En el diseño de cualquier máquina que precise de un control programable, al llegar al final de la fase de proyecto mecánico hay que configurar el sistema de control. Esta función normalmente recae en una persona o en un equipo que se incorpora al proyecto, por tanto debe tener lugar una transferencia de información muy detallada y precisa entre las dos partes. A continuación expongo un método que utilizo para realizar este paso sin apenas incidencias.
De entrada, es deseable que al menos una persona del equipo de diseño mecánico tenga conocimientos suficientes de sistemas de control tanto en el aspecto del hardware como en el del software.
La transferencia de información debe ser cuidadosamente planificada y estructurada como una etapa más del proyecto.
Mi experiencia me ha llevado a adoptar un método de trabajo que utilizando herramientas ya existentes, de sobra conocidas permite pasar por esta fase sin casi incidencias. Se trata de un camino por etapas.
1. Diseño del hardware
Es la primera fase en la que se determinan las características de todos los elementos de campo y del resto de hardware. Requiere un trabajo conjunto del equipo de diseño mecánico y del equipo de diseño del control. Incluye el dimensionamiento de los actuadores con sus driver, la determinación de las características de los sensores y también marcas y modelos. Al final de esta fase, el equipo de diseño mecánico estará en condiciones de completar todos los acoplamientos y elementos auxiliares de instalación. Quedará definida completamente la arquitectura del sistema, el hardware, los esquemas eléctricos, el cableado y listas completas de materiales.
Se deben elaborar las siguientes listas:
Lista de salidas. Debe contener todos los actuadores tales como motores, cilindros, válvulas, señales, etc.. detallando todas las características relevantes.
Lista de entradas. Contendrá todas las señales que se van a captar: sensores de posición, de movimiento, pulsadores en panel o en IHM, sensores, etc…
Posición de los elementos en la máquina. Se señalaran, preferiblemente sobre un modelo 3D, la posición de cada elemento que permitirá la definición y cuantificación del cableado y elementos auxiliares de soporte.
2. Diseño del software
La siguiente fase consiste esencialmente en una descripción detallada del funcionamiento de la máquina o instalación con sus maniobras, operaciones de control y condiciones de seguridad. Todo ello se refleja en un documento en forma de lista.
La descripción de la maniobra es una parte laboriosa de todo el proceso. Es importante realizarla con la máxima atención y detalle. Al finalizarla, en ella estará contenida ya una parte del diseño del programa de control. Es conveniente realizarla por etapas sucesivas, empezando por una lista con los elementos básicos: modos de control y maniobras y luego proseguir con nuevas versiones cada vez más detalladas y completas.
En primer lugar se deben establecer los modos de control, generalmente serán dos: manual y automático, pero pueden existir otros: un modo de ajuste, un modo para cambios de herramientas o un modo para mantenimiento.
Para cada modo de control se deben definir las maniobras que lo van a componer. Una maniobra es una unidad que realiza una función determinada, por ejemplo: el vaciado de un depósito o el control del sistema de vacío. Las maniobras pueden ser lineales, cíclicas o una combinación de ambas.
Cada maniobra, a su vez, está compuesta de una o más operaciones. Una operación es una acción sobre una o más salidas y que está condicionada por unas entradas y por el estado de elementos internos del sistema como contadores, temporizadores y posiciones de memoria.
Se puede representar de la siguiente manera:
Modo de control
Maniobras
Ciclos
Operaciones
En base a esta estructura se realiza la descripción completa y detallada de la maniobra.
Cada operación se registra en esta lista con la siguiente información:
· Descripción de la operación con todas las observaciones que sean precisas
· Salidas a controlar
· Entradas y posiciones de memoria que la condicionan
· Contadores, temporizadores, posiciones de memoria a establecer.
3. Aspectos de seguridad
Para cada uno de los actuadores se debe definir su posición o estado de seguridad y la forma que desde cualquier estado se llega. Por ejemplo para un motor eléctrico, su estado de seguridad puede ser el paro y se llega a él aplicando la inhabilitación del driver y activando el freno.
Los procesos de paro de emergencia y de paro programado deben tratarse como maniobras separadas.
Para cada uno de los actuadores susceptibles de fallo o paro no controlado como son los motores debe considerarse si su fallo debe conllevar una determinada acción que puede ser un paro total o parcial de la máquina. Cada uno de estos casos debe ser considerado como una maniobra separada.
4. Elaboración del programa de control en el PLC
A partir de la lista anterior, se confecciona otra agrupando todas las operaciones en que aparece una determinada salida junto con las entradas y estados internos de memoria que la condicionan. A partir de cada uno de estos grupos, es casi inmediato escribir el programa de control, principalmente en base a operaciones lógicas AND y OR. Naturalmente este resultado no es el programa completo, se necesitan otra funciones tales como configuración de los controladores, comunicaciones y otros elementos.
El software así elaborado puede no ser óptimo bajo el punto de vista de la programación y puede contener redundancias. Es conveniente realizar una revisión y optimización.