Consejos para programar secuencias (3)

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  • El lenguaje no es barrera
    Los PLC de gama baja no suelen contar con un entorno de desarrollo en SFC. Esto no debe ser un obstáculo para programar una secuencia. Veamos cómo se hace. Para ello nos vamos a basar en la siguiente secuencia. En ella, después del primer paso, se pueden seguir dos caminos alternativos: o bien se continúa por los pasos 2 y 3, o bien se lanzan dos procesos paralelos (las subsecuencias 4-5 y 6-7). En todo caso, se termina siempre en el paso 8.
    no-hay-barrera-1
    Si los puristas me perdonan, una secuencia es lo que en informática se denomina una máquina de estados o un autómata finito. Cada uno de los estados (pasos) puede representarse por un bit, que estará activo o desactivado. En la situación inicial todos los estados están desactivados. Cuando se cumple la condición C_0_1, entramos en el primer paso, lo cual se hace activando S_1 y desactivando INICIO:
    no-hay-barrera-2
    Para avanzar del paso 1 al 2 tiene que cumplirse la condición C_1_2. Se programa así:
    no-hay-barrera-3
    Pero también es posible, como se ha comentado, iniciar dos subsecuencias (pasos 4 y 6), si se cumple la condición C_1_4y6:
    no-hay-barrera-4
    Y de forma similar se va gestionando el flujo de la secuencia. Represento a continuación el paso 8, que puede parecer uno de los más complejos, al accederse de diferentes formas:
    no-hay-barrera-5
    Como se puede observar, este método nos permite construir cualquier secuencia con lenguajes disponibles en controladores de bajo nivel. Eso sí, hay que ser muy cuidadoso en la traducción, puesto que un error puede con facilidad hacer que su marcha se detenga, o activar simultáneamente dos pasos incompatibles. Además, el desarrollo y la depuración resultan muy engorrosos.
  • Índices
    Una alternativa a los bits antes comentados es emplear un registro en la memoria como índice del paso que se está siguiendo. Es decir, una cierta variable almacena los valores 1, 2, 3, 4…, y se incrementa conforme se avanza en la secuencia. En función de dicho valor, se realizan unas acciones u otras. Si se requieren subsecuencias, se emplean varios índices. Tienen el inconveniente de tener que recurrir a comparaciones para conocer el paso activo, y la ventaja de que evitan de forma natural extravíos en la evolución. Personalmente prefiero el uso de bits, pero debo reconocer que las razones son conceptuales, si no estéticas.

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Novedades 20150804

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A la hora de determinar la sucesión correcta de alarmas o datos registrados, es vital mantener los equipos sincronizados de forma precisa. Esta necesidad es tanto más crítica en áreas con tiempos de respuesta muy reducidos, como por ejemplo la distribución eléctrica. Rob Henderson, de Maverick, describe los protocolos que cumplen esta función.
Una de las características ventajosas de Profibus es el diagnóstico de los elementos de comunicación. Tanto es así que el propio protocolo contempla para cualquier esclavo la detección de fallos del propio dispositivo o del canal. Carl Henning lo describe de forma clara en dos entradas (1 y 2).
Este mes de julio se han cumplido cinco años del descubrimiento del primer software malicioso de cierta relevancia en automática, Stuxnet. Como sabéis, consistió en un gusano diseñado con un alto grado de sofisticación. Se propagaba desde memorias USB a través de Windows y software de Siemens hasta autómatas que controlaban centrífugas, a las que aceleraban para producir fallo. Su destino era el sabotaje de plantas de enriquecimiento de uranio iranís, a varias de las cuales comprometieron.
El estándar IEC 61850 se usa utiliza en subestaciones eléctricas y, entre otras cosas, detalla las comunicaciones entre equipos, modelo y almacenamiento de datos, seguridades y comandos. Para ello define varios protocolos (MMS, GOOSE, SMV, servicios web), pero su flexibilidad acarrea también confusión, como se detalla en el siguiente artículo de K. Mahoney.

Consejos para programar secuencias (2)

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  • A cada acción sigue su comprobación
    Si en un determinado paso se acciona una cinta transportadora, para avanzar al siguiente se debe recibir confirmación de marcha, o señal de una fotocélula al paso de un paquete. Si se arranca una bomba, debe de detectarse caudal, presión, llenarse un tanque, o cualquier otra cosa que dependa de dicho arranque. Las condiciones para el avance en la secuencia vienen directamente determinadas por las acciones que ésta realiza. Tanto es así que si no se realiza la comprobación es indicio de que dicho paso sobra; y si se incluye una condición adicional (no relacionada con la acción), lo que sobra es la condición.
    A veces no hay forma de detectar que la acción ha tenido efecto. En dichos casos es común introducir una temporización o exigir una confirmación del operador, que sigue siendo en el fondo una comprobación.
  • Discriminar secuencia y actuaciones
    Esto es una cuestión de orden, y supongo que cada uno tiene sus gustos al respecto. Personalmente prefiero mantener organizado de forma separada el código de las secuencias y el de funcionamiento de los equipos. Me resulta más claro tanto a la hora de hacer el seguimiento del proceso como al realizar modificaciones.
    El origen de este problema está en los propios entornos de programación, que no suelen representar de forma clara todos los elementos; y cuando lo permiten, el resultado es tan farragoso que se hace inmanejable. Para soslayar este inconveniente, lo mejor suele ser diseñar y programar por separado la secuencia, sus condiciones de avance, y las actuaciones. Estas últimas se agrupan equipo por equipo, junto con las protecciones y el resto de funcionamiento asociado. De este modo es fácil centrarse durante la puesta en marcha en el flujo general (la secuencia), en un problema concreto referido al avance (condición) o referido al equipo.
    discriminar-1
    discriminar-2

    Esta forma de estructurar el código es tanto más valiosa si se tiene en cuenta que en la práctica, durante la etapa de puesta en marcha o comisionado, es usual realizar bastantes modificaciones. Éstas darán lugar a reordenación de pasos, inclusión de nuevas ramas en la secuencia, cambio de condiciones, etc. Una organización compartimentada de la forma descrita permite alterar y rehacer el código con facilidad de acuerdo a los problemas que se van detectando.

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Consejos para programar secuencias (1)

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En esta serie de entradas me gustaría recopilar varios consejos relacionados con la programación de secuencias. Están orientados específicamente a la programación de autómatas, aunque no es una limitación, y aplican a cualquier proceso que se pretenda controlar siguiendo una serie de pasos.
En la literatura abundan manuales para aprender el lenguaje SFC. Quien quiera iniciarse, puede empezar, por ejemplo, con IEC 61131–3: Programming Industrial Automation Systems de John y Tiegelkamp. En la mayoría se describe cómo se crean secuencias, cómo se estructuran sus pasos, la diferencia entre secuencias únicas y paralelas, etc. Mi intención no es repetir este tipo de contenidos, sino apuntar lo que no figura en estos textos. Me refiero a conocimientos adquiridos por la experiencia, que suelen asimilarse tarde y a veces tras haber cometido un error. Para que el interesado sepa esquivarlos a tiempo, van estas recomendaciones:

  • Evitar las secuencias
    Parece un sinsentido, pero tiene su razón. Tendemos a concebir los procesos como listados de tareas, y esta visión no siempre responde a la realidad. A veces las actuaciones se derivan de la situación instantánea de la planta o el sistema, y no de su historia pasada. En dicho caso, embutir una secuencia es introducir una complejidad innecesaria y una posible fuente de errores.
    Pongamos un ejemplo sencillo: una bomba con una válvula en su impulsión, y vamos a pedir que ésta no abra con bomba parada para no descargar la tubería. Nuestra tendencia natural es concebir la actuación en una serie de pasos:

    1. Cuando se quiere aportar, arrancar bomba
    2. Cuando la bomba esté arrancada, abrir válvula
    3. Cuando se quiere dejar de aportar, cerrar válvula
    4. Cuando la válvula está cerrada, parar bomba

    evitar-las-secuencias-1
    Por supuesto, es legítimo plantear el funcionamiento con una secuencia semejante. Pero un programa correcto debería contemplar muchas más posibilidades. En particular, tiene que responder a las siguientes situaciones:

    • ¿Qué sucede si la bomba no arranca? La secuencia se quedaría detenida en el primer paso, sin posibilidad a priori de retroceder.
    • Si se da la posibilidad de salir de la secuencia en cualquier paso, el sistema quedará normalmente en un estado anómalo.
    • Si en el primer paso el operador decide no suministrar, la secuencia debe realizar todo su recorrido para poder terminar.

    Un programa correcto debería estudiar todas las posibles anomalías durante la evolución de la secuencia. Otra opción, más sencilla, sería resolverlo de la siguiente forma:
    evitar-las-secuencias-2
    El comportamiento es el correcto ante fallos, cambios de consigna sin haber completado acciones, etc. Es la ventaja de evitar una secuencia innecesaria.
    Por supuesto, hay circunstancias que las requieren de forma obligada; por ejemplo, las limpiezas in situ (cleaning in place) en las que un mismo equipo suele cumplir diferentes funciones según la fase del proceso. Una regla para discriminar ambas situaciones es preguntarse si, sin conocer la historia pasada del proceso, sólo con la información que procede de campo, es posible inferir las actuaciones siguientes. En tal caso, la secuencia es superflua.

  • Evitar aun más los biestables
    Este es un consejo general, pero más significativo cuando se programa en SFC. Un set o reset dentro de un paso es un fallo en potencia. Peor, de los que sobreviven a la puesta en marcha y lanzan su puñalada al cabo de meses o años. La razón es simple: supongamos que un motor se arranca en el paso tres y se para en el cinco. Llegará un día en que habrá que interrumpir la secuencia en el paso cuatro y el motor quedará en marcha, con todos los perjuicios que pueda ocasionar.
    evitar-biestables-1
    El porqué se suele desarrollar de esta forma responde al mismo motivo que el punto anterior. Tendemos a pensar así, a concebir el funcionamiento como una serie de acciones, y no como situaciones. La alternativa, simple, es sustituir biestables por contactos.
    evitar-biestables-2

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Novedades 20150726

Heather MacKenzie, de Hirschmann, se pregunta cómo será la automatización industrial en en futuro (1 y 2). Su visión pasa por la fabricación inteligente, el peso y estructura de las comunicaciones en el nuevo modelo, y los retos y posibilidades que conllevan.
La automatización de los procesos por lotes es más compleja que para los continuos. Greg McMillan hace un recuento de motivos, de entre los que quiero resaltar el primero: se pueden concebir como estar arrancando y parando perpétuamente.
Algo que aprendí en Cosentino fue la ventaja estratégica que proporciona una buena comunicación entre las redes de fábrica y de negocio, los dos niveles superiores del modelo CIM, que tradicionalmente se han mantenido aislados por un mal entendido concepto de seguridad. Edmunds, Voss y Whitehead plantean varios aspectos clave en esta integración: por supuesto la seguridad, pero también la movilidad que ofrece, el acceso remoto, la computación en la nube, el uso del vídeo o la gestión energética.
Hubertus Breuer, de Siemens, nos habla de la importancia de los datos, la más valiosa “materia bruta”. Para ello, presenta varios ejemplos de uso de la información digital: el metro de Riyadh, con trenes sin conductor que operan con intervalos de 90 segundos, los sensores de turbinas de gas o el software PLM, de gestión del ciclo de vida del producto.
InfoPLC ha publicado esta semana dos tutoriales eminentemente prácticos elaborados por José M. Hurtado, que imparte en el ciclo de Automatización y Robótica Industrial del I.E.S. Himilce. El primero, sobre redes Profibus. El segundo, para quien quiera formarse en la programación de Step 7.
Hablando de formación, la empresa chilena Arian ha elaborado unas breves notas técnicas con fines educativos sobre sensores de temperatura y lazos PID. Aviso: en España nos pueden resultar extraños algunos términos (termocuplas por termopares, por ejemplo).
Y para terminar, diez consejos de la NASA para escribir código crítico. Están los clásicos (control de flujo), los esperados (no usar memoria dinámica, ámbitos reducidos) y los llamativos (las funciones deben caber en una cara de papel y contener al menos dos aserciones).

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