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• Richard Madruñero

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UNIVERSIDAD TÉCNICA DEL NORTE FACULTAD DE INGENIERÍA EN CIENCIAS APLICADAS LABORATORIO DE AUTOMATIZACION INFORME DE: Automatización de Edificios e Industrias 6

Práctica #:

Programación de un semáforo en PLC y en TIA P0RTAL.

Tema:

Fecha de Realización:

2016

07

22

año

mes

Día

Realizado por: Alumno:

Crucerira Edison Madruñero Richard Ortiz Alexis Revelo Anthony

Fecha de entrega:

2016

07

23

año

Mes

Día

Observaciones:

Periodo:

X

Abril - Agosto Octubre – Febrero

f. Recibido por:

INFORME 1) INTRODUCCION:

El control automático del tránsito vehicular ha sido de interés por muchos años; al ser este un problema bastante complicado y que cada día toma mayor importancia en la vida cotidiana, se ha venido investigando métodos para la implementación de sistemas de supervisión automática del tránsito, los mismos que tienen como propósito mejorar los problemas de tráfico que tenemos actualmente. Con el transcurso de los años y el rápido avance en el desarrollo de nuevas tecnologías, las técnicas de visión artificial, principalmente el reconocimiento de patrones y sistemas inteligentes como lógica difusa, redes neuronales y algoritmos genéticos, se han convertido en un tema de actualidad y de gran aplicación para beneficio de la sociedad, poseen un enorme valor técnico y científico por los innumerables campos en los que puede ser aplicado, entre ellas el control automático del tráfico vehicular Aplicando esto, es posible controlar los semáforos de forma que no se requieran complicados programas electrónicos, para poder solucionar problemas de tránsito en cualquier lugar. Este trabajo se realizó un estudio comparativo entre los algoritmos de reconocimiento de patrones, con la finalidad de determinar cuál es el más adecuado para la implementación de un prototipo de semáforos inteligentes el mismo tiene como función minimizar la congestión vehicular. El presente trabajo tuvo como finalidad realizar una simulación por medio de dos semáforos en secuencia el cual por medio de dos pulsadores podemos variar el tiempo de cambio de color de los semáforos según la cantidad de automóviles que se encuentren.

2) TEMA

Programación de un semáforo en LabVIEW y TIA PORTAL.

3) OBJETIVOS: Objetivo General: 

Realizar un semáforo real que identifique el estado de cantidad de autos en una carretera real, mediante el programa labview el cual nos facilita el control automático de este.

Objetivos Específicos: 

Realizar la simulación del semáforo en el tia portal, el cual nos va a facilitar conocer las salidas del PLC para comunicar la simulación con el OPC.



Analizar las salidas que vamos a utilizar en el programa labview el cual servirá para simulación del semáforo.



Colocar dos pulsadores integrados en el semáforo el cual nos servirá para simular la velocidad que tendrá este cuando haya mayor y menor cantidad de autos.

4) MATERIALES Y EQUIPOS EQUIPOS PLC Siemens

IMAGEN

LabVIEW

Pulsadores

PC

Cable Ethernet

5) MARCO TEORICO PLC S7-1200

El controlador lógico programable (PLC) S7-1200 ofrece la flexibilidad y capacidad de Controlar una gran variedad de dispositivos para las distintas tareas de automatización. Gracias a su diseño compacto, configuración flexible y amplio juego de instrucciones, el S7-1200 es idóneo para controlar una gran variedad de aplicaciones. La CPU incorpora un microprocesador, una fuente de alimentación integrada, así como Circuitos de entrada y salida en una carcasa compacta, conformando así un potente PLC. Una vez cargado el programa en la CPU, ésta contiene la lógica necesaria para vigilar y Controlar los dispositivos de la aplicación. La CPU vigila las entradas y cambia el estado de las salidas según la lógica del programa de usuario, que puede incluir lógica booleana, instrucciones de contaje y temporización, funciones matemáticas complejas, así como comunicación con otros dispositivos inteligentes. Numerosas funciones de seguridad protegen el acceso tanto a la CPU como al programa de control: ● Toda CPU ofrece protección por contraseña que permite configurar el acceso a sus funciones. ● Es posible utilizar la "protección de know-how" para ocultar el código de un bloque específico. Encontrará más detalles en el capítulo "Principios básicos de programación" La CPU incorpora un puerto PROFINET para la comunicación en una red PROFINET. Los módulos de comunicación están disponibles para la comunicación en redes RS485 o RS232.

 Signal Board Una Signal Board (SB) permite agregar E/S a la CPU. Es posible agregar una SB con E/S digitales o analógicas. Una SB se conecta en el frente de la CPU. ● SB con 4 E/S digitales (2 entradas DC y 2 salidas DC) ● SB con 1 entrada analógica

 Módulos de señales Los módulos de señales se pueden utilizar para agregar funciones a la CPU. Los módulos de señales se conectan a la derecha de la CPU.

 Módulos de comunicación La gama S7-1200 provee módulos de comunicación (CMs) que ofrecen funciones adicionales para el sistema. Hay dos módulos de comunicación, a saber: RS232 y RS485. ● La CPU soporta como máximo 3 módulos de comunicación ● Todo CM se conecta en lado izquierdo de la CPU (o en lado izquierdo de otro CM).

NI LabVIEW LabVIEW constituye un revolucionario sistema de programación gráfica para aplicaciones que involucren adquisición, control, análisis y presentación de datos. Las ventajas que proporciona el empleo de LabVIEW se resumen en las siguientes: • Se reduce el tiempo de desarrollo de las aplicaciones al menos de 4 a 10 veces, ya que es muy intuitivo y fácil de aprender. • Dota de gran flexibilidad al sistema, permitiendo cambios y actualizaciones tanto del hardware como del software. • Da la posibilidad a los usuarios de crear soluciones completas y complejas. • Con un único sistema de desarrollo se integran las funciones de adquisición, análisis y presentación de datos. • El sistema está dotado de un compilador gráfico para lograr la máxima velocidad de ejecución posible. • Tiene la posibilidad de incorporar aplicaciones escritas en otros lenguajes. LabVIEW es un entorno de programación destinado al desarrollo de aplicaciones, similar a los sistemas de desarrollo comerciales que utilizan el lenguaje C o BASIC. Sin embargo, LabVIEW se diferencia de dichos programas en un importante aspecto: los citados lenguajes de programación se basan en líneas de texto para crear el código fuente del programa, mientras que LabVIEW emplea la programación gráfica o lenguaje G para crear programas basados en diagramas de bloques. Para el empleo de LabVIEW no se requiere gran experiencia en programación, ya que se emplean iconos, términos e ideas familiares a científicos e ingenieros, y se apoya sobre símbolos gráficos en lugar de lenguaje escrito para construir las aplicaciones. Por ello resulta mucho más intuitivo que el resto de lenguajes de programación convencionales. LabVIEW posee extensas librerías de funciones y subrutinas. Además de las funciones básicas de todo lenguaje de programación, LabVIEW incluye librerías específicas para la adquisición de datos, control de instrumentación VXI, GPIB y comunicación serie, análisis presentación y guardado de datos. LabVIEW también proporciona potentes herramientas que facilitan la depuración de los programas.

¿Qué es LabVIEW? LabVIEW es su herramienta para resolver más rápido y de manera más eficiente los problemas de hoy en día con la habilidad de evolucionar y resolver con sus retos futuros. LabVIEW ofrece integración sin precedentes con todo el hardware de medidas, software legado existente e IP al aprovechar las últimas tecnologías de cómputo.

¿CÓMO TRABAJA LABVIEW?

Los programas desarrollados mediante LabVIEW se denominan Instrumentos Virtuales (VIs), porque su apariencia y funcionamiento imitan los de un instrumento real. Sin embargo son análogos a las funciones creadas con los lenguajes de programación convencionales. Los VIs tienen una parte interactiva con el usuario y otra parte de código fuente, y aceptan parámetros procedentes de otros VIs. Todos los VIs tienen un panel frontal y un diagrama de bloques. Las paletas contienen las opciones que se emplean para crear y modificar los VIs. A continuación se procederá a realizar una somera descripción de estos conceptos. A) Panel Frontal Se trata de la interfaz gráfica del VI con el usuario. Esta interfaz recoge las entradas procedentes del usuario y representa las salidas proporcionadas por el programa. Un panel frontal está formado por una serie de botones, pulsadores, potenciómetros, gráficos, etc. Cada uno de ellos puede estar definido como un control (a) o un indicador (b). Los primeros sirven para introducir parámetros al VI, mientras que los indicadores se emplean para mostrar los resultados producidos, ya sean datos adquiridos o resultados de alguna operación.

B) Diagrama de bloques El diagrama de bloques constituye el código fuente del VI. En el diagrama de bloques es donde se realiza la implementación del programa del VI para controlar o realizar cualquier procesado de las entradas y salidas que se crearon en el panel frontal. El diagrama de bloques incluye funciones y estructuras integradas en las librerías que incorpora LabVIEW. En el lenguaje G las funciones y las estructuras son nodos elementales. Son análogas a los operadores o librerías de funciones de los lenguajes convencionales. Los controles e indicadores que se colocaron previamente en el Panel Frontal, se materializan en el diagrama de bloques mediante los terminales. A continuación se presenta un ejemplo de lo recién citado:

C) Paletas. Las paletas de LabVIEW proporcionan las herramientas que se requieren para crear y modificar tanto el panel frontal como el diagrama de bloques. Existen las siguientes paletas:

PROGRAMACIÓN EN LABVIEW Con el entorno gráfico de programación de LabVIEW se comienza a programar a partir del panel frontal. En primer lugar se definirán y seleccionarán de la paleta de controles todos los controles (entradas que dará el usuario) e indicadores (salidas que presentará en pantalla el VI) que se emplearán para introducir los datos por parte del usuario y presentar en pantalla los resultados. Una vez colocados en la ventana correspondiente al panel frontal todos los objetos necesarios, debe pasarse a la ventana Diagram (menú Windows > Show Diagram), que es donde se realiza la programación propiamente dicha (diagrama de bloques). Al abrir esta ventana, en ella se encuentran los terminales correspondientes a los objetos situados en el panel frontal, dispuestos automáticamente por LabVIEW. Se deben ir situando las funciones, estructuras, etc. que se requieran para el desarrollo del programa, las cuales se unen a los terminales mediante cables. Para facilitar la tarea de conexión de todos los terminales, en el menú “Help” puede elegirse la opción “Show Help”, con lo que al colocar el cursor del ratón sobre un elemento aparece una ventana con información relativa a éste (parámetros de entrada y salida).

NI OPC COMUNICACIÓN NI-OPC SERVERS CON SIEMENS S7-1200 Y LABVIEW

La conexión entre un PLC y un PC es una aplicación típica en el área industrial. En este demo script se describirá la forma de conectar un computador con OPC a un PLC Siemens S7-1200. ARQUITECTURA DEL SISTEMA

Para esta práctica se requieren los siguientes componentes:

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA PLC

El PLC Siemens S7-1200 tiene un puerto de comunicaciones RS-485. Las CPU 224XP tienen dos puertos, cuyas direcciones son configurables desde el software del PLC (STEP-7). Puede utilizarse cualquiera de ellos.

Para programar el PLC se utiliza el cable de programación Ethernet, y el software de programación STEP-7, ambos propio de Siemens. Este cable de programación se utiliza solamente para configurar el PLC y descargar el programa. Para la comunicación HMI OPC no se utiliza ese cable, sino un puerto de comunicaciones seriales RS-485. Los terminales de comunicación del puerto del PLC son los siguientes. Como puede observarse, los pines 6 y 7 tienen altos voltajes que podrían dañar un interfaz

RS-485 estándar, por lo que es necesario construir un cable que interconecte solamente las señales necesarias.

6) PROCEDIMIENTO

Programación En TIA Portal Este software nos ayuda a la programación de un controlador lógico programable (PLC) de la marca Siemens, podemos programar las distintas entradas y salidas analógicas y digitales que dispone este PLC. Las siguientes líneas de programación podemos observar la configuración de las salidas para el funcionamiento de un cruce de semáforo el cual consta de seis salidas digitales (%Q0.0, %Q0.1, %Q0.2, %Q0.3, %Q0.4, %Q0.5) con indicadores lumínicos que representan los colores de dos semáforos, como entradas tenemos seis marcas (%M.06, %M0.7, %M1.0, %M1.1, %M1.2) las cuales la emplearemos para un interfaz de programación mediante TIA portal y Labview mediante NI OPC.

OPC Es una interfaz para la comunicación entre diferentes fuentes de datos, incluyendo controladores lógicos programables eliminando las incoherencias entre dispositivos proporcionando apoyo a los cambios de características de hardware, evitando conflictos de acceso. LA APLICACIÓN OPC OPC permite que las aplicaciones de cliente y servidor para comunicarse entre sí. OPC está diseñado para ser una capa de abstracción entre las redes industriales y los controladores PLC propietarias. El estándar OPC especifica el comportamiento que se espera que las interfaces para proporcionar a sus clientes; y los clientes reciben los datos de las interfaces que utilizan las llamadas de función estándar y métodos. En consecuencia, siempre que un programa de adquisición de análisis por ordenador o de datos contiene un protocolo de cliente OPC, y un controlador de dispositivo industrial tiene una interfaz OPC asociado, el programa puede comunicarse con el dispositivo. La especificación también incluye un protocolo para trabajar con sistemas de control de datos y bases de datos de aplicación, así

como el acceso de datos en línea, alarma y control de eventos y acceso a los datos históricos para todas estas fuentes de datos. CONFIGURACIÓN La configuración específica en este proyecto se ha configurado las seis diferentes entradas del TIA portal generando variables que se las comunicara con Labview.

CONFIGURACIÓN DE LABVIEW Labview con las variables de OPC server que se las empleara en la programación de funcionamiento de un cruce de semáforo con sensores de trafico acelerando o disminuyendo el tiempo de cambio de un semáforo a otro dando un proceso automático a este proyecto.

PROGRAMACIÓN EL LABVIEW En este software generamos la lógica de programación con cuatro ciclos de tiempo que son los cambios que tendrá este cruce de semáforo, dos luminarias tendrán un cambio simultaneo y en dos de los cambios se acelerará el proceso o se disminuirá condicionado por dos pulsadores En la ventana grafica de Labview podemos ver el proceso en funcionamiento el cambio de las luminarias, un panel donde podemos variar el tiempo de cambio para cada ciclo de tiempo que representa el cambio de luminaria del cruce en conjunto, dos pulsadores los cuales al presionar simula la detección de un sensor de la cantidad de trágico en la vía que acelera o disminuye el tiempo.

7) CUESTIONARIO a) ¿Cuál es el interfaz que nos sirve para hacer comunicación entre TIA PORTAL y LabVIEW? La conexión entre un PLC y un PC es una aplicación típica en el área industrial. En este demo script se describirá la forma de conectar un computador con OPC a un PLC Siemens S7-1200.

b) -

Enumere las características de los servidores NI OPC? Funciona con LabVIEW y clientes OPC en LabVIEW DSC y OPC UA Una sola interfaz consistente para OPC Clásico y OPC UA Ejecute múltiples complementos de controlador en un solo servidor OPC Incluye controladores para PLCs, que van desde PLCs de legado basado en serial hasta los últimos PLCs basados en Ethernet Diagnósticos OPC para rápida depuración.

c) ¿Qué nos ofrece el PLC S7-1200 en Automatización? El controlador lógico programable (PLC) S7-1200 ofrece la flexibilidad y capacidad de Controlar una gran variedad de dispositivos para las distintas tareas de automatización.

d) ¿Que incorpora el PLC internamente? La CPU incorpora un microprocesador, una fuente de alimentación integrada, así como Circuitos de entrada y salida en una carcasa compacta, conformando así un potente PLC.

e) ¿Con que puerto se conecta el PLC y el PC? La CPU incorpora un puerto PROFINET para la comunicación en una red PROFINET. Los módulos de comunicación están disponibles para la comunicación en redes RS485 o RS232.

f) ¿Qué es LabVIEW? LabVIEW es su herramienta para resolver más rápido y de manera más eficiente los problemas de hoy en día con la habilidad de evolucionar y resolver con sus retos futuros. LabVIEW ofrece integración sin precedentes con todo el hardware de medidas, software legado existente e IP al aprovechar las últimas tecnologías de cómputo.

g) ¿Cuáles son las ventajas de LabVIEW? • Se reduce el tiempo de desarrollo de las aplicaciones al menos de 4 a 10 veces, ya que es muy intuitivo y fácil de aprender. • Dota de gran flexibilidad al sistema, permitiendo cambios y actualizaciones tanto del hardware como del software. • Da la posibilidad a los usuarios de crear soluciones completas y complejas. • Con un único sistema de desarrollo se integran las funciones de adquisición, análisis y presentación de datos. • El sistema está dotado de un compilador gráfico para lograr la máxima velocidad de ejecución posible.

h) Enumere los componentes de la VIs de LabVIEW. -

Panel frontal Diagrama de bloques Paletas

8) CONCLUCIONES:

 Ya finalizado el proyecto de la automatización de un semáforo controlado con el programa Labview, concluimos que, este tipo de programación ayudaría al avance vehicular para minimizar el tráfico de acuerdo a una programación controlada.  Se concluye que al momento de realizar la simulación del semáforo en el programa respectivo (tia portal), se pudo conocer las salidas del PLC que comunican la simulación con el OPC.  Con la realización del presente proyecto pudimos conocer y a su vez analizar las salidas que se utilizó en el programa labview, el cual nos facilitó el control automático del módulo.  Al colocar los dos pulsadores podemos manipular la simulación del tiempo de duración de las luces de los semáforos tomando en cuenta la cantidad de vehículos.

 Gracias al uso del PLC es posible desarrollar este sistema complejo de semáforos y crear económicos y sencillos sistemas de tránsito. Ya que al conocer cómo es que estos funcionan es que se pueden llegar a crear sistemas de semáforos pre programado.

9) RECOMENDACIONES:

 En este proyecto de la automatización de un semáforo controlado con el programa Labview, tenemos que verificar en primer lugar el tipo de CPU que tiene el PLC marca SIMENS, ya que, si diseñamos el programa en el TIA PORTAL con un diferente tipo de PLC, no va a establecer una conexión con el PLC que se tenga.  Al momento de ya tener el circuito diseñado en el programa TIA PORTAL, tenemos que compartir al programa Labview las variables utilizadas en el TIA PORTAL, al enlazar estas variables tenemos que verificar que estas variables asignadas estén adecuadamente configuradas como de “escritura o lectura”, de acuerdo a la programación.

10) BIBLIOGRAFIA Y LINOGRAFIA  Del Río Fernández, Joaquín; Shariat-Pahani, Shahram; Sarrià Gandul, David. “LabVIEW: Programación para sistemas de instrumentación”. 2013. Alfaomega.  PILLAJO CHACUA, OSCAR WILLIAM. “Diseño de un módulo para la simulación y control de salidas analógicas del PLC”. 2015.  Controlador programable S7-1200 Manual de sistema, 11/2009, A5E02486683-02

 http://www.esi2.us.es/~asun/LCPC06/TutorialLabview.pdf

 http://datalights.com.ec/site2/images/docs/opcsiemenss7200.pdf