Ejemplo Proyecto Grafcet
Ejemplo Proyecto Grafcet
Ejemplo Proyecto Grafcet
Facultad de Ingenierı́a
Escuela de Ingenierı́a Eléctrica
Programación de interfaces
humano-máquina para una red de PLC
Por:
noviembre de 2013
Programación de interfaces
humano-máquina para una red de PLC
Por:
Jorge Bonilla Umaña
v
Índice general
Índice de figuras ix
Índice de cuadros ix
Nomenclatura xi
1 Introducción 1
1.1 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Metodologı́a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2 Marco teórico 3
2.1 Controlador lógico programable (PLC) . . . . . . . . . . . . . . 3
2.2 Interfaz humano máquina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.3 Red PLC (PROFINET) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.4 Programación del PLC y de la HMI . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.5 SCADA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
6 Conclusiones y recomendaciones 35
Bibliografı́a 39
B Normalización y escalamiento 45
vii
C Bloque PID Compact 49
D Diagrama de contactos 53
viii
Índice de figuras
Índice de cuadros
ix
Nomenclatura
GRAFCET Graphe Fonctionnel de Commande Etape Transition, Grá-
fico de mando etapa/transición.
PD Proporcional derivativo.
PI Proporcional integral.
xi
1 Introducción
1.1 Objetivos
Objetivo general
Instalar al menos una de las pantallas SIMATIC HMI KTP600 Basic color PN
en la red Profinet del laboratorio de Automatización Industrial y crear una
interfaz humano-máquina que se enlace con un PLC Siemens S7-1200 para
controlar una maqueta de laboratorio.
1
2 1 Introducción
Objetivos especı́ficos
• Instalar al menos una de las pantallas SIMATIC HMI KTP600 Basic
color PN en el Laboratorio de Automática. Esta instalación tiene que
tomar en cuenta el soporte para la instalación fı́sica de las pantallas.
1.2 Metodologı́a
• Mediante una búsqueda bibliográfica y la experimentación, se determinó
la mejor manera de conectar la pantalla con el PLC, ası́ como la forma
de alimentarla eléctricamente para su correcto funcionamiento.
• Temporizaciones.
• Enclavamiento de contactos.
• Comunicaciones industriales.
• Procesos de autodiagnóstico.
3
4 2 Marco teórico
• CPU 1214C.
• 2 entradas analógicas.
pueden ser interpretadas por el PLC según sea su proporción. De esta forma,
con los sensores adecuados, se puede obtener datos precisos de algún proceso de
interés, como por ejemplo el nivel de un tanque, el cual con entradas digitales
solo serı́a posible saber puntos especı́ficos como totalmente lleno o vacı́o, pero
con las entradas analógicas se puede conocer con precisión el nivel del tanque
citado en este ejemplo.
Este PLC tiene un puerto de comunicación Ethernet, el cual permite co-
nectar el PLC a una red, ası́ como también poder configurarlo desde una
computadora. El hecho de que el sistema se pueda configurar a distancia me-
diante Ethernet, permite que el usuario no tenga que desplazarse hasta la
ubicación fı́sica del aparato, facilitando ası́ su programación. Este puerto co-
mo se mencionó, permite conectar el PLC a una red, de esta forma se pueden
compartir estados de variables mediante una pantalla HMI o un software de
supervisión de procesos especializado.
TCP/IP sin ningún tipo de restricciones” (Siemens, 2009a). A una red de este
tipo se le puede agregar una HMI y como ya se ha mencionado antes se podrá
tener control e información sobre los procesos que están llevando a cabo los
PLC de la red.
2.5 SCADA
SCADA se refiere a las siglas en inglés de Supervisory Control And Data Ac-
quisition que se podrı́a traducir como control supervisado y adquisición de
datos y se denomina como cualquier software que permita el acceso a datos
remotos de un proceso y el control del mismo mediante las herramientas de
comunicación necesarias (Rodrı́guez, 2007).
Hay que aclarar que un SCADA no es un sistema de control, sino que es
una herramienta de monitorización que se convierte en una interfaz entre los
niveles de control como el PLC y los de gestión a nivel superior. El software
SCADA se instala en una computadora y desde esta, se pueden monitorear los
procesos, mediante interfaces gráficas atractivas para el usuario que muestran
los procesos de forma que el operador pueda tener una idea de lo que sucede
en cada momento en el sistema.
La conexión de la HMI con el PLC mediante PROFINET al parecer se
asemejan mucho a un sistema SCADA. Pero hay que tener en cuenta que
8 2 Marco teórico
varios HMI y PLC pueden formar parte de pequeñas redes industriales que
podrı́an formar parte de una red más grande que está siendo supervisada por
un SCADA.
3 Sistemas de simulación de
procesos
Como se ha mencionado con anterioridad, la combinación del PLC con la
HMI permite supervisar procesos ası́ como interaccionar con ellos permitiendo
controlar variables del sistema. En este caso se busca controlar dos procesos:
la maqueta conocida como grúa de tres ejes y la planta de control de flujo
LabVolt.
9
10 3 Sistemas de simulación de procesos
Elementos Cantidad
Sensores
Interruptor de Proximidad 1
Interruptores mecánicos 8
Encoders incrementales 2
Actuadores
Motores 3
Electroimán 1
13
14 4 Diseño de los algoritmos de control
• “Setpoint Limit H”: cuando esta salida se pone en alto, significa que se
ha alcanzado el lı́mite superior del “Setpoint”.
• “Setpoint Limit L”: cuando esta salida se pone en alto, significa que se
ha alcanzado el lı́mite inferior del “Setpoint”.
• “Input Warning H”: cuando esta salida se pone en alto, significa que se
ha alcanzado o rebasado el lı́mite superior de advertencia de la entrada
de la señal controlada.
• “Input Warning L”: cuando esta salida se pone en alto, significa que se
ha alcanzado o rebasado el lı́mite inferior de advertencia de la entrada
de la señal controlada.
– State = 0: inactivo
– State = 1: optimización inicial
– State = 2: optimización fina
– State = 3: modo automático
– State = 4: modo manual
siguiente estado.
• Estado 3 (E3): El imán se activa en este estado para ası́ poder sujetar
la pieza. Además, se activa el motor para subir el brazo o sea el motor
Z+. Esta acción de activar el motor se hace hasta que se llega al final
de carrera Z+ (Int Z+), en ese momento se pasa al siguiente estado.
• Estado 6 (E6): En este estado se deben bajar las piezas hasta el “recep-
tor”, el imán debe seguir activado para sostener las piezas. Para bajar
el brazo se repite un proceso similar al de recoger las piezas, se debe
activar el motor Z- para bajar el brazo, éste bajará hasta que el sensor
de proximidad se active o en dado caso se active el final de carrera de
Z-, cuando alguna de esas cosas suceda se pasa al siguiente estado.
Nótese que el estado siguiente es el estado 8, o sea el estado 7 no se utilizó,
esto porque la variable y estado E7 se usó en otra parte del programa y
no en el programa principal o “main” como aparece en el TIA Portal, pero
para respetar la nomenclatura se siguió ası́ el GRAFCET de operación.
Esta interfaz se busca que sea agradable a la vista, y se debe intentar dar
una experiencia uniforme al operador a través de todas las pantallas. Para
diseñar las imágenes que forman parte de los menús en el HMI se usa como
base la figura 5.1
Figura 5.1: Ilustración de referencia para crear las imágenes del HMI
25
26 5 Diseño de interfaces entre la pantalla HMI y el PLC
como de monitoreo, por ejemplo se tienen dos botones, uno para seleccionar
el modo Automático y otro para seleccionar el modo Manual.
Dependiendo del modo en el que se encuentre el sistema, la flecha gris
que brinda el acceso a las opciones Monitoreo Modo Automático o Contro-
les manuales estará visible o no. Además también dependiendo del modo de
operación se encenderán las luces piloto verdes que indican cuál modo está
activo. La luz piloto roja y el mensaje de error aparecerán en forma intermi-
tente cuando el sistema no pueda recuperarse de un error y manualmente sea
necesario colocar la grúa en la posición inicial. Se tiene también un botón gris
con un ı́cono de una casa, este sirve para volver al menú principal de la figura
5.2.
Si se accede a la opción Monitoreo Modo Automático, se presenta en la
pantalla el menú mostrado en la figura 5.4
En esta pantalla se tiene el nombre de todos los actuadores presentes en la
grúa de tres ejes, junto a cada uno de estos se tienen dos luces piloto una roja
y otra verde, se indica si ese actuador esta funcionando al encenderse una luz
verde, o si esta fuera de funcionamiento al encenderse la luz roja.
Se tienen tambien dos columnas, Acción y Estado, en la columna Acción
se tienen los siguientes textos:
que ese valor puede ser un numero no entero, y se determina en una escala de
1 a 100.
Además, tanto en la figura 5.7 como en la figura 5.8 se tienen botones que
permiten volver al menú principal o al menú de la Planta de Control de Flujo.
Conclusiones
• La construcción de un soporte para la pantalla HMI y su instalación en el
Laboratorio de Automatización Industrial, permitieron dejar instalada
de manera correcta la pantalla.
35
36 6 Conclusiones y recomendaciones
Recomendaciones
• Para una rápida referencia y entendimiento de la programación de in-
terfaces gráficas en la pantalla HMI, se debe hacer referencia al manual
derivado de este proyecto.
• La pantalla HMI debe ser alimentada con la fuente adquirida para cum-
plir este propósito y no con la tensión del PLC.
Rojas, J. D. (2013). Laboratorio 05: Control de procesos con plc, ie-1114 temas
especiales ii: Automatización industrial. Reporte técnico, Departamento de
Automatización, Escuela de Ingenierı́a Eléctrica, Universidad de Costa Rica.
Sanz, J. (1996). Las normas tecnicas iso 9241 y en 29241 sobre pantallas
de visualizacion. Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo,
Madrid.
39
40 Bibliografı́a
41
Totally Integrated
Automation Portal
Variables PLC
Variables PLC
Variables PLC
Nombre Tipo de datos Dirección Rema‐ Visible Accesi‐ Comentario
nencia en HMI ble
desde
HMI
Int X- Bool %I0.0 False True True Interruptor Mecanico en la
posicion X-
Int X+ Bool %I0.1 False True True Interruptor Mecanico en la
posicion X+
Int Xref Bool %I0.2 False True True Interruptor Mecanico en la
posicion Xref
Int Y- Bool %I0.3 False True True Interruptor Mecanico en la
posicion Y-
Int Y+ Bool %I0.4 False True True Interruptor Mecanico en la
posicion Y+
Int Yref Bool %I0.5 False True True Interruptor Mecanico en la
posicion Yref
Int Z+ Bool %I0.6 False True True Interruptor Mecanico en la
posicion Z-
Int Z- Bool %I0.7 False True True Interruptor Mecanico en la
posicion Z+
Int Prox Bool %I1.0 False True True Interruptor proximidad
Enc X- Bool %I1.1 False True True Encoder direccion X
Enc Y Bool %I1.2 False True True Encoder direccion Y
Motor X- Bool %Q0.0 False True True actuador X-
Motor X+ Bool %Q0.1 False True True actuador X+
MW Real %MD0 False True True Salida encoder
X2 Bool %M0.0 False True True Cuenta encoder
X1 Bool %M2.1 False True True Cuenta encoder
MW2 Int %MW2 False True True Salida Encoder
Motor Y- Bool %Q0.2 False True True actuador Y-
Motor Y+ Bool %Q0.3 False True True actuador Y+
Motor Z+ Bool %Q0.5 False True True actuador Z+
Motor Z- Bool %Q0.4 False True True actuador Z-
Iman Bool %Q0.6 False True True Electro iman
E1 Bool %M4.0 False True True Estado X-
E2 Bool %M4.1 False True True Estado Z-
E3 Bool %M4.2 False True True Estado Z+
E4 Bool %M4.3 False True True Estado X+
E5 Bool %M4.4 False True True Estado Y+
E6 Bool %M4.5 False True True Estado Z-
EE2 Bool %M4.6 False True True Estado Emergencia 2
Y1 Bool %M0.3 False True True Cuenta encoder
MW3 Int %MW5 False True True Salida encoder
E8 Bool %M4.7 False True True Estado Z+
Totally Integrated
Automation Portal
45
Totally Integrated
Automation Portal
Segmento 1:
NORM_X SCALE_X
Int to Real Real to Real
EN ENO EN ENO
0 MIN 0.0 MIN
%MD82 %MD86
%IW66 "Señal %MD82 "Señal
"Señal controlada "Señal controlada
Controlada" VALUE OUT normada" controlada OUT escalada"
14100 MAX normada" VALUE
100.0 MAX
LIMIT NORM_X
Real Real to Real
EN ENO EN ENO 1
0.0 MN %MD120 0.0 MIN
%MD114
%MD110 OUT "SetpointLim" %MD120 "setpoint hmi
"setpoint hmi" IN "SetpointLim" VALUE OUT norm"
100.0 MX 100.0 MAX
NORM_X SCALE_X
Int to Real Real to Real
EN ENO EN ENO
0 MIN 0.0 MIN
%MD98 %MD102
%MW118 "Set Point %MD98 "Set Point
"waka" VALUE OUT normado" "Set Point OUT escalado"
14100 MAX normado" VALUE
100.0 MAX
NORM_X SCALE_X
Real to Real Real to Int
EN ENO EN ENO
0.0 MIN %MD106 0 MIN
%QW80
OUT "aux" %MD106 "Salida del
%MD94 controlador"
"aux" VALUE OUT
"Salida del
controlador 14100 MAX
escadala" VALUE
100.0 MAX
SCALE_X
Real to Int
1 EN ENO
0 MIN %MW118
OUT "waka"
%MD114
"setpoint hmi
norm" VALUE
14100 MAX
49
Totally Integrated
Automation Portal
Segmento 1:
%M124.0
"manPI" MOVE
EN ENO
3 IN "PID_Compact_1".
OUT1 sRet.i_Mode
%DB4
"PID_Compact_1"
PID_Compact
EN ENO
ScaledInput ...
%MD102
"Set Point
escalado" %MD94
Setpoint
"Salida del
controlador
%MD86 escadala"
Output
"Señal
controlada Output_PER ...
escalada" Input Output_PWM ...
W#16#0 Input_PER SetpointLimit_H ...
%M124.0 SetpointLimit_L ...
"manPI" ManualEnable InputWarning_H ...
%MD128 InputWarning_L ...
"Valor manPI" ManualValue %MD132
%M136.0 State "Estado"
"Reset" Reset Error ...
%M143.4
0.0
"inactivo"
==
Real
%MD132
"Estado"
%M143.5
3.0 "Automatico"
==
Real
%MD132
"Estado"
%M143.6
4.0 "Manual"
==
Real
%MD132
"Estado"
%M143.7
2.0 "OptFina"
==
Real
%MD132
"Estado"
53
Totally Integrated
Automation Portal
Main [OB1]
Main Propiedades
General
Nombre Main Número 1 Tipo OB.ProgramCycle Idioma KOP
Información
Título Autor Comentario Familia
Versión 0.1 ID personaliza‐
da
Segmento 1:
Segmento 1:
%DB1
"IEC_Counter_0_
DB"
%I0.2
"Int Xref"
R
52 PV
%DB2
"IEC_Counter_0_
DB_1"
%I0.2
"Int Xref"
R
42 PV
%M4.4
"E5"
%DB3
"IEC_Counter_0_
DB_2"
%I0.3
"Int Y-"
R
40 PV
Segmento 2:
Totally Integrated
Automation Portal
%M4.0 %M4.1
"E1" "E2"
%M4.1 %M4.2
"E2" "E3"
%M4.2 %M4.3
"E3" "E4"
%M4.3 %M4.4
"E4" "E5"
%M4.4 %M4.5
"E5" "E6"
%M4.5 %M4.7
"E6" "E8"
%I0.7 %M7.0
"Int Z-" "E9"
%M4.7
"E8"
%M7.0 %M7.1
"E9" "E10"
%M7.1 %M4.0
"E10" "E1"
%M4.2
"E3"
%M4.4
"E5"
%M4.5
"E6"
%Q0.6 %M140.3
"Iman" "no_iman"
2.1 ( page 3 - 3)
Totally Integrated
Automation Portal
%M4.5
"E6"
%Q0.4 %M141.5
"Motor Z-" "no_z-"
%M4.2
"E3"
%M7.3
"EE1"
%Q0.5 %M141.4
"Motor Z+" "no_z+"
%M7.1
"E10"
%M7.5
"EE32"
%Q0.1 %M141.0
"Motor X+" "no_x+"
%M7.4
"EE31"
%Q0.0 %M141.1
"Motor X-" "no_x-"
%Q0.3 %M141.2
"Motor Y+" "no_y+"
%M4.6
"EE2"
%Q0.2 %M141.3
3.1 ( page 3 - 4)
Totally Integrated
Automation Portal
%M7.3
"EE1"
%M7.5 %M7.5
"EE32" "EE32"
%M7.4
"EE31"
%M7.4 %M7.4
"EE31" "EE31"
%M7.5
"EE32"
%M7.6
"auto"
%M7.6 %M140.1
"auto" "auto_no"
%I0.6 %M140.4
"Int Z+" "no_mov"
%I0.6 %M140.5
"Int Z+" "mov"
%I0.0 %M140.6
"Int X-" "X_lim"
%I0.1
"Int X+"
%I0.3 %M140.7
"Int Y-" "Y_lim"
%I0.4
"Int Y+"
%M8.2
"manX-"
%M8.3
"manY+"
%M8.4
"manY-"
4.1 ( page 3 - 5)
Totally Integrated
Automation Portal
%Q9.0
"avis"
%M4.0 %M4.1 %M4.2 %M4.3 %M4.4 %M4.5 %M4.7 %M7.0 %M7.1 %M7.3 %M4.6
"E1" "E2" "E3" "E4" "E5" "E6" "E8" "E9" "E10" "EE1" "EE2"
1
%Q0.1 %M141.6
"Motor X+" "trasla"
%Q0.0
"Motor X-"
%Q0.3
"Motor Y+"
%Q0.2
"Motor Y-"
%M7.3 %M142.4
"EE1" "Recuper"
%M4.6
"EE2"
%M7.4
"EE31"
%M7.5
"EE32"
%M142.6 %M142.7
"emerstp" "paroEm"
5.1 ( page 3 - 6)
Totally Integrated
Automation Portal