

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1. Click en el icono 2.insertar nombre del proyecto 3.seleccionar ubicación del proyecto 4.Click en OK Seleccionamos de la barra el modelo del HMI que vams a utilizar en nuesro cas el modelo MT4720TE

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Para la comunicación con el PLC300WEG debemos hacer una conexión mediante MODBUS ya que en la lista de PLC del software no se encuentra disponible el modelo del PLC que se utilizara en el laboratorio

Empezamos a editar con el HMI pulsando Click derecho y Editar

Al realizar esta acción obtenemos como resultado la siuiente ventana donde empezamos a configurar y seleccionar los elementos que se va a utilizar

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5. COMUNICACIÓN MODBUS Modbus es un protocolo de comunicaciones situado en el nivel 7 del Modelo OSI, basado en la arquitectura maestro/esclavo (RTU) o cliente/servidor (TCP/IP), diseñado en 1979 por Modicon para su gama de controladores lógicos programables (PLCs). Convertido en un protocolo de comunicaciones estándar de facto en la industria, es el que goza de mayor disponibilidad para la conexión de dispositivos electrónicos industriales.1 Las principales razones por las cuales el uso de Modbus en el entorno industrial se ha impuesto a otros protocolos de comunicaciones son: 

Se diseñó teniendo en cuenta su uso para aplicaciones industriales



Es público y gratuito



Es fácil de implementar y requiere poco desarrollo



Maneja bloques de datos sin suponer restricciones

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Modbus permite el control de una red de dispositivos, por ejemplo un sistema de medida de temperatura y humedad, y comunicar los resultados a un ordenador. Modbus también se usa para la conexión de un ordenador de supervisión con una unidad remota (RTU) en sistemas de supervisión adquisición de datos (SCADA). Existen versiones del protocolo Modbus para puerto serie y Ethernet (Modbus/TCP). Versiones del protocolo Hay muchas variantes de protocolos Modbus, existen versiones del protocolo Modbus para el puerto serie, para Ethernet, y otros protocolos que soportan el conjunto de protocolos TCP/IP de Internet: 

Modbus RTU — Es la implementación más común disponible para Modbus. Se utiliza en la comunicación serie y hace uso de una representación binaria compacta de los datos para el protocolo de comunicación. El formato RTU sigue a los comandos/datos con una suma de comprobación de redundancia cíclica (CRC) como un mecanismo de comprobación de errores para garantizar la fiabilidad de los datos. Un mensaje Modbus RTU debe transmitirse continuamente sin vacilaciones entre caracteres. Los mensajes Modbus son entramados (separados) por períodos inactivos (silenciosos).



Modbus ASCII — Se utiliza en la comunicación serie y hace uso de caracteres ASCII para el protocolo de comunicación. El formato ASCII utiliza un checksum de control de redundancia longitudinal (LRC). Los mensajes Modbus ASCII están entramados por los dos puntos principales (":") y la nueva línea (CR/LF).



Modbus TCP/IP o Modbus TCP — Se trata de una variante Modbus utilizada para comunicaciones a través de redes TCP/IP, conectándose a través del puerto 502.2 No requiere un cálculo de suma de verificación (checksum), ya que las capas inferiores ya proporcionan protección de checksum.

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

Modbus sobre TCP/IP o Modbus sobre TCP o Modbus RTU/IP — Esta es una variante de Modbus que difiere del Modbus TCP en que se incluye una suma de comprobación en la carga útil como en Modbus RTU.



Modbus sobre UDP — Algunos han experimentado con el uso de Modbus sobre UDP en redes IP, lo que elimina los gastos generales necesarios para TCP.3



Modbus Plus (Modbus+, MB+ o MBP) — Es una versión extendida del protocolo y privativa de Schneider Electric y a diferencia de las otras variantes, soporta comunicaciones peer-to-peer entre múltiples masters.4 Requiere un co-procesador dedicado para manejar HDLC. Utiliza par trenzado a 1 Mbit/s y sus especificaciones son muy semejantes al estándar EIA/RS-485 aunque no guarda compatibilidad con este, e incluye transformador de aislamiento en cada nodo. Se requiere hardware especial para conectar Modbus Plus a un ordenador, normalmente una tarjeta diseñada para bus ISA, PCI o PCMCIA.



Pemex Modbus — Esta es una extensión de Modbus estándar con soporte para datos históricos y de flujo. Fue diseñado para la compañía petrolera Pemex para su uso en el control de procesos y nunca alcanzó un uso generalizado.



Enron Modbus — Esta es otra extensión del estándar Modbus desarrollada por Enron Corporation con soporte para variables enteras de 32 bits y de punto flotante y datos históricos y de flujo. Los tipos de datos se asignan utilizando direcciones estándar.5 Los datos históricos cumplen con un estándar de la industria del American Petroleum Institute (API, por sus siglas en inglés) según la forma en que deben almacenarse los datos.

El modelo de datos y las llamadas de función son idénticas para las primeras 4 variantes de protocolos; Sólo la encapsulación es diferente. Sin embargo, las variantes no son interoperables, ni sus formatos de trama tampoco. 24

En nuestro caso trabajamos con el protocolo MDBUS RTU RS485 Tecnología Modbus RTU Modbus RTU Tecnología Modbus RTU Modbus RTU es un protocolo serie abierto (RS-232 o RS485) basado en una arquitectura maestro/esclavo o cliente/servidor. El protocolo interconecta los equipos de campo, como son los sensores, los actuadores y los controladores y se usa ampliamente en la automatización de procesos y fabricación. El entorno de bus de campo es el grupo de nivel básico de redes digitales en la jerarquía de las redes de planta. Características Los módulos de comunicación SITRANS F Modbus RTU cumplen el protocolo serie MODBUS. Entre otras cosas, esto implica un protocolo maestro-esclavo en el nivel 2 del modelo OSI. Un nodo (el maestro) emite comandos explícitos a uno de los nodos esclavos y, después, procesa las respuestas. Los nodos esclavos no transmiten datos sin una petición del nodo maestro, ni tampoco se comunican con otros esclavos. Modbus es un sistema maestro mono, lo que significa que sólo puede conectarse un maestro cada vez. Modos de comunicación Son posibles dos modos de comunicación: Unicast y Broadcast. ● En el modo Unicast el maestro envía una petición a un dispositivo esclavo específico y espera un tiempo específico para que se dé una respuesta.

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6. CONCLUSIONES Logramos identificar y mostrar las partes que componen un PLC y las partes del HMI Observamos el funcionamiento del software del PLC asi también como del HMI Observamos el modo de comunicación entre el PLC y el HMI mediante el protocolo MODBUS

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