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Programación de autómatas y controladores industriales

IEC6113, referente normativo para fabricantes de PLC's y DCS

Apertura ABB
Dentro del software de programación Automation Builder de ABB existen herramientas que permiten traducir el código de un lenguaje a otro. FOTO: ABB
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La IEC 61131 estandariza la forma de programación de autómatas y resto de controladores industriales. Las diferentes formas de programación que propone la norma son ya casi obligatorias para la mayoría de fabricantes de PLC's y DCS's. El fuerte incremento de potencia de cálculo y de memoria en este tipo de dispositivos lo hacen cada vez más cercano a computadoras y equipos informáticos. Analizamos las propuestas de estos fabricantes líderes de este sector.


¿Considera su compañía la norma IEC61131 en la programación de sus PLC's/DCS?


“Sí”, responde rotunda a esta primera cuestión Celia Manzanares Casla, Product Manager de PLC Automation & HMI de ABB en España, “la programación de los PLCs de ABB se rige por el estándar IEC 61131”. Una respuesta similar a la de Miguel Cubillo Pariente, director técnico en Beckhoff Automation:“Sí, Beckhoff implementa la tercera edición IEC 611313-3. Adicionalmente, nuestro software TwinCAT 3 se integra dentro de la plataforma Visual Studio que es de las más completas y potentes actualmente en el mercado y que nos permite extender este estándar internacional con lenguajes de programación de alto nivel como C++. Todo esto nos permite aportar soluciones a proyectos complejos que de otra manera no seríamos capaces de abordar”. También utiliza esta norma Emerson, que también forma parte de la organización PLCOpen, que trabaja para estandarizar los lenguajes PLC. Por último, Marcos Ferreras Martínez, Machine Control Offer Manager en Schneider Electric, explica que la norma IEC 61131-3 “está implantada desde el principio en nuestros softwares de Automatización EcoStruxure Control Expert y EcoStruxure Machine Expert”.


¿Qué lenguajes de programación incluyen en sus herramientas?


Según indica Celia Manzanares, el software de programación Automation Builder de ABB permite el uso de los cinco lenguajes IEC 61131:


  • Function Block Diagram (FBD)
  • Ladder Diagram (LD)
  • Instruction List (IL)
  • Structured Text (ST)
  • Sequential Function Chart (SFC)


Además, incluye el lenguaje Continuous Function Chart (CFC) como una extensión del estándar IEC 61131, así como otros lenguajes de programación.


“Los lenguajes que soporta nuestra herramienta de programación TwinCAT 3 son los propios que especifica la norma IEC61131-3 (Ladder, Function Block Diagram, Structured Text, Instruction List y Sequential Function Chart), y además también disponemos UML (Unified Modeling Language), MATLAB/Simulink y C++”, añade, por su parte, Micguel Cubillo, mientras que Marcos Ferreras señala que, en el caso de Schneider Electric, incluyen los lenguajes de programación de diagrama de bloques de funciones (FBD, Function Block Diagram), diagrama de Ladder (LD), gráfica de función secuencial (SFC, Sequential Function Chart), lista de instrucciones (IL, Instruction List) y texto estructurado (ST, Structured Text) y gráfica de función continua (CFC, Continous Function Chart).


Por último, Javier Martínez, ingeniero Comercial de Sistemas de Control y Fiabilidad en Emerson, explica que el sistema de control distribuido DeltaV incluye tres de los lenguajes de programación desarrollados por el estándar IEC61131, parte 3: por un lado, los dos lenguajes de programación gráficos a través de Diagramas de Bloques de Funcionales (FDB – Function Block Diagram) y a través de Bloques de Función Secuenciales (SFC – Secuential Function Chart), y por otro el lenguaje textual de Texto Estructurado (ST – Structured Text). En su opinión, las estrategias de control implementadas a través de estos lenguajes pueden ser creadas o modificadas de manera fácil e intuitiva con técnicas de arrastrar y pegar (drag-and-drop), lo que permite que incluso usuarios noveles puedan realizar programaciones adecuadas en poco tiempo. Además, una ayuda en línea es proporcionada para todas las funciones.


A través de los Diagramas de Bloques de Función (FBD) se pueden realizar estrategias de control continuo o de monitorización. Los distintos bloques de función son conectados gráficamente a través de ‘cables’. Cada uno de estos cables no sólo transmiten valores de variables sino también estado de manera simultánea. Los Bloques de Función Secuenciales (SFC) es la mejor opción para una estrategia de control con múltiples estados. El SFC se vale de elementos gráficos llamados Pasos (Steps) y de Transiciones (Transitions). Cada Paso contiene a su vez las distintas acciones asociadas al proceso, y la Transición determina las condiciones para pasar a los siguientes pasos. El lenguaje SFC permite la programación de ramas simples o varias ramas en paralelo dentro de un mismo diagrama. Con el Lenguaje Estructurado (ST) se pueden crear cálculos sofisticados a través de una gama de funciones algebraicas y trigonométricas combinado con diferentes operadores, funciones de tiempo, etc. Al mismo tiempo se pueden construir expresiones lógicas complejas usando estructuras condicionales, iterativas, etc.


¿Es posible elegir diferentes formas de programación en un mismo programa, adaptando la mejor alternativa a cada parte de código?


En esta tercera cuestión, la respuesta es afirmativa desde ABB: “Cada programa está dividido en diferentes Unidades de Organización del Programa (POU), definidas en la IEC 61131-3. A su vez, a cada POU se le asigna un lenguaje de programación cuando lo creamos, pudiendo tener dentro de un mismo programa varios POUs programados independientemente en lenguajes diferentes y funcionando de forma conjunta. También tenemos la opción de utilizar funciones específicas dentro de cada POU, que nos permiten añadir una parte de código escrito en el lenguaje Texto Estructurado (ST)”. “Sí”, responden también desde Beckhoff, “cada programa puede estar formado por subprogramas realizados con distintos lenguajes de programación. De esta manera, tenemos como resultado que cada parte del programa se pueda desarrollar con el lenguaje de programación mas eficiente. Adicionalmente, nuestra tecnología multi núcleo permite correr estos programas o subprogramas en los distintos núcleos de nuestro equipo, esto nos permite aprovechar el 100% de uso de los procesadores, esto se traduce a ejecutar programas muy complejos, con tiempos de ciclo muy rápidos y una latencia muy baja en un único equipo compacto”.


“Sí, es una característica de nuestros softwares de automatización, la flexibilidad para elegir el lenguaje de programación más adecuado a la aplicación y al programador que los utiliza”, afirman también desde Schneider Electric, mientras que desde Emerson explican que DeltaV permite dentro de un mismo objeto de programación o módulo de control, combinar cada uno de estos lenguajes mediante el uso de técnicas de jerarquización con bloques embebidos, pudiendo programar cada uno de estos bloques con el lenguaje de programación más idóneo en cada caso, y todo ello dentro de una misma hoja de control. “La idea es que el usuario tenga la libertad de realizar la programación que mejor se adapta a las características del proceso de la forma más adecuada pero también de manera óptima desde el punto de vista de la computación”, concluyen.


¿Permite su software de programación la traducción automática entre diferentes variantes?


Efectivamente, dentro del software de programación Automation Builder de ABB existen herramientas que permiten traducir el código de un lenguaje a otro, mientras que en el caso de Beckhoff cada programa se puede traducir a otros lenguajes siempre y cuando la estructura lo permita siguiendo el estándar IEC61131-3. Por su parte, Schneider Electric dispone de herramientas de conversión de aplicaciones como el Unity Aplplication Converter (UMAC), que facilitan la migración de autómatas obsoletos como Premium o Quantum a la nueva gama de autómatas M580.


Sin embargo, el software de Emerson no lo permite. Así lo explica Javier Martínez: “No. A la hora de abordar la programación de cierta estrategia de control, lo deseable es poder implementar la mejor estrategia de programación adecuada al proceso y a la mayor eficiencia desde un punto de vista de computación, teniendo la flexibilidad de elegir dentro de una misma hoja de control el lenguaje de programación que mejor se adapte a cada una de las partes del proceso, en lugar de forzarnos a seguir una arquitectura fija de programación”.


¿Para cuando herramientas ‘universales’ tipo CoDeSys para la programación de cualquier tipo de hardware de control?


“La respuesta es algo compleja”, reconoce Manzanares Casla, “ya que la estandarización de un software único para todos los fabricantes de PLCs es un proceso complicado. Como alternativa, en ABB utilizamos CoDeSys como base nuestras propias herramientas. De esta forma, trabajamos sobre el mismo estándar, añadiendo las funcionalidades específicas que creemos necesarias para ofrecer una solución completa, como la integración en la misma plataforma de la posibilidad de comunicarnos con otro tipo de dispositivos como HMIs, variadores de frecuencia y robots. Esto facilita mucho la conectividad entre todos los elementos, ofreciendo una visión completa de todo el proyecto. De forma extendida, todos los componentes de la gama de PLCs AC500 de ABB se utilizan frecuentemente en la fabricación de cuadros eléctricos y de control”.


“Creemos que el uso de herramientas de programación cerrados, o el uso de protocolos de comunicación privados, no aportan valor y acaban siendo fuentes de problemas”, explica Cubillo Pariente, “es por eso que Beckhoff desde sus inicios siempre ha apostado por herramientas de programación standard y protocolos de comunicación abiertos. Por un lado, cumplir con la normativa IEC61131-3 aporta confianza y seguridad a nuestros clientes y, por otro lado, el protocolo EtherCAT aporta potencia y fiabilidad a nuestro bus de campo, que en la actualidad ya cuenta con más de 5000 miembros registrados. Esta perfecta combinación es la clave de nuestros productos y la que ofrecemos a nuestros clientes para el desarrollo y éxito de todos sus proyectos”.


Por su parte, Schneider Electric dispone ya de un sistema de automatización industrial centrado en el software que cumple con la visión de la automatización universal y los estándares abiertos llamado EcoStruxure Automation Expert. “EcoStruxure Automation Expert está basado en la norma IEC61499 y es compatible con las plataformas de automatización tradicionales como nuestros PLCs Modicon, con los variadores Altivar y también con los PCs industriales”, concluye Ferreras Martínez. Finalmente, Javier Martínez explica: “De alguna manera ya se están dando algunos pasos que, aunque no llegan al nivel de tener un lenguaje universal para la programación industrial, sí que supone un avance, como es el caso de estándar NAMUR MTP (Module Type Package). La idea es poder integrar de manera automática distintos sistemas asociados a equipos individuales de distintos fabricantes, implementados con distintos lenguajes de programación (Process Equipment Assembly - PEA), al sistema central de control (Process Orchestation Layer - POL), como es el Sistema de Control Distribuido”.



Este artículo aparece publicado en el nº 541 de Automática e Instrumentación págs. 52 a 55.

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