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DESCRIPCION TECNICA
UD2: AUTOMATA PROGRAMABLE
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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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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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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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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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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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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
Size Document Number Rev
Date: Sheet of
Fuente de alimentación 01/07
AUTOMATA PROGRAMABLE CON PIC16F876
IES SEP Castellarnau
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
Size Document Number Rev
Date: Sheet of
ADAPTADOR_RS485 <RevCode>
AUTOMATA PROGRAMABLE CON PIC
IES SEP Castellarnau
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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HOJA 18
Autómata 16F876:
Title
Size Document Number Rev
Date: Sheet of
AUTOMATA_PIC 01/07
AUTOMATA PROGRAMABLE CON PIC16F876
IES SEP Castellarnau
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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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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UD2: AUTOMATA PROGRAMABLE
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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...