Práctica 2: Operaciones Binarias

ITESM Campus Monterrey
Depto. de Ing. Eléctrica
Laboratorio de Teleingeniería
Práctica 2:
Operaciones Binarias
Objetivo:
Comprender las operaciones lógicas básicas, como las compuertas AND, OR, y NOT.
Aplicar las operaciones binarias para automatizar un proceso.
Introducción:
Las siguientes instrucciones son consideradas como las bases de la programación en Step 7. Al
hablar de una “señal encendida”, se refiere a que dicha señal se encuentra en el estado lógico “1”. Por
otro lado, una “señal apagada” se refiere a una señal de estado lógico “0”.
Tipos de lenguaje:
SIMATIC Manager cuenta con tres tipos de programación:
Diagrama de escalera (LAD)
Lenguaje Estructurado (STL)
Diagrama de Bloques (FBD)
Los cuales pueden utilizarse indistintamente, pues las operaciones que se realizan son las mismas. La
elección del tipo de programación es cuestión de familiaridad. Al utilizar el software de SIMATIC
Manager, se puede cambiar el tipo de programación. Una vez que se ha creado un Bloque de
Organización (OB), desde esa ventana se selecciona “View” del menú superior, y elegir la opción “LAD”,
“STL”, o “FBD”. De igual manera, se pueden presionar las teclas “Ctrl+1” para LAD, “Ctrl+2” para STL, y
“Ctrl+3” para FBD.
Asignación simple
La asignación simple (=) entrega el resultado de una operación lógica (RLO) de la operación anterior, y la
asigna al siguiente operando. La figura 1 muestra un ejemplo de una asignación simple para los tres
diferentes lenguajes de programación. Si la señal de entrada I 0.0 es activada, la señal de salida Q 0.0 se
activará. En caso de que la señal de entrada se encuentre desactivada, la señal de salida no se activará.
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Figura 1. Asignación simple
Operación AND
Este tipo de operación consiste en dos o más contactos conectados en serie. En la figura 2 se muestra el
ejemplo: la salida Q 0.0 se encenderá (tendrá el estado 1) en caso de que todas las señales de entrada se
encuentren encendidas (tengan una señal de 1) a la vez. Si una señal de entrada se encuentra apagada
(estado 0), la salida se mantendrá apagada (0).
Figura 2. Operación AND
Operación OR
Este tipo de operación consiste en dos o más contactos conectados en paralelo. La figura 3 muestra las
señales I 0.2 e I 0.3, las cuales habilitan a la señal de salida Q 0.1. En caso de que cualquiera de las
señales de entrada se encienda, la señal de salida se activará. Para que la señal de salida se encuentre
desactivada, ambas señales de entrada deberán permanecer desactivadas.
Figura 3. Operación OR
Operación AND – OR
La operación AND – OR (AND – BEFORE OR en ingles) consiste en realizar una configuración en paralelo
de varios contactos en el diagrama. En la figura 4 se muestra que la salida 0.1 tendrá una señal lógica de
1, si todos los contactos de al menos una rama se encuentran encendidos. La primera función AND
(I 0.0, I 0.1) es independiente de la segunda función AND (I 0.2, I 0.3) gracias a la función OR.
En la representación STL, la operación AND – OR se escribe sin paréntesis. Sin embargo, las ramas
paralelas del circuito deben separarse por el carácter “O” (Función OR).
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En este tipo de operación, las compuertas AND tienen mayor prioridad y siempre se ejecutarán antes
que las compuertas OR.
Figura 4. Operación AND – OR
Operación OR – AND
La operación OR – AND (OR – before – AND en ingles) corresponde a una conexión de contactos en serie
unidos en paralelo. Con este tipo de combinación, la salida 1.0 se enciende si al menos uno de los
contactos de cada columna se encuentra activado.
Figura 5. Operación OR – AND
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Operación OR Exclusivo (XOR)
Esta operación es similar a la operación AND – OR, con la diferencia de utilizar dos contactos diferentes
para cada rama (uno normalmente abierto, y el otro normalmente cerrado). Según la figura 6, la salida
1.0 será activada sólo si uno de los contactos se encuentra activado. En caso de que ambos contactos se
activen, la señal de salida no se encenderá.
Figura 6. Ejemplo de OR Exclusivo
Bobinas Set
Este tipo de bobinas se activan sólo cuando el resultado de una operación lógica (RLO) en una serie de
instrucciones es igual a “1”. Si la RLO es “1”, la dirección especificada en la bobina tiene un valor de “1”.
Si la RLO es “0”, no hay efecto alguno en el estado actual de la bobina, y la dirección permanece sin
cambios. La figura 7 muestra un ejemplo de cómo utilizar este tipo de bobinas: el estado de la señal Q
4.0 es “1”, si existe cualquiera de las siguientes condiciones:
El estado de las entradas I 0.0 e I 0.1 es “1”.
El estado de la entrada I 0.2 está desactivada.
En caso de que no se cumpla ninguna de las condiciones mencionadas, la RLO es “0”, y la señal de la
salida Q 4.0 permanece sin cambios.
Figura 7. Uso de la bobina “SET”
Bobinas Reset
Este tipo de bobinas se activan sólo cuando el resultado de una operación lógica (RLO) en una serie de
instrucciones es igual a “1”. Si la RLO es “1”, se reinicia la dirección especificada en la bobina con un
valor de “0”. Si la RLO es “0”, no hay efecto alguno en el estado actual de la bobina, y la dirección
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permanece sin cambios. La figura 8 muestra un ejemplo de cómo utilizar este tipo de bobinas: el estado
de la señal Q 4.0 se reinicia a “0”, si existe cualquiera de las siguientes condiciones:
El estado de las entradas I 0.0 e I 0.1 es “1”.
El estado de la entrada I 0.2 está desactivada.
En caso de que no se cumpla ninguna de las condiciones mencionadas, la RLO es “0”, y la señal de la
salida Q 4.0 permanece sin cambios.
Figura 8. Uso de la bobina “RESET”
Funciones de almacenamiento
Si la señal de entrada conectada a la terminal S (Set) tiene un estado lógico de 1, se activará la señal de
salida de la función. Si la señal de entrada conectada a la terminal R (Reset) tiene un estado lógico de 1,
se desactivará la señal de salida de la función. Una señal lógica de 0 no realiza cambio alguno en la señal
de salida. En caso de tener una señal lógica de 1 tanto en la entrada S y en la entrada R, la función se
activará o desactivará según la configuración realizada: Dominante Set o Dominante Reset.
La figura 9 muestra una configuración Dominante Reset. En caso de que las entradas de Set y Reset sean
encendidas al mismo tiempo, la señal de salida permanecerá apagada.
Figura 9. Asignación Dominante Reset
La figura 10 muestra una configuración Dominante Set. En caso de que las entradas de Set y Reset sean
encendidas al mismo tiempo, la señal de salida permanecerá encendida.
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Figura 10. Asignación Dominante Set
Creación de una memoria auxiliar
La memoria auxiliar es otra herramienta útil para el manejo de estados en un proceso. Consiste en
habilitar una memoria de bit en el programa (utilizarla como una señal de salida en un escalón), y
utilizarla como una variable más (utilizarla como una señal de entrada en un escalón). Esto es útil para
evitar posibles conflictos al momento que se encienden varias entradas, pues una combinación de
entradas puede encender varias salidas a la vez. La figura 11 muestra un fragmento de un programa, en
donde se enciende una memoria interna y se utiliza en el siguiente escalón. Para este ejemplo, es
necesario agregar un escalón en donde se utilice una bobina “RESET” para la memoria M100.3 (con sus
respectivas condiciones de entrada).
Figura 11. Uso de una memoria auxiliar
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Detección de Transiciones
Este tipo de operación permite mantener el RLO solo en un ciclo de ejecución cuando la señal cambia de
estado positivo o negativo de acuerdo al tipo de transición que se desea detectar. Esta función necesita
de un espacio de memoria para guardar la información del estado previo encontrado en el ciclo de
ejecución anterior.
Figura 12. Detección de Transiciones
Si la entrada I1.0 cambia de bajo a alto, cuando se utiliza la función para transiciones positivas el RLO
estará en alto durante un ciclo de reloj, el valor actual es guardado en la memoria M1.0 y Q4.0 estar
encendido solamente un ciclo de ejecución.
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Descripción del ejercicio.- Controlar el registro y llevar solamente una pieza a la mesa 2.
Para este ejercicio se trabajará con el registro para lograr su control óptimo y con el pistón de la mesa 2.
El usuario deberá de programar una rutina la cual le permita sacar la pieza que está en el almacén y
deberá de transportar la pieza hasta el pistón 1 y colocarla en la mesa 1 validando que la mesa este libre.
Descripción dinámica y estáticas de los sensores del registro, pistones y mesas:
El registro cuenta con los sensores llamados Conveyor chain y Light barrier register storage. El Conveyor
chain es un sensor inductivo normalmente abierto el cual se activa cuando en su cercanía hay presencia
de material férrico a una distancia no mayor de 5 mm, su tiempo de respuesta es de 10 ms. Ligth barrier
register storage es un sensor el cual consta de un receptor y un emisor de luz, es normalmente cerrado,
su distancia máxima de funcionamiento es de 40 cm, la luz que emite es infraroja de 880 Nm
(nanómetros) y tiene un tiempo de respuesta de 10 ms.
Los pistones y las mesas cuentan con los sensores llamados pusher in work position, pusher in home
position, pusher engaged y reflection ligth switch place. Los sensores pusher in work y pusher in home
son transductores de contacto mecánico normalmente cerrados, los cuales tienen un tiempo de
respuesta aproximadamente de ½ segundo. El sensor pusher engaged es un transductor capacitivo el
cual tiene un rango de medición de 4 mm y su tiempo de respuesta es de 4 ms, es un sensor
normalmente abierto. El sensor reflection ligth switch es un transductor por reflexión de luz el cual tiene
un diámetro de captación de 11 mm y un rango de medición de 30mm, adicionalmente su tiempo de
respuesta es de 10 ms.
Funcionamiento:
Es necesario considerar las propiedades dinámicas, estáticas de los transductores y realizar un análisis
del funcionamiento de la planta en base a los actuadores y sensores, se realizara un programa el cual
debe de tener las siguientes funciones básicas:
En el registro deberán de estar solo una pieza (cualquier color), la cadena deberá de transportar la pieza
hacia la banda. La banda transportadora y la cadena se prenderan cuando se detecte pieza en el
registro.
La banda transportadora llevara la pieza hasta el pistón 2. Cuando el pistón detecte la pieza, la banda y la
cadena deberán detenerse. Se deberá de validar que la mesa 2 se encuentre desocupada antes de que el
pistón 2 empuje la pieza hacia la mesa. Si la mesa está desocupada se podrá hacer el trabajo (llevar la
pieza a la mesa activando el pistón). Si la mesa está ocupada no deberá de realizarse el trabajo del pistón
y se detendrá el proceso hasta que se libere la mesa.
El proceso de automatización deberá de ejecutarse cualquier cantidad de ocasiones. Deberá de probar el
correcto funcionamiento del ejercicio en el emulador (Maquina Virtual) del modelo. Solo lo podrá cargar
su ejercicio al PLC real cuando el Instructor lo permita ya que ya haya sido validado el correcto
funcionamiento de la tarea de automatización, de otra manera en caso de error se penalizara la práctica
con 20 puntos.
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