UNIVERSIDAD DEL BIO-BIO
FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA
Curso:
INTRODUCCION A LA TECNOLOGIA DE LOS AUTOMATAS PROGRAMABLES P.L.C.
Apunte preparado por el Profesor Julio Huenul Hu enul Muñoz Para alumnos del Electivo : Automatización Automatización de Procesos Industriales . Depto. de Ingeniería Mecánica UBB Concepción
enseñarlo todo…. No puedes enseñarlo S o l o p u e d e s m o s t r a r el el c am am i n o p a r a e n c o n t r a r l o p o r s i m i s m o . Galileo Galilei 1564- 1642
No pu ed es en se ñ ar Concepción, Marzo de 2013
Lección 1
Estructura de un PLC
P.L.C
El Autómata Programable Programable ( P.L.C ) es un dispositivo dispositivo electrónico electrónico capaz de controlar en tiempo real real , procesos secuenciales secuenciales de cualquier tipo y volumen en la industria en general.
PROGRAM LOGIC CONTROL
Partes Principales ( Estructura Externa )
( Controlador Lógico Programable)
Lección 1
Estructura de un PLC
P.L.C
El Autómata Programable Programable ( P.L.C ) es un dispositivo dispositivo electrónico electrónico capaz de controlar en tiempo real real , procesos secuenciales secuenciales de cualquier tipo y volumen en la industria en general.
PROGRAM LOGIC CONTROL
Partes Principales ( Estructura Externa )
( Controlador Lógico Programable)
Lección 2 Conexiones de Entrada al PLC
El Autómata Programable ( P.L.C ) dispone de un bus de de borneras de entrada donde se conectan conectan todos los tipos de sensores sensores y elementos de dialogo hombre-máquina hombre-máquina que existan en una máquina o sistema sistema Las entradas se designan designan como Xn donde n= 0….17
Todo sensor o elemento de dialogo dialogo Hombre Hombre Maquina se conecta al PLC con dos hilos
Como el borne borne de 24 V del Plc es recurrido como tantas entradas tenga el Plc ,es que se utiliza una regleta de derivación derivación conectada a este borne borne de 24 Volt, para disponer de tantos puntos de 24 Volt como entradas sean utilizadas.
Lección 3
Conexiones de salida al PLC
El Autómata Programable ( P.L.C ) dispone de un bus de borneras de salida donde se conectan todos los tipos de actuadores que existan en una máquina o sistema
Toda salida del PLc se conecta al PLC con dos hilos
Ejemplo : Si deseamos utilizar la salida Y2 usaremos el cable conectado a Com1 y el cable conectado en Y2 Los actuadores que se utilizan para conectar al PLC son Reles, bobinas , solenoides , luces . En instalaciones industriales a salida del PLc siempre se conectan reles. Estos relés los llamaremos relé preaccionadores . A cada salida del Plc se practica conectar un rele preaccionador . A continuación, a estos reles preaccionadores se conectan los contactores , luces pilotos y alarmas .
¿ Como funciona la salida de un Plc.? Para empezar de cada una de las salida del PLc no sale nada. Cuando el PLc activa una salida ,por ej. La salida Y2, lo que hace es contactar internamente el punto Com1 con el punto Y2. Este contacto asi producido , lo utilizamos para activar una carga conectada a esta salida , como por ejemplo, un rele preaccionador. Visto de este modo el Plc parece un gran Relé pero que puede ser programado transformándolo en un potente dispositivo control.
Lección 4
Que es un Relé
El rele es interruptor que dispone de uno o mas contactos Cerrados ( NC) y uno o mas contactos abiertos (NO) . Este componente en un circuito de control se conecta directamente al PLc utilizando los bornes A1 y A2 ( 2-10) que corresponden a los puntos de contacto de la bobina que dispone el rele para su accionamiento.
Ejemplo de rele Rele Koino que tiene la siguientes distribución de contactos:
Otra forma de dibujar la distribución de contactos del rele sería:
En la inspección la figura se observa : Contactos Cerrados (NC) 1-5 ; 3-7 ; 11-8 Contactos abiertos (NO) 1-4 ; 3-6 ; 11-9 Conexiones de bobina : 2-10 La bobina del Rele generalmente se seleccionan para Voltaje de 24 VDC . La polaridad de los bornes 2y 10 puede ser positiva o negativa, pero si el rele presenta un led indicador de estado ( Activado/ Desactivado) la conexión deberá considerar polaridad para que el diodo led se encienda. ¿Por qué? Funcion de Rele : Activar Contactores , bobina de electroválvulas ,luces.
Rele
Base ( Observe los indicadores númericos)
Lección 5
Que es un contactor Es un dispositivo electromecánico semejante en modo funcional a un rele .La diferencia radica en que el contactor se aplica para transmisión de potencia eléctrica alta lo que genera un dispositivo de mayor tamaño y de contactos de mayor paso eléctrico. Su utilización es por tanto aplicable al accionamiento eléctrico de motores o de componentes actuadores de un circuito de control con elevado niveles de corriente ( 2 o mas Amper).
Aspecto Físico
Partes de que está compuesto : - Contactos
principales: 1-2, 3-4, 5-6. Tienen por finalidad abrir o cerrar contactos del circuito de fuerza o potencia. - Contactos auxiliares: 13-14 (NO) Se emplean en el circuito de mando , control o maniobras. Por este motivo soportarán menos intensidad de corriente que los contactos principales. El contactor de la figura solo tiene uno que es normalmente abierto. En otros se pueden encontrar mas contactos auxiliares (NO y NC) o agregando módulos insertos para disponer de más contactos auxiliares. -Contactos de accionamiento A1 y A2. Puntos de conexión a la bobina del contactor
Símbolo
Contactor con modulo inserto de contactos auxiliares NO y NC
Observaciones
La bobina del contactor puede ser 24 Volt- 110Volt- 220 Volt – 380 volt ( Generalmente 220 V). El contactor se selecciona por la max ima corriente de fuerza que pasa por los contactos principales.
Lección 6
Elementos de dialogo Hombre-Máquina Son todos los dispositivo electromecánico que están presente en un púlpito , consola o en la puerta del gabinete presente en un circuito de control. Estos elementos pueden ser : Botoneras o Pulsadores ( NO , NC o con ambos) Switch o Interruptores rotatorios. Joiticks . Interruptores de palanca .
Aspecto Físico
Tipos (simbología)
NC ( Normal Close) Normal Cerrado
NO ( Normal Open) Normal Abierto
Lección 7
Sensores Son todos los dispositivos mecánicos, electromecánicos., inductivos, capacitivos, fotoeléctricos, ultrasónicos ,químicos que son los encargados de captar y/o detectar la variable o las variables que intervienen o están presentes en un proceso. En un proceso industrial tenemos variables como por ejemplo : Presencia , posición y distancia de objetos. Deteccion de presion , temperatura, nivel , Ph , humedad , Volumen,gases y humo. Deteccion de formas. Deteccion de color por medio de videosensores
Aspecto Físico
Lección 8
Componentes de un circuito de control asistido por PLc La imagen muestra los elementos de entrada ( Sensores y elementos de dialogo H-M) , elementos de salida (reles preaccionadores, contactores) y actuadores (bobinas de electroválvula) que participan en el circuito de control mostrado y que se utiliza para co ntrolar el funcionamiento del cilindro neumático de la figura. Un circuito complejo de control no es mas que la repetición de este esquema básico como tanto actuadores tenga el sistema. Estos actuadores pueden ser cilindros, motores , bombas etc. Aspecto Físico de la cadena de mando involucrada en el control de funcionamiento del cilindro de la figura con los componentes que pueden participar.
Panel de Control con PLC
Lección 9
Como se conecta un sensor y/o un elemento de dialogo H-M a un PLC Un sensor del tipo ON-Off o un elemento de dialogo H-M ( por ej.un pulsador) se conecta al Plc mediante dos cables que vienen del sensor y/o pulsador . Un cable se conecta al borne de entrada Xn y el otro al borne de 24 V del Plc.
Aspecto Físico
Observaciones
Como hay generalmente mas de un sensor , el borne de 24 Volt se regletea para disponer de varios puntos de 24 volt según sea la c antidad de sensores y/o elementos de dialogo que se necesiten conectar. La distancia entre el sensor y el Plc no debe ser mayor a 1200mt por problemas de resistencia Ohmica que debilita la señal de corriente proveniente del borne de 24 V+ y que pasa por el contacto del sensor y luego vuelve a la entrada Xn donde conecta el sensor. Los cables de señal deben mantenerse alejado de cables de energía eléctrica de fuerza por la posibilidad que los cables de alta tensión y corriente induzcan corrientes en los cables de señal cercanos y que generan señales erráticas en el sistema . El sensor limit switch que se muestra en la fig. generalmente tiene dos contactos ( 1 NC y 1 NO). Se puede usar uno o los dos según sea la necesidad. Cuando se usan los dos, cada contacto tiene una conexión Xn diferente.
Ej. De conexión de un pulsador a X15
Leccion 10
Como se conecta un rele preaaccionador El relé preaccionador se conecta a la salida del PLc . Generalmente son relé de bobina de 24 Vdc.. En el conexionado se debe tener la siguientes consideraciones: A cada salida del Plc se conecta un relé preaccionador. Osea, si el plc que estamos instalando tiene 24 salidas, se deben conectar 24 relés, uno por cada salida. Se debe disponer de una fuente de poder externa para activar estos relés. Debe ser de 24 Volt y capacidad de corriente igual a la suma de las corrientes de consumo de cada rele
Aspecto Físico de la conexion
Observaciones
El positivo de la fuente de poder se conecta al Borne COM1. Lo mismo se hará para el COM2 , COM3, COM4… etc El Borne Y2 se conecta al borne 2 del rele . El borne 10 de conectará al borne (-) de la fuente de poder. Si el rele tiene un Led de estado y este no enciende al activarse este relé, intercambiar las conexiones de 2 y 10.
Lección 11
Como se conecta un contactor al relé preaccionador conectado a una salida del Plc El contactor se conecta al rele preaccionador el cual cual ya esta conectado a la salida del PLc . Por lo tanto el contactor que se conecte a este rele vinculará la salida del plc con el contactor que se instale , al menos de modo indirecto pues se observa que la salida del Plc activa al rele y este relé activará al contactor. En el conexionado del contactor se debe tener la siguientes consideraciones: Se ubicara en el rele dos puntos asociados en modo NO ( Ej. 3-6 (NO) Rele Koino). El contactor en la figura tiene bobina 220 Volt por lo que buscaremos un suministro 220V con Fase (F) y neutro(N)
Aspecto de la conexión del contactor al relé preaccionador
Nota : Esta conexión se repite como tantas salidas con su correspondiente contactor sea necesario tener en la instalación.
Observaciones
Se practica instalar un contactor conectado a cada relé preaccionador. Si quisiéramos activar, como ej. una electroválvula que tenga dos solenoides debemos habilitar dos salidas de Plc . Por lo tanto habrá dos reles ( uno por cada salida) y cada uno de estos dos relés le conectaremos un contactor . Cada contactor así conectado activará a cada uno de los solenoides de la electroválvula
Lección 12
Tipos de PLc industriales En aplicaciones industriales es posible encontrar dos tipos de PLc .
Plc Compacto Plc Modular
Plc Compacto
Plc Siemens Compactos En estos tipos de Plc todos los elementos de su arquitectura ( Bus de entrada, Bus de salida ,puertos de conexión, Cpu, ..etc) se encuentran en un mismo dispositivo .
Plc Modular
Plc modular Koyo En estos tipos de Plc los elementos de la arquitectura ( ,puertos de conexión, Cpu, Fuente de poder ) se encuentran en un dispositivo. Los bus de entrada y salida constituyen módulos aparte, generalmente de 8 ,12 o 16 puntos . los cuales se insertan en un rack y que se van instalando conforme a un crecimiento del sistema de control. Si las condiciones de control se amplían solo será necesario instalar mas módulos de entrada y salida que se necesiten e incluirlos en una programación de mayor cobertura, sin que sea necesario cambiar el PLc
Observaciones
Cuando se determina utilizar un Plc Compacto se debe preveer una cantidad de entrada y salida que permita crecer en esa cobertura dentro de ciertos limites. Hay Plc compactos de 6, 8, 12,16,24, 32 y 64 puntos de entrada y salida Para sistemas que sean de mayor cantidad de entrada / salidas o que se visualize un crecimiento significativo, la opción modular podría ser la más conveniente. La capacidad programática en ambos PLc suele ser de igual envergadura,
Lección 13
Señales de entrada y salida digitales y analógicas En control automático de procesos es posible encontrar dos tipos de señales de entrada y salida
Digitales Analógicas
Señales I /O ( Input / Output) digitales
Componentes de comportamiento digital(On-Off)
Este tipo de señal presenta dos estados: On – Off Encendido-apagado 1 o 0
Ejemplos de componentes que generan señales digitales: Interruptores en todos sus tipos. Sensores con contactos abierto/cerrado. Sensores presenciales Sensores magnéticos Sensores opto electrónicos Limit Switch Ejemplos de componentes que se comportan digitalmente: Luces. Contactores Relés Solenoides de electroválvulas salidas digitales de Plc
Señales I/O Analogicas.
Componentes de comportamiento analógico
Este tipo de señal es continua , no define un estado, sino que establece un nivel del estado de esa señal. Ejemplo. La señal de de entrada de Temperatura La señal es continua y su valor indica el nivel que presenta en cada momento. Para un rango determinado la señal tiene un valor o nivel diferente según sea las características del Proceso En este ejemplo la temperatura puede tener un rango 0 ºC a 100 ºC y su valor estará siempre variando dentro de ese rango. Ejemplos de componentes que se comportan de modo análogicos: Sensores de presion Sensores de nivel ( Ultrasonicos) Sensores de Ph Sensores de temperatura (Pt 100)
Sensor de presión
Sensor de velocidad eolico
Observaciones. El Plc debe disponer de un modulo analógico de entrada o de salida o ambos para el procesamiento de este tipo de señal.
Lección 14
Instalación de un sistema de control de funcionamiento de un motor eléctrico Instalar un circuito de control de un motor eléctrico cuyos componentes participativos se muestran en la figura propuesta. Listado de componentes que se muestran 1 botonera NO ( Botonera A) 1 Contactor Bobina 220 Volt AC 1 botonera NO ( Botonera B) 1 Motor eléctrico ( Trif. O monofásico) 1 PLC Mitsubishi Fx2n 1 Fuente de Poder 24 VDC 1 Relé preaccionador bobina 24 V
Actividad 1 Conectemos la Botonera A (NO) en X1 ( un cable en X1 y el otro en el borne 24 Volt) Conectemos la botonera B ( NO) en X5 ( un cable en X5 y el otro en el borne 24 Volt) Verificación de las conexiones . a.- Presione la botonera A . La luz piloto 1 debe encenderse mientras la botonera A esté presionada. Presione la botonera B . La luz piloto 5 debe encenderse mientras la botonera B esté presionada.
Actividad 2 a.-Conectar el rele preaccionador. (Verificar Func. Haciendo latch entre COM1 y Y1) b.-Conectar contactor conforme a la conexión mostrada(Verificar Func. Haciendo latch entre COM1 y Y1) c.- Conectar motor a la red eléctrica( sile motor es monofásico pase fase y neutro por el contactor) (Verificar Func. Haciendo latch entre COM1 y Y1)
Lección 15
Como se programa un Plc ( Enfoque Digital) 1.- Definir CONSIGNA
Para programar un Plc es necesario definir en palabras, en primer término, como se desea que funcione el sistema, equipo o proceso a controlar con un Plc. Esta definición de funcionamiento la llamaremos CONSIGNA . El programa del Plc que se diseñe debe realizar esta acción exactamente como se ha definido en esta consigna. En esta consigna deben involucrarse todo los componentes de entrada y salida que participan en el proceso y como se relacionaran funcionalmente para lograr el comportamiento que se espera del sistema. 2.- Formas de programación del PLC
Programación Ladder o grafica. El ladder o forma grafica de programación es un procedimiento que genera un “dibujo” del programa que cumplirá la consigna que se defina. Para hacer el ladder es necesario indicar lo siguiente: Las entradas se dibujan así :
Las salidas se dibujan así:
Estos dibujos conectados de forma convenientes generan ecuaciones lógicas que interpretan el funcionamiento del sistema. Esta programación llamada también “ programación en escalera “ ( Ladder= Escalera) se esquematiza dibujando dos líneas verticales paralelas de distancia parecida a la distancia entre márgenes y entre estas dos lineas verticales se dibujan la ecuación lógica que responde a lo que pida la consigna. Ejemplo de consigna : Presionando la botonera A (X1) funciona el motor (Y1) Ladder Ejemplo de consigna : Presionando la botonera A (X1) funciona el motor (Y1) Ladder
Lección 16
Haciendo ladder para consignas que se planteen 1.- CONSIGNA
Si presionamos ambas botoneras el motor parte. Si hay solo una presionada o ninguna no hay funcionamiento del motor. Ladder que Ud Propone :
2.- Consigna
Si presionamos cualquiera de las dos botoneras el motor parte. El motor no funciona si no hay botoneras pulsadas.
Ladder que Ud. Propone:
Entrada negada Es el estado inverso virtual que presenta una entrada en el ladder. Se dibuja asi:
Por ejemplo si en X1 hay una botonera NO ( Normal abierta) el programa ladder asume que es Botonera cerrada si se utiliza este símbolo para X1. Consigna para que Ud piense: Presionamos una vez la botonera X5 y el motor queda funcionado.
Lección 17
Software dedicado Mitsubishi Melsec -F Este software permitirá hacer el ladder en la pantalla del Pc, convertirlo a lista de instrucción y Transferirlo al PLC utilizando un interfaz PC-Plc
Abrir el programa dedicado siguiendo la secuencia:
Aparece la pantalla que se muestra y clica File
Aparece
Se clica New
Aparece
Se obtiene la pantalla lista para hacer e l ladder
Se elige FX2N/FXNC (modelo de plc que estamos ocupando) y OK Se pbserva menú , la regleta con iconos de ladder Las dos lineas verticales paralelas y rectángulo azul que es el cursor.
Lección 18
Haciendo un ladder en Pc y transfiriendo su lista de instrucción al Plc Consigna Presionando la botonera X5 se activa la salida Y2
Ladder Clicando el icono que se precisa
Aparece el cuadro de la figura donde anotaremos el rotulo X5 ( Entrada 5 ) asignado a este ícono.
Clicando el icono de salida indicado.
Al presionar Ok aparece el ícono con rotulo Xoo5 en el ladder. Aquí vemos el ladder que se propone
Se anota Y2 ( que es la salida que se define) Luego OK
Proyecto Nº 1 Objetivo Alcanzar competencias en la programación de Plc .-Problema El esquema muestra un estanque de agua suministrada por la bomba centrifuga que se visualiza en el dibujo. La valv. V1 da paso al agua que se utilizará del estanque
Consigna -Para iniciar el funcionamiento la bomba parte si el nivel es Bajo y el operador presiona la botonera Start - La bomba se detiene de forma automática si se alcanza Nivel Alto o si el operador acciona la botonera Stop. - La valv V1 solo sera posible activar si nivel de agua se encuentra entre Nivel Bajo Y Nivel Alto. - La bomba nunca funcionara con la Valv V1 abierta. - La valv V1 es de corte rapido cuya palanca esta accionada por un cilindro neumatico de doble efecto mandado por una válvula electro neumática 5/2 de dos solenoides. Se pide: - Selección de componentes electromecánicos e instrumentación -Esquema de cableado de botoneras Start Stop , sensores de nivel , salida de rele a contactor del Motor de bomba y de reles de accionamiento de solenoides de electrovalvulas - Programa Ladder - Simulación de funcionamiento del circuito de control
Hoja de esquema de conexiones.
Proyecto N°2 Automatización de un sistema de cloración de agua
Diseñar el circuito de control de funcionamiento de bombas centrifugas de la planta de agua que opera en las siguientes condiciones: 1.- Mediante botonera START y si el nivel de agua esta bajo Niv 1 debe partir la bomba de agua B1 2.-Cuando el agua llega hasta Niv 2 parte bomba de cloro B2 ingresando cloro y otros productos. Cuando se alcanza Niv 3 la bomba B2 se detiene 3.-La bomba B1 estará en funcionamiento hasta limite Niv 4 donde se detiene y se activa la electrovalvula Valv 3 permitiendo que el agua clorada salga a través de ella y sea llevada .a estanque de acopio para su distribución 4.-Cuando el agua alcanza nivel Niv 1 en el vaciado se desconecta Valv 3 repitiendose el ciclo. salvo que se presione la Botonera STOP. En este caso y también si el contactor de la bomba 1 se desactiva ( por corte del suministro eléctrico) el agua presente en el estanque se evacua a descarte por medio de la activación de Valv 4 5.- La BOMBA 1 y Bomba 2 parte con sistema estrella –triangulo. Programar funcionamiento con tiempo de conmutación de 5 seg Se pide: - Diagrama de conexionado de PLC, reles y contactores. - Diagrama de conexionado de sensores - Programa de PLC
Hoja de esquema de conexiones.
PROYECTO DE AUTOMATIZACION 3
Desarrollar en proyecto de implementación de un sistema de control del sistema que se muestra en la figura . Este proyecto deberá cubrir los siguientes aspectos. - Instalación del PLC y sus perifericos ( fuentes de poder. reles , regletas o borneras , luces pilotos Alarmas . - Esquema exacto de las instalaciones de sensores y actuadores.( cableado y conexiones , numeración) - Programa de control en Ladder y Lista de instrucciones. - Prueba del programa de control en panel de simulación.
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Hoja de esquema de conexiones.
PROYECTO DE AUTOMATIZACION 4 Desarrollar en proyecto de implementacion de un sistema de control del sistema que se muestra en la figura . Este proyecto deberá cubrir los siguientes aspectos. - Instalación del PLC y sus perifericos ( fuentes de poder. reles , regletas o borneras , luces pilotos Alarmas . - Esquema exacto de las instalaciones de sensores y actuadores.( cableado y conexiones , numeración) ( motores, electrovalvulas - Descripción detallada del funcionamiento. - Programa de control en Ladder y Lista de instrucciones. - Prueba del programa de control en panel de simulación.
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Hoja de esquema de conexiones.
PROYECTO DE AUTOMATIZACION 5 Desarrollar en proyecto de implementacion de un sistema de control del sistema que se muestra en la figura . Este proyecto deberá cubrir los siguientes aspectos. - Instalación del PLC y sus perifericos ( fuentes de poder. reles , regletas o borneras , luces pilotos Alarmas . - Esquema exacto de las instalaciones de sensores y actuadores.( cableado y conexiones , numeración) ( motores, electrovalvulas - Descripción detallada del funcionamiento. - Programa de control en Ladder y Lista de instrucciones. - Prueba del programa de control en panel de simulación.
Hoja de esquema de conexiones.
PROYECTO DE AUTOMATIZACION 6 Desarrollar en proyecto de implementacion de un sistema de control del sistema que se muestra en la figura . Este proyecto deberá cubrir los siguientes aspectos. Plano de Instalación del PLC y sus perifericos ( fuentes de poder. reles , regletas o borneras , luces pilotos Alarmas . - Esquema exacto de conexión de las instalaciones de sensores y actuadores.( cableado y conexiones
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numeración) ( motores, electrovalvulas) - Descripción detallada del funcionamiento. - Programa de control en Ladder y Lista de instrucciones. - Prueba del programa de control en panel de simulación.
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Hoja de esquema de conexiones.
