PLC Interfaces Hombre-Maquina RT

ITESM Campus Monterrey Depto. de Ing. Elctrica

Laboratorio de Teleingeniera

Prctica 6a: Interfaces Hombre-Mquina RT

Objetivo: Comprender y elaborar un programa en WinCC flexible.

Realizar y configurar la conexin a un proceso industrial.

Que el alumno sea capaz de crear de pantallas de monitoreo y operacin.

Que el alumno sea capaz de crear Tags y relacionarlas con objetos del proyecto.

Integrar una interfaz de usuario a un proceso de control lgico.

Introduccin: Los sistemas HMI (Human Machine Interface) representan la interface entre el operador y el proceso (la maquina o

la planta). Aunque es el PLC el que controla el proceso, es necesaria cierta interaccin con el operador para

establecer determinadas condiciones o parmetros del proceso.

Un HMI puede tomar las siguientes tareas:

Visualizacin del proceso

Control del proceso

Despliegue de alarmas

Registro de valores del proceso

Administracin de parmetros del proceso

Los dispositivos SIMATIC HMI ofrecen una total integracin con los PLCs de la familia SIMATIC para el monitoreo y

control de procesos. Algunas opciones van desde pequeos Touch Paneles hasta complejos sistemas de

visualizacin de procesos basados en computadoras.

WinCC flexible es la herramienta de software para el desarrollo de los sistemas HMI. Esta consiste bsicamente de

3 herramientas,

WinCC flexible Engineering System para manejar todas las tareas de configuracin, comunicacin y desarrollo

de las interfaces graficas.

WinCC flexible RunTime es el software para la visualizacin del proceso en la computadora.

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WinCC flexible options para expandir la funcionalidad de WinCC flexible y permitir por ejemplo una

administracin remota del sistema HMI.

WinCC flexible cubre un rango de dispositivos HMI que van desde micro paneles para soluciones locales simples,

hasta sistemas distribuidos de monitoreo.

Figura 1. Rango de dispositivos HMI

WinCC flexible soporta la implementacin de diferentes configuraciones de automatizacin;

Control con un HMI y un PLC. En sistemas de automatizacin simples, un HMI es conectado directamente a un

PLC.

Figura 2. Conexin HMI PLC

Varios HMIs con varios PLCs. Varios dispositivos HMIs son conectados a uno o ms PLCs a travs de un bus de

campo

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Figura 3. Mltiples HMIs Mltiples PLC

Sistemas HMI distribuidos. Los sistemas HMIs distribuidos permiten la visualizacin del proceso desde varias

estaciones de monitoreo sincronizadas.

Figura 4. HMIs distribuidos

La configuracin de la comunicacin consiste de cuatro partes: La interface, el dispositivo HMI (interfaz hombre

maquina), el PLC (controlador lgico programable) y la Red de comunicaciones. Una vez que se selecciona la

interfase a usar (el tipo de dispositivo para la comunicacin), se puede seleccionar la red y posteriormente los

parmetros del PLC y del HMI.

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Figura 5. Ventana de configuracin de la comunicacin

Uno de los errores ms comunes de comunicacin se debe a la configuracin que se realiza en este apartado, ya sea por no elegir el tipo de red correcto, o no especificar correctamente la direccin de cada uno de los elementos. De manera rpida, el procedimiento se describe a continuacin: En la pantalla de parmetros en el apartado de Interface, mostrada en la figura, se seleccionara como interfase el dispositivo de comunicaciones que se desea emplear.

Figura 6. Seleccionar una conexin MPI

HMI Device: Interface se refiere al protocolo de comunicacin al cual est conectado el HMI. Baud rate determina la velocidad de transmisin de los datos en la red. Address determina la direccin del HMI (Panel). Segn la opcin seleccionada en Interface, se introducir la direccin MPI de la PC. Las direcciones MPI deben ser nicas dentro de la red.

Figura 7. Parmetros de comunicacin

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Network: Profile sirve para seleccionar el perfil de la red. Se puede seleccionar MPI o DP, segn las conexiones del equipo. Esta configuracin debe ser consistente en la red de comunicacin. En caso de seleccionar Ethernet en el apartado Interface, no existe este campo. Highest Station Address debe ser igual o mayor que la direccin mayor de MPI. Este parmetro debe ser consistente en la red de comunicacin, y se puede verificar en el men de Simatic Step 7 (Set PG/PC Interface Diagnostics).

Figura 8. Seleccin de red

PLC Device: Address se refiere a la direccin (ya sea MPI o IP) asignada al PLC. Expansion Slot debe corresponder a la direccin lgica (nmero de modulo) asignada al CPU en el rack. Normalmente se asigna el nmero 2 a este apartado. Rack Number es el nmero de bastidor (generalmente rack 0 para el 1er. Rack o rack principal).

Figura 9. Parmetros de PLC a conectar

Procedimiento Empleando la herramienta de desarrollo de WinCC flexible se deber crear un proyecto para el monitoreo y control de un proceso automatizado utilizando la aplicacin de Run Time. Presentar para su revisin al instructor, al final de la prctica, la Interface Hombre-Mquina desarrollada. Creacin de un proyecto nuevo Para acceder a la aplicacin de WinCC flexible es necesario dar doble clic al icono que se encuentra en el escritorio de la computadora (figura 1) o bien seguir la siguiente ruta, Inicio >> Simatic >> WinCC flexible 2005>> WinCC flexible.

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Figura 10. WinCC flexible

Una vez que se haya abierto el programa, aparecer una pantalla como se muestra en la figura 2, en la cual seleccionaremos Open an existing project para crear un proyecto nuevo o bien del men de Project en la parte superior, seleccionar new.

Figura 11. Creacin de un nuevo proyecto en WinCC

Al crear un proyecto nuevo se abrir una pantalla para seleccionar el dispositivo a utilizar en el proyecto. Se puede seleccionar de una gran variedad de paneles; Micro Panels, Mobile Panels, Multi Panels, etc. En este caso, se utilizara la computadora como panel de operacin. En el men de la figura 3, correspondera a la ltima opcin: WinCC flexible Runtime, bajo el apartado de PC. Una vez seleccionado se presiona OK.

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Figura 12. Eligiendo el panel del proyecto

Conectar a un Proceso Una vez que se tiene el nuevo proyecto se tendr que definir el protocolo de comunicacin que usara WinCC flexible para comunicarse con el PLC, y as poder accesar sus registros de entradas, salidas, memorias, etc. Para esto se agregar un nuevo controlador (driver), y posteriormente poder establecer la comunicacin. Para lograrlo se le tiene que dar clic a Communication y aparecer un sub-men donde le daremos doble clic a Connections En la ventana de conexiones daremos doble clic en el primer rengln de la ventana, debajo de Name y Communication driver. Aparecer una ventana como la que se muestra en la figura 5 de donde se seleccionara el controlador de la serie Simatic S7 SIMATIC S7 300/400

Figura 13. Seleccin de Driver

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Una vez seleccionado el controlador SIMATIC S7 300/400 se aadirn a la pantalla principal del proyecto los protocolos disponibles para establecer la conexin.

Figura 14. Parmetros de la nueva conexin

En el apartado de Interface se seleccionara la tarjeta de comunicacin disponible, el CP 5611. Posteriormente en el apartado de Network se seleccionara el protocolo de MPI, y finalmente los parmetros de comunicacin, de acuerdo a los datos de la figura 7, de los dispositivos HMI (computadora) y PLC.

Figura 15. Parmetros de configuracin del HMI y PLC

Crear Tags Una vez que se haya elegido y configurado la conexin, se le pondr el nombre que se desee, y se pasar a agregar los tags que se utilizarn para la realizacin de nuestro programa. Para fines prcticos se agregan tantas tags como variables en la tabla de parmetros del Step7 (dadas en los ejercicios anteriores), para accesar dicho apartado, se abre la seccin Communication y se da doble clic en el apartado Tags. Al seleccionar Tags aparecer una ventana como se muestra en la figura 8, en la cual se pondr el nombre del tag y el tipo de dato que maneja esa tag, en este caso un dato booleano. Capture una lista con todos los nombres de los controles e indicadores que utiliza el modelo del elevador. Asigne a cada Tag una direccin de memoria M. Estar seguro de que estas direcciones de memoria estn disponibles.

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Figura 16. Propiedades de las Tags

Una vez que se ha seleccionado el tipo de dato, se seleccionar el bit al cual estar relacionado el tag, como se muestra en la figura 9. En este caso se cre el tag de Pusher 3 in work position (P3_in_Work), el cual es una tag booleano y se direccionar al dato de entrada I0.0 como se muestra en la siguiente figura.

Figura 17. Direccionamiento de Tags

Una vez que se haya creado esta variable se crearn las dems conexiones de acuerdo a su relacin con datos de entrada, salida o registros de memoria. Una vez que se haya terminado de relacionar todos los tags, no importa que sean entradas, salidas o memorias, todas debern de estar relacionadas por medio de las propiedades de direccionamiento (Address Properties). Creacin de Interfaces de Usuario Para lograr la creacin de una interfaz de usuario es necesario estar en la pantalla principal del WinCC flexible y dar doble clic a la seccin Screen, como se muestra en la figura 10. Ah se muestran las opciones Add Screen, Template, Screen_1. Si Screen_1 no aparece, se puede agregar utilizando la opcin Add Screen.

Figura 18. Creacin de una nueva pantalla.

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Una vez que se haya creado el archivo Screen_1 se le puede cambiar el nombre dando clic derecho en el que se cre y seleccionando Rename. Ahora, para empezar a crear nuestra interface se le dar doble clic a la pantalla creada y aparecer una pantalla como muestra la figura 11, en donde se podrn agregar toda clase de instrumentos.

Figura 19. Ventana del Graphics Designer

La paleta de objetos que se encuentra en la parte derecha de la pantalla nos proporcionara una gran cantidad de instrumentos a utilizar, como los textos estticos, botones inteligentes, objetos de Windows, y elementos bsicos para el dibujo, en este caso se utilizarn los textos estticos, botones, etc.

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Figura 20. Elementos a utilizar en el Graphics Designer

Para crear los textos estticos, se le da doble clic al nombre de Text Field y se crear en pantalla un recuadro para poner el texto que uno desee. Este se puede mover o colocar donde sea dentro de la pantalla. Los botones se crearn dando doble clic en Button, generando un botn y abrir una pantalla como muestra la figura 13.

Figura 21. Configuracin de botones.

Aqu se le puede poner el nombre del botn, el tipo de letra y su color, esta se puede modificar en caso de cometer error, dando clic derecho sobre el botn y oprimiendo por Properties. Las propiedades del objeto se muestran en la parte baja de la pantalla.

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Cabe mencionar que tambin existe una carpeta de instrumentos los cuales se utilizaran para la elaboracin de esta prctica, como lo son el logotipo de Siemens, los sensores, algunos botones y palancas, etc. Para accesar a la librera es necesario oprimir Graphics -> WinCC flexible image folders. Algunos de estos instrumentos se encuentran en la figura 14.

Figura 22. Instrumentos de la librera

Relacionando Tags La relacin de las tags con los instrumentos puestos en nuestras pantallas, es muy importante para el buen funcionamiento del proyecto, a partir de aqu se mostrar como relacionar las tags con los instrumentos. Primero se debe entrar al apartado Communication, en el submen Tags. Para relacionar los tags es necesario dar clic al mouse en el objeto correspondiente y se abrir la pantalla propiedades como se muestra en la figura 15. Cabe resaltar que dependiendo del objeto se desplegarn diferentes propiedades. En este caso el botn creado fue el de encender la cadena, el cual estar asociado directamente a la salida Q1.0

Figura 23. Entrando a las propiedades del botn

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Una vez en las propiedades del botn se entrar a una pantalla como se muestra en al figura 16, en esta pantalla se seleccionar la pestaa de Events y en Clic, se agregar una conexin directa por medio de la funcin Invert Bit. Con dicha funcin, al oprimir el botn se invierte el valor actual del bit. Es decir, si se encuentra encendido, se apaga, y viceversa. En este caso, se desea que el botn encender cadena, habilite la cadena al dar un clic con el mouse y se deshabilite al dar clic de nueva cuenta.

Figura 24. Propiedades del botn Encender Cadena

Para comprobar el comportamiento del botn, se puede abrir el runtime para observar una simulacin del panel, as como una tabla de variables para poder monitorear el tag deseado. En la parte superior de la pantalla (debajo del men Help) se encuentran tres opciones para utilizar el runtime. La siguiente figura muestra la opcin del runtime con simulador. Cabe resaltar que al utilizar el runtime con simulador, no hay conexin con las variables de Step 7. Este modo sirve nicamente para verificar que los botones se hayan asignado correctamente a los tags deseados.

Figura 25. Activando el Run Time con simulador

Figura 26. Simulador

Una vez que la cadena se ha habilitado exitosamente, se realizar el mismo procedimiento pero con el tag de la cadena, y dems tags que apliquen. Cuando se hayan dado de alta todos los tags correspondientes, se regresa a la pantalla principal, y de igual forma se relacionarn los dems botones para tener la pantalla completa. No es necesario

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relacionarlos como se presento en este documento, se pueden utilizar otro tipo de botones que se encuentran en la librera y relacionarlos de diferente manera si as se desea. Finalmente, para verificar el buen funcionamiento de la interface grafica se abre la ventana de Run Time de WinCC flexible. Dar clic en el icono mostrado en la figura en la paleta de herramientas en la parte superior.

Figura 27. Ejecutar RT

La aplicacin del Run Time lanzara una ventana como la que se muestra en la figura

Figura 28. Ejemplo de una ventana de Runtime

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Opciones de dispositivo Cuando se realiza un HMI que va a funcionar bajo ambiente Windows XP es posible ajustar las propiedades del dispositivo, como lo son el tamao de imagen, ventana que inciara al ejecutarse el vi, Opc Server, Web Server entre otras opciones que vienen incluida con WinCC Flexible, el panel que permite configurar estas opciones se encuentra en la barra de lado izquierdo en Device Settings.

Figura 29. Opciones de dispositivo

Figura 30. Pantalla de Opciones

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Descripcin del ejercicio.- Creacin de interfaz de usuario. Por medio de WinCC Flexible, el alumno crear una interfaz de usuario en donde relacione objetos de su eleccin (botones, grficos, etc.) con los sensores y actuadores de la lnea de transporte. Es importante resaltar que el alumno no deber encender las salidas (Qs) directamente al manipular los objetos en WinCC Flexible. Lo ideal es encender y apagar memorias internas (Ms) y/o DBs al manipular los objetos, y que las memorias internas estn asignadas a una salida especfica. Sera necesario modificar el programa de Step7 para parar el sistema utilizando una memoria o una variable dentro de un DBs, se debe de utilizar la SFC46 (ubicada en las libreras de Step7, funciones estndar y en funciones de sistema) para hacer paro del controlador programable, esto servir para detener completamente el S7-300. Funciones que se tendrn desde el panel de operador:

Manipular el portal de tres ejes en todas sus direcciones utilizando push-buttons.

Deber de incluir un botn para controlar el actuador del portal (electroimn).

En la interface deber de incorporarse indicadores que muestren el estado de los sensores de fin de carrera de los diferentes actuadores.

Es importante que el alumno comprenda la relacin entre la interfaz de usuario y el programa de Step 7, pues en ejercicios posteriores se integraran ambos conceptos. El proceso de automatizacin deber de ejecutarse cualquier cantidad de ocasiones. Deber de probar el correcto funcionamiento del ejercicio en el simulador del modelo. Solo lo podr cargar al PLC real cuando el Instructor lo permita, en caso contrario se penalizara la prctica con 20 puntos.