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DESCRIPCION TECNICA

UD2: AUTOMATA PROGRAMABLE


ROYECTO UNIDAD DIDACTICA 2 JOSE COLL GARCIA REVISION : 26/12/2008

TOTAL 23

HOJA 1


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TOTAL 23

HOJA 2

INDICE: PORTADA ............................................................................................ 1 DEFINICION…………………………………………………………. 3 CARACTERISTICAS………………………………………………… 3 PROGRAMA WINDOWS…………………………………………… 4 PLANING…………...………………………………………………… 8 GENERACION DE LA SOLUCION.....……....…...………………… 10 DISEÑO PRELIMINAR.………………………..…………………… 10 MAQUETA .................……………………………..………………… 11 INTERFAZ USB-RS485…...………………………………………… 11 DISEÑO CAD..............……………………………..………………… 15 MATERIALES Y VALORACION ECONOMICA .........…………… 16 FOTOS AUTOMATA..…………………………….………………… 20

RUTINAS Y MACROS …….......……………...…………………… 21 PROTOTIPO..................…………………………….………………… 22 ANEXO……………...………………………………………………… 23


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TOTAL 23

HOJA 3

DEFINICION: Diseñar un autómata basado en un PIC16F876 que desde un entorno PC permita cargar programas y ejecutarlos, forzar y monitorizar posiciones de memoria de una forma sencilla, siendo una plataforma de trabajo para emprender cualquier proyecto. CARACTERISTICAS: El sistema está pensado en ser un entorno fácil de programación, transmisión y ejecución. El programa del PC está hecho en entorno visual de Pascal (Delphi 7), no necesita instalación y ocupa poco espacio. Este programa es un editor de programas con varias ventanas, donde podemos escribir el código ejecutable, compilarlo llamando automáticamente al compilador de Microchip Mpasm y visualizar en pantalla si hay errores o avisos así como el archivo listado generado por el compilador y el archivo hexadecimal resultado de la compilación del programa. Tenemos también en todo momento información del tipo de microcontrolador, memoria disponible, memoria usada total y usada en porcentaje con una representación gráfica de una barra donde podemos ver la ocupación de memoria. Por diversos menús podemos acceder a todo lo necesario para editar programa, guardar, leer… Se ha elegido una red RS485 para la comunicación entre equipos y PC, el adaptador es un conversor USB a RS485 utilizando la misma configuración que utiliza SIEMENS para su popular PLC S7-200 de forma que con el cable de este también se pueda programar el Autómata 16F876 y viceversa. Se crearán rutinas que permita la comunicación entre equipos para permitir el intercambio de información. El programa PC permitirá detectar los equipos conectados en la red, así como conectarse a cualquiera de ellos y volcar el programa deseado sobre su CPU, ponerlo en marcha RUN, pararlos STOP, leer datos de su memoria o forzarlos, formando así un conjunto microprogramable fácil de trabajar y verificar su funcionamiento. Se han implementado unas macros que permiten facilitar el lenguaje del microcontrolador así como utilizar funciones booleanas idénticas a las utilizadas en un PLC o autómata programable.


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HOJA 4

PROGRAMA WINDOWS: Presentación: El programa se inicia con una pantalla de presentación que mientras no se pulse ninguna tecla se mantendrá durante unos segundos.

Editor:

Editor:


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HOJA 5

El programa consta de un editor de texto con múltiples ventanas donde nos permite desarrollar un programa escrito en lenguaje ensamblador, pudiendo ver en un único entorno los diferentes archivos que genera el compilador en el momento de compilar nuestro programa. Este proyecto está reforzado por una serie de macros y rutinas que facilitan el trabajo de la programación, estas se detallan en el apartado de rutinas y macros. Editor ASM: Es donde vemos el programa, podemos modificarlo y guardarlo. Editor LST: Es donde vemos el fichero de listado LST resultante de la compilación, este visualiza lo mismo que el ASM pero añade las direcciones de memoria, los mensajes de aviso y los errores. Editor HEX: Es donde vemos el fichero hexadecimal resultante de la compilación, y que es el que se enviará a la CPU en el momento de transferir. Editor ERR: Es donde vemos el resultado de los avisos y errores de la compilación. Este editor está siempre presente en la parte inferior de la pantalla de trabajo.


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HOJA 6

Transferir:

Esta función está desarrollada a partir de un ejemplo sacado de Internet. En la CPU reside una rutina que permite enviar archivos hexadecimales a la CPU quedando guardados en memoria de programa y ejecutándolos después de un reset. En origen la rutina era para comunicación RS232 asíncrono Full-duplex (bidireccional) y se ha adaptado a Half-duplex (unidireccional) para poder trabajar en el estándar RS485, pudiendo conectar directamente a la red un total de 32 elementos, siendo la distancia máxima entre los dos equipos mas alejados de 1,5Km y teniendo una gran inmunidad al ruido eléctrico gracias a su funcionamiento por tensiones diferenciales. Existen dos formas de ejecutar esta rutina, mediante un icono podemos entrar a transferir automáticamente el programa que estamos trabajando en este momento, previamente se tiene que compilar, o mediante otro icono podemos entrar a seleccionar el archivo HEX que deseamos transferir. En ayuda hay un apartado de "Sistema Operativo" donde podemos consultar el código fuente que se tiene que grabar en el PIC para hacer que interactúe el software con la PCU.


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HOJA 7

Ayuda:

Al seleccionar el menú de ayuda, nos sale un formulario donde podemos movernos por varias pestañas de ayuda: Acerca De… Es información relacionada con el proyecto, básicamente igual que la pantalla de inicio. Ayuda General: Está la información general del funcionamiento del programa. Compilador: Está el manual del compilador Mpasm organizado en distintas pestañas para facilitar su consulta. Comunicación: Está la explicación del funcionamiento de la parte de comunicación con los diversos elementos conectados en la red.. Sistema Operativo: Es el software que reside dentro del PIC para poder comunicar con el software, de aquí se puede copiar y pegar en el editor para compilarlo y con un programador estándar programar Pic's vírgenes sin sistema operativo.


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HOJA 8

CRONOGRAMA DE PLANNING:

UNIDAD DIDACTICA 2: (AUTOMATA PROGRAMABLE)

PLANING PROYECTO MES NOV/DIC DIC. ENERO

Semana 48 49 50 51 52 1 2 3 4 5

1-DEFINICION Y PLANIFICACION Previsto X

Realizado

2-BUSQUEDA DEL CIRCUITO Previsto X X

Realizado

3-BUSQUEDA TIPO DE COMUNICACIÓN Previsto X X X X X

Realizado

4-DISEÑO PRELIMINAR Previsto X X X

Realizado

5-DISEÑO FINAL CAD Previsto X X

Realizado

6-MATERIAL Previsto X X Pendiente

Realizado FT232

7-MAQUETA Previsto X X

Realizado

8-PROTOTIPO Previsto

Realizado

9-ENSAYO PROTOTIPO Previsto

Realizado

10-DOCUMENTACION Previsto X X X X X X X X X X

Realizado

11-RUTINAS COMUNICACIÓN Previsto

Realizado

12-PROGRAMA ENTORNO WINDOWS Previsto

Realizado

13- Previsto

Realizado


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HOJA 9

UNIDAD DIDACTICA 2: (AUTOMATA PROGRAMABLE)

PLANING PROYECTO MES FEBRERO MARZO

Semana 6 7 8 9 Final

1-DEFINICION Y PLANIFICACION Previsto

Realizado

2-BUSQUEDA DEL CIRCUITO Previsto

Realizado

3-BUSQUEDA TIPO DE COMUNICACIÓN Previsto

Realizado

4-DISEÑO PRELIMINAR Previsto

Realizado

5-DISEÑO FINAL CAD Previsto

Realizado

6-MATERIAL Previsto Ok

Realizado FT232

7-MAQUETA Previsto X

Realizado

8-PROTOTIPO Previsto X X

Realizado

9-ENSAYO PROTOTIPO Previsto X X X

Realizado

10-DOCUMENTACION Previsto X X X X X

Realizado

11-RUTINAS COMUNICACIÓN Previsto X X X

Realizado

12-PROGRAMA ENTORNO WINDOWS Previsto X X X X X

Realizado

13- Previsto

Realizado


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TOTAL 23

HOJA 10

GENERACION DE LA SOLUCION: La función que permite transferir el código al PIC, está desarrollada a partir de un ejemplo sacado de Internet (www.ehl.cz/pic). En la CPU reside una rutina que permite enviar archivos hexadecimales a la CPU quedando guardados en memoria de programa y ejecutándolos después de un reset, la programación de la Flash se hace en modo bajo voltaje gracias a la configuración del bit asociado en el momento de programar el sistema operativo. Se ha modificado considerablemente para permitir la comunicación en red con diversos equipos en la red y direccionar al equipo deseado. DISEÑO PRELIMINAR: Primer esquema hecho a lápiz de la idea a desarrollar:


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HOJA 11

MAQUETA: En esta fase montamos parcialmente los bloques del circuito sobre una placa de prototipos (Protoboard) de forma que probamos el correcto funcionamiento de nuestro circuito tal como quedó reflejado en la simulación. Los bloques del Autómata son: -Conversor USB �� RS-485 -CPU RISC -MEMORIA EEPROM (opcional) INTERFAZ USB-RS485: Está basado en el circuito integrado FT232RL de la casa FTD Chip, este junto con los drivers entregados por la misma casa podemos hacer facilmente un conversor sencillo y fácil de controlar desde el software del PC así como desde el propio microcontrolador.

Desde la página del fabricante http://www.ftdichip.com/ se puede bajar el programa MPROG con el que podremos modificar valores de configuración de la EEprom interna.


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HOJA 12

El esquema implementado en la placa es básicamente el que propone el fabricante para el adaptador USB-RS485 pero se han incorporado bornas para todas las señales de entrada y Leds para todas las señales de salida de forma que es una plataforma para montar cualquier prueba de cualquier otro tipo de conversor de los que se propone en la página del fabricante, la configuración del conector de salida DB9 se ha elegido para ser compatible con los autómatas SIEMENS S7-200 de forma que podamos programar con el mismo cable estos PLC’s y viceversa. Imagen del conversor:


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TOTAL 23

HOJA 13

Después de montar el cable al conectarlo se tienen que poner los drivers que están en la página del fabricante, también tenemos que instalar el programa MPROG.EXE que nos permtirá configurar la Eeprom interna del chip: Imagen del programa:

Una vez abierto el programa y teniendo el conversor USB�RS485 conectado al PC, procederemos a configurar las señales que tienen que corresponder a cada puerto de salida: Tools / Read and Parse File / Edit Ahora modificaremos las casillas de I/O Controls para hacer que: C2 = TXDEN C3 = TXDEN Las salidas C2 y C3 están conectadas al adaptador de señales

MAX485 y son las que controlan la dirección de la comunicación. Las otras salidas solo las utilizo como visualización en los Led, y se pueden configurar como queramos. File / Save Device / Program


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TOTAL 23

HOJA 14

Una vez hecho esto, el chip FT232RL está configurado para trabajar, ahora Windows le asignará una configuración COMx libre, esta se podrá cambiar desde el Panel de control / Sistema / Hardware / Administrador de dispositivos / Puertos (Com&LPT) / USB Serial port COMx / Propiedades / Port Settings / Advanced / COM Port number, aquí seleccionar el deseado y aceptar los cambios.


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HOJA 15

DISEÑO CAD: Para el proceso de diseño se ha utilizado el programa ORCAD versión 10.3, usando la utilidad CAPTURE para el diseño de los esquemas electrónicos y LAYOUT para la realización de las placas PCB.

Esta formado por dos proyectos, uno es el adaptador de USB a RS485 y se llama USB_RS485.OPJ y el del PLC se llama AUTOMATA_PIC.OPJ, es una placa que está formada por una fuente de alimentación, un puerto de comunicaciones RS485, una CPU PIC16F876 y dos puertos de 10 entradas digitales y 10 salidas digitales con sus correspondientes LED indicadores del estado.


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TOTAL 23

HOJA 16

ESQUEMAS: Conversor USB�RS485

Title

Size Document Number Rev

Date: Sheet of

ADAPTADOR_USB 0

CONVERSOR USB A RS485 Con conexiones auxiliares.

IES SEP Castellarnau

A4

1 1Sunday, March 04, 2007

1

J6

PAD

1

J7

PAD

1

J8

PAD

DTR2

RTS3

VCC_IO4

RXD5

RI6

GN

D7

GN

D2

21

CBUS122CBUS023

NC24

AG

ND

25

TE

ST

26

OSC_I27

OSC_O28

CTS11

CBUS412

CBUS213

CBUS314

USB_DP15

USB_DM16

3V3_OUT17

GN

D1

18

RESET19

VCC20

TXD1

DSR9

DCD10

NC8

U2

FT232RL

1

J9

PAD

1234

5

+

DM

DP

-

U1 USB

CONVERSOR USB A RS485 / TTL

1

J10

PAD

C2100nF

C1100nF

D1 D2

123

4

5

6

7

8

Rx

Tx

GND

+VCC

U3

MAX485

VCC

VCC

VCCVCC

R1

470

R8

470

R7

120

12

J2

12

J4

12

J3

RS-485

VCC

12

J1

RS485-B

RS485-A

R2

470

R3

470

Configuración CBUS2 = TXDEN

Configuración CBUS3 = TXDEN

D3 D4

VCC VCC

R4

470

R5

470

PIN 3 DB9 MACHO = A

D5

PIN 8 DB9 MACHO = B

VCC

R6

470

PIN 2 DB9 MACHO = GND

PIN 7 DB9 MACHO = +12V

1

J5

PAD

MATERIALES: Los materiales utilizados para este proyecto son: Copia del archivo Bill Off Materials (Bom) del programa Capture. Conversor USB-RS485: Item Quantity Reference Part ______________________________________________ 1 2 C1,C2 100nF 2 5 D1,D2,D3,D4,D5 LED 3 3 J1,J2,J4 JUMPER 4 1 J3 RS-485 5 6 J5,J6,J7,J8,J9,J10 PAD 6 7 R1,R2,R3,R4,R5,R6,R8 470 7 1 R7 120 8 1 U1 USB 2,1 € 9 1 U2 FT232RL 4,6 € 10 1 U3 MAX485 3 €

Precio TOTAL : 15 Euros


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HOJA 17

ESQUEMAS: Fuente de alimetación :

Title


Date: Sheet of

Fuente de alimentación 01/07

AUTOMATA PROGRAMABLE CON PIC16F876


A4

3 3Wednesday, February 28, 2007

VIN1 3

VOUT

2

GND

U3

7805

+5V

VCC

+ C4100uF

12

J5

CON2

+ C5470uF

1

4

3

2 - +

D22

BRIDGE

1 5

4 8

T1

220/12V 2,5W

+12V

Conversor RS485�TTL

Title


Date: Sheet of

ADAPTADOR_RS485 <RevCode>

AUTOMATA PROGRAMABLE CON PIC


A4

1 3Sunday, March 04, 2007

76

54321

98

J1

CONECTOR DB9 HEMBRA

123

4

5

6

7

8

Rx

Tx

GND

+VCCU1

MAX485

VCC

R1560

R4560

R2120

Rx_485

VCC

Tx_485

12

J2Rx_Tx

+12V


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TOTAL 23

HOJA 18

Autómata 16F876:

Title


Date: Sheet of

AUTOMATA_PIC 01/07

AUTOMATA PROGRAMABLE CON PIC16F876


A4

2 3Wednesday, February 28, 2007

123456789101112

J4

SALIDAS

RA0/AN02RA1/AN1

3RA2/AN2/Vref-4RA3/AN3/Vref+5RA4/T0CLK

6RA5/AN4/SS7

RB0/INT21RB1 22RB223RB3/PGM 24RB4 25RB526RB6/PGC 27RB7/PGD28

RC0/T1OSI/T1CLK11RC1/T1OSO12RC2/CCP1

13RC3/SCK/SCL14

RC4/SDI/SDA15RC5/SDO 16RC6/TX/CK17RC7/RX/DT 18

GND19

VDD 20MCLR/VPP/THV1OSC1/CLK

9

OSC2/CLKOUT10

GND 8

U2

16F876

+5V

RA2RA1RA0

RC3RC2RC1RC0

RA5RA4RA3

9 resistencias1K

0V+5V

D6 D7

R11560

R12560

D8 D9

R13560

R14560

D10

R15560

RA0Rx_485

RA1

RC7

RA2Tx_485

D2D1

R6560

R7560

D3 D4

R8560

R9560

D5

R10560

RC6

RA3

RB6RA4RA5RC0

D11

RC1

D12

R16560

R17560

D13 D14

R18560

R19560

D15

R20560

RC2RC3

10 Res.1K

VCC

R547K

1 23

4

P1

RESET

D16 D17

R21560

R22560

D18 D19

R23560

R24560

Rx_Tx

123456789101112

J3

ENTRADAS

RB7

RB2RB1RB0

RC6RC5RC4

RB5RB4RB3

RC7

RC5

RB4RB3RB2RB1RB0

+5V0VRC5RC4RB7RB6RB5

Y1

CRYSTAL

C127p

C227p

D21

LED

R26560

VCC

VCC

+ C3100uF

RC4

RB1

RB0

RB7

RB3

RB2

RB6

RB4

RB5


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TOTAL 23

HOJA 19

Autómata PIC: AUTOMATA PROGRAMABLE CON PIC Item Quantity Reference Part ______________________________________________ 1 2 C1,C2 27p 2 2 C3,C4 100uF 3 1 C5 470uF 4 21 D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8, LED D9,D10,D11,D12,D13,D14, D15,D16,D17,D18,D19,D20, D21 5 1 D22 BRIDGE 6 1 J1 CONECTOR DB9 HEMBRA 7 1 J2 JUMPER 8 1 J3 ENTRADAS 9 1 J4 SALIDAS 10 1 J5 CON2 11 1 P1 RESET 12 23 R1,R3,R4,R6,R7,R8,R9,R10, 470 R11,R12,R13,R14,R15,R16, R17,R18,R19,R20,R21,R22, R23,R24,R25 13 1 R2 120 14 1 R5 47K 15 1 R26 1K 16 1 T1 220/12V 2,5W 17 1 U1 MAX485 18 1 U2 16F876 19 1 U3 7805 20 1 Y1 CRYSTAL Precio TOTAL : 26 Euros


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TOTAL 23

HOJA 20

Imagen del Autómata 16F876:

Detalle caja para fijación en perfil simétrico de 35mm. Según norma DIN.


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TOTAL 23

HOJA 21

RUTINAS Y MACROS: El proyecto está respaldado por una serie de rutinas y macros que facilitan la programación, igualmente se puede utilizar el lenguaje propio de Microchip para programar la aplicación, hay que diferenciar las macros propias del PLC con las de utilidades varias: Macros del PLC: Permiten programar instrucciones booleanas que se ejecutarán ciclicamente igual que un autómata, esta cíclica se llama ciclo de Scan que es el tiempo que tarda en ejecutar todo el programa y al finalizar actualiza las señales de salida y lee las entradas, esto una vez finaliza vuelve a empezar de nuevo y así continuamente.


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TOTAL 23

HOJA 22

PROTOTIPO: En esta fase ya tenemos hecho todo el diseño con las correcciones pertinentes después del proceso de simulación y de haber montado una maqueta previa, por tanto el montaje no tendría que dar grandes problemas y su funcionamiento tendría que estar casi asegurado. El prototipo ha sido montado a partir de los diseños hechos con el programa ORCAD LAYOUT. Las medidas de las placas han sido elegidas para que las dos placas se fabriquen desde la base de una única placa doble cara normalizada. El circuito estará alojado en una caja de plástico, dotando a la placa de los taladros necesarios para su fijación a dicha placa. Por nuestro sistema de fabricación tenemos que modificar el ancho de las pistas, Pads y tener en cuenta los encapsulados a usar. Como la placa es doble cara y no disponemos de taladros metalizados, tenemos que tener especial atención de no tener Vias debajo de los componentes ni conexiones a Pads en la capa TOP que estén bajo componentes como transformadores, conectores o otros que impedirán la soldadura de esta cara una vez montados. Es importante dotar de Test_Points para poder hacer medidas de taller con mas facilidad en el proceso de desarrollo y test del circuito.

Placa del conversor: Medidas 54 x 90mm.


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TOTAL 23

HOJA 23

Placa del Autómata PIC: Medidas 117 x 145mm.

ANEXO:

Este proyecto está acompañado de un CD donde se incluyen a parte de este proyecto toda la documentación anexa a el: -Software de programación -Datasheet de todos los integrados usados en el proyecto: -Planing en Excel. -Fotos de los equipos...

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