Controladrores Logicos Programables I

Electrónica y Automatización Industrial

Sílabo del Curso Controladores Lógicos Programables I Información General Plan Curricular Créditos

C5 - 2009 - 1 2.5

Semestre Académico

5to ciclo

Horas Semanales

16 Teóricas y 48 Prácticas

16 semanas

Profesor

Ofic.

Horario de Atención

Correo electrónico

Descripción del Curso Sumilla Los controladores lógicos programables (PLC) son los equipos de control más utilizados en la Industria. Las necesidades de su aplicación y en especial de su programación requieren por lo tanto de personal capacitado para este fin. A través de este curso, se podrá configurar, programar utilizar estos equipos en diversas aplicaciones industriales.

Objetivos Generales Realizar programas con PLC para el control discreto de procesos industriales.

Objetivos Específicos • • •

Configurar un PLC y seleccionar sus módulos de entrada y salida. Realizar programas utilizando instrucciones binarias y a nivel de palabras. Realizar un proyecto de control discreto con PLC.

Temas a tratar Semana 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Unidad de Formación Introducción. Laboratorio 1: Configuración de un PLC. Laboratorio 2: Comunicación del PLC con la PC. Operaciones Básicas. Laboratorio 3: Operaciones Binarias y Lógicas. Laboratorio 4: Operaciones "And", "Or". Práctica Calificada 1. Laboratorio 5: Consulta de Salidas. Laboratorio 6: Bits o Memorias Internas. Temporizadores. Laboratorio 7: Instrucciones Latch y Unlatch. Laboratorio 8: Detector de Flanco. PRIMER EXAMEN. Contadores. Laboratorio 9: Temporizadores. Laboratorio 10: Temporizador Retentivo. Control Discreto con PLC. Laboratorio 11: Contadores. Laboratorio 12: Aplicaciones de Control Discreto. Práctica Calificada 2. Laboratorio 13: Aplicaciones de Control Discreto (continuación). Laboratorio 14: Proyecto. Instalación y Mantenimiento. 1

Electrónica y Automatización Industrial Semana 17 18

Unidad de Formación Laboratorio 15: Proyecto (continuación). Laboratorio 16: Proyecto (finalización). SEGUNDO EXAMEN.

Metas Este curso aporta al logro de los siguientes Resultados de la Carrera: • Dominan y aplican el conocimiento de la tecnología de instrumentación y control. • Utilizan herramientas y equipos modernos de instrumentación y control de procesos industriales. • Aplican conocimientos actuales de matemáticas, ciencia y tecnología. • Realizan pruebas a dispositivos y sistemas de medición y control y analizan e interpretan los resultados para su aplicación. • Diseñan y optimizan sistemas y procesos con creatividad. • Trabajan eficazmente en equipo. • Identifican, analizan y resuelven problemas de tecnología.

Metodología Además de las clases teóricas tienen demostraciones prácticas de laboratorio hechas por el profesor en el aula de clase. El curso debe complementarse ejercitando al alumno en la resolución de problemas. La metodología utilizada parte de una programación planificada para la asignatura, definida tanto en los objetivos a alcanzar como en los contenidos a aprender y aplicar. Las sesiones asocian lo conocido con los nuevos contenidos a tratar. Una vez establecidos los conocimientos previos; se presentan los contenidos nuevos de manera ordenada y reducidos didácticamente; alternando las explicaciones y presentación de los contenidos con las actividades aplicativas de los estudiantes. Los estudiantes participan en actividades aplicativas y trabajan en grupo que permite superar el grado de abstracción que puede presentar el aprendizaje de contenidos teóricos. Las actividades de evaluación son permanentes, pero con una actividad concreta de control del éxito o evaluación, que sucede en los periodos finales de clase, para ofrecer un feed back del control del éxito en el aprendizaje del estudiante así como del éxito de las preparaciones y conducción adecuada del profesor.

Sistema de Evaluación

Nota Final = 0.20 E1 + 0.20 E2 + 0.60 PB Donde:

E1 = Examen 1, E2 = Examen 2, EF = Examen Final PA = Pruebas de Aula, PB = Pruebas de Laboratorio, PT = Pruebas de Taller

Bibliografía • • • •

"Controladores Lógicos Programables". Ramirez, E. "Autómatas Programables". Porras / Montaneo. "Ejemplos de Programación para Miniautómatas". Simatic S5. "SLC 500 Modular Hardware Style and Operation Manual".

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Controladores Lógicos Programables I Agosto 2007

1. Introducción La automatización, a través de los Controladores Lógicos Programables (PLC), es una de las alternativas más importantes en la industria para su aplicación en el control automático de procesos. Su utilización en los modernos sistemas de automatización dan como resultado: optimización, reducción de costos e incremento de la productividad. En el presente curso se darán los fundamentos para elegir una nueva opción de automatización utilizando el PLC. Para ello se estudiará al equipo y su programación. 2. Ubicación del curso dentro de la currícula de estudios La asignatura de Controladores Lógicos Programables I pertenece al quinto semestre de la carrera de Electrónica y Automatización Industrial. Para desarrollar el curso es necesario que el estudiante disponga de conocimientos acerca de funciones lógicas. Estos conocimientos se desarrollan en la asignatura de Circuitos Digitales que se dicta en el tercer semestre. 3. Objetivos del curso Al finalizar el curso, usted estará en la capacidad de: • Identificar y diferenciar los tipos y partes principales del PLC. • Evaluar las alternativas para reemplazar dispositivos, tales como relés, temporizadores y contadores en sistemas de automatización. • Configurar un PLC y seleccionar sus módulos de entrada y salida. • Desarrollar criterios para resolver problemas de automatización en una planta industrial. • Realizar programar utilizando instrucciones binarias, temporizadores y contadores. • Aplicar técnicas de control industrial discreto utilizando el PLC.

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Controladores Lógicos Programables I Agosto 2007

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4. Contenido El curso consta de seis unidades: N°

NOMBRE DE LA UNIDAD

1

Automatización Lógica Programable.

2

Arquitectura y funciones de memoria.

3

Configuración y temporizadores.

4

Selección de PLCs y Contadores.

5

Grafcet.

5. Materiales Los materiales didácticos del curso están diseñados de tal manera que facilitan el proceso de aprendizaje del alumno de acuerdo a sus características individuales. Para el curso se utilizará los siguientes materiales didácticos: •

Texto El texto del curso contiene las unidades temáticas así como ejercicios o pruebas de autocomprobación, para reforzar el aprendizaje de cada unidad.

•

El Material Informático en Web El material informático publicado en Campus Virtu@l, tiene los contenidos resumidos correspondientes a cada unidad y las autoevaluaciones. Los contenidos en WEB permiten consolidar los conocimientos adquiridos en el texto.

6. Metodología La metodología que se va aplicar se resume a continuación: • •

•

•

Usted deberá estudiar la unidad correspondiente en su texto. En Tecsup Virtu@l encontrará, por cada unidad un repaso, el cual le permitirá reforzar los conocimientos adquiridos en el texto. Usted puede descargar estos repasos en un disquete o disco duro. Por cada unidad existe una Autoevaluación, la cual podrá realizar cuantas veces crea conveniente, hasta que entienda el tema tratado. Es recomendable que realice la autoevaluación terminando de estudiar la unidad correspondiente. Para facilitar el aprendizaje mediante el texto y el material en WEB, se dispone adicionalmente de la ayuda permanente del

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profesor a través de las comunicaciones mediante Tecsup Virtu@l. La estrategia para desarrollar la asignatura involucra el uso del texto de autoaprendizaje, el trabajo, mediante el material en WEB y la ejecución de actividades prácticas en el laboratorio de automatización.

7. Evaluación De acuerdo al Reglamento de Evaluaciones del Programa de Formación Regular, el sistema de evaluación del curso es tipo “C”: Nota Final = 0,20 E1 + 0,20 E2 + 0,60 PB Donde E1 es el Examen 1, E2 es el Examen 2 y Pb es el promedio de laboratorios.

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INDICE 1.

2.

3. 4. 5.

Tableros eléctricos de automatización basados en relés .............. 3 1.1. Introducción .......................................................................... 3 1.2. Objetivos ................................................................................ 4 1.3. Contenidos............................................................................. 4 1.3.1. El tablero eléctrico ........................................ 4 1.3.2. Ventajas y desventajas de los tableros eléctricos ...................................................... 5 1.3.3. El PLC como alternativa al automatismo........ 8 1.3.4. Ventajas de los PLCs respecto a la lógica convencional ................................................ 9 1.3.5. Comparación técnico - económico de automatización con PLC versus equipos convencionales ............................................14 1.4. Resumen............................................................................... 17 Funciones lógicas ............................................................................ 18 2.1. Introducción ........................................................................ 18 2.2. Objetivos .............................................................................. 18 2.3. Contenido ............................................................................ 18 2.3.1. Función lógica y (AND) ..................................... 18 2.3.2. Función lógica o (OR)....................................... 22 2.3.3. Función lógica no (NOT) ................................... 24 2.3.4. Funciones lógicas combinatorias ...................... 26 Preguntas de autocomprobación................................................... 29 Respuestas a las preguntas de autocomprobación ..................... 30 Bibliografía........................................................................................ 30

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1.

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Tableros eléctricos de automatización basados en relés 1.1.

Introducción Todos nosotros, los técnicos que de una u otra manera hemos tenido la oportunidad de reparar o mantener tableros eléctricos, hemos invertido, dependiendo del tipo de falla, poco o mucho tiempo, en función de la complejidad de los equipos, cantidad de ellos y la experiencia del técnico.

Figura 1.1 Planta Industrial

Al terminar este capítulo Ud. estará en condiciones de reconocer otra alternativa de automatización, que permitirá ahorrar tiempo y dinero, sin cambiar las reglas de juego conocidas. Ahora seguro se preguntará, cuál es esa otra alternativa o EQUIPO que debe realizar todas esas funciones complejas de un tablero.

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Para optimizar su aprendizaje contará con un texto, donde encontrará toda la información acerca del PLC, así también los conceptos fundamentales de la programación para que Ud. esté en condiciones de realizar sus prácticas en el laboratorio. Es importante que Ud. lea toda la información proporcionada en el texto correspondiente a cada módulo. Si ha culminado esta primera parte, es recomendable revisar -antes de ir a sus sesiones de laboratorio- su manual de laboratorio. En los días programados para la práctica, Ud. deberá acercarse al laboratorio con su respectivo manual. Este procedimiento de autoaprendizaje deberá realizarlo para cada sesión del curso. 1.2.

1.3.

Objetivos •

Diferenciar las ventajas y desventajas de un tablero eléctrico convencional.

•

Identificar al PLC (Controlador Lógico Programable) como dispositivo electrónico utilizado para la automatización.

•

Diferenciar las ventajas y desventajas del PLC.

•

Comparar un proyecto diseñado a base de lógica convencional y utilizando un PLC.

•

Comparación técnico-económico de automatización con PLC versus equipos convencionales.

Contenidos 1.3.1.

El tablero eléctrico ¿Qué es un tablero eléctrico? Un tablero eléctrico de automatización es aquel que está constituido por equipos electromagnéticos, tales como relés auxiliares, contadores, temporizadores electrónicos, temporizadores neumáticos, etc.

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¿Cuál es su función? Es albergar diferentes dispositivos eléctricos, electrónicos, etc. que gobiernen la lógica y energicen cargas, tales como motores, generadores, máquinas de procesos, etc., o sea, todo aquello que necesite la industria para controlar el funcionamiento de las máquinas. Ud. se preguntará, ¿Hace cuánto tiempo que existen estos dispositivos? Estos datan desde principios de siglo. Sin duda estos equipos aún constituyen, en algunas empresas, el soporte para la automatización de sus procesos industriales, especialmente en países en desarrollo. A continuación se sintetizan las ventajas y desventajas de los tableros eléctricos a base de relés. 1.3.2.

Ventajas y desventajas de los tableros eléctricos Es importante destacar las ventajas y desventajas, para poder compararla con otras alternativas. Ventajas •

La totalidad de sus componentes se pueden adquirir rápidamente.

•

Su estudio, fabricación e instalación es muy difundido desde hace décadas.

•

La adaptación de los responsables del mantenimiento es rápida, debido a que todo es conocido.

•

Se enseña en todas las universidades, institutos técnicos y escuelas técnicas.

•

Existe gran cantidad de material de consulta, tales como libros, revistas, catálogos, separatas, etc., y aprender su lógica resulta sencilla.

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•

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No existen inconvenientes en cuanto al lugar de su instalación, ya que todos los equipos son de ambientes industriales, salvo en aquellas zonas donde puedan existir fugas de gases explosivos.

Desventajas •

El costo de estos tableros es alto, incrementándose de acuerdo al tamaño del proceso a automatizar.

•

Generalmente ocupan mucho espacio.

•

Requiere mantenimiento periódico, debido a que gran parte de sus componentes están constituidos por piezas móviles sujetos a desgaste.

•

Cuando se origina una falla es muy laboriosa su ubicación y reparación.

•

No son versátiles, solamente se les pueden utilizar para una determinada aplicación.

•

Con el tiempo disminuye su disponibilidad, debido al incremento de la probabilidad de fallas.

•

No es posible, con equipos electromecánicos, sensar señales de alta frecuencia, para ello se requiere el apoyo de la electrónica.

•

En tableros grandes el consumo de energía es representativa.

•

No permite una comunicación directa entre todos sus componentes, es necesario hacer varias modificaciones, adquiriendo para ello, equipos de interfases, elevando de esta forma su costo.

¿Qué apariencia tienen?

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Figura 1.2 Tablero eléctrico convencional.

Figura 1.3 Relés auxiliares en un tablero eléctrico convencional.

Claro, con tal cantidad de equipos con que está construido el tablero eléctrico, debe ser tedioso encontrar una falla.

Analizando las desventajas que se han señalado acerca de los tableros eléctricos convencionales, donde para muchas empresas no es tolerable

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aceptar alguna de ellas, es conveniente, sobre todo, en el aspecto económico, discutir su uso. Téngase presente que existe otra alternativa moderna que elimina casi la totalidad de estas desventajas, y por el contrario, disponen de mayor capacidad para realizar más de lo necesario. 1.3.3.

El PLC como alternativa al automatismo Muchos de ustedes, en más de una oportunidad, han escuchado hablar del PLC, o lo que es lo mismo, el CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE, ¿No es así? Pero… ¿Qué es un PLC? El PLC es la denominación dada al Controlador Lógico Programable, y se define como un equipo electrónico inteligente diseñado en base a microprocesadores, que consta de unidades o módulos que cumplen funciones específicas, tales como, una unidad central de procesamiento (CPU), que se encarga de casi todo el control del sistema, módulos que permiten recibir información de todos los sensores y comandar todos los actuadores del sistema, además es posible agregarle otros módulos inteligentes para funciones de pre-procesamiento y comunicación. El PLC es utilizado para automatizar sistemas eléctricos, electrónicos, neumáticos e hidráulicos de control discreto y análogo. Las múltiples funciones que pueden asumir estos equipos en el control, se debe a la diversidad de operaciones a nivel discreto y análogo con que dispone para realizar los programas lógicos sin la necesidad de contar con equipos adicionales. Pero… ¿Es eso todo? … NO Es importante, también, resaltar el bajo costo que representa respecto a una serie de equipos que cumplen las mismas funciones, tales como: relés auxiliares, temporizadores, contadores, algunos tipos de controladores, etc.

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Pero no solamente el PLC está limitado a realizar este trabajo, sino a múltiples funciones avanzadas. A las diversas ventajas que tiene el PLC respecto a la alternativa convencional, se suma la capacidad que tiene para integrarse con otros equipos, a través de redes de comunicación. Esta posibilidad toma, cada día, mayor aceptación en la industria, por su capacidad de comunicarse con otros equipos y por el costo adicional razonable. Son estas las razones que obligan a analizar, antes de tomar una decisión, cuándo se requiere automatizar un sistema; sin duda, hoy en día el PLC representa una buena alternativa para la automatización. 1.3.4.

Ventajas de los PLCs respecto a la lógica convencional Son muchas las ventajas que resaltan, a simple vista, el empleo de los PLCs para automatizar sistemas, desde aplicaciones básicas hasta sistemas muy complejos. Actualmente, su uso es tan difundido que ya no se requiere mucho análisis para decidir qué técnica emplear: si la lógica cableada en base a relés o la lógica programada en base al PLC. Sin embargo, a continuación se fundamenta cada una de estas ventajas, con el propósito que el lector reconozca mejor el panorama. Menor costo Las razones que justifican una mayor economía a la alternativa del uso del PLC, especialmente en aplicaciones complejas, se da porque prescinde del uso de dispositivos electromecánicos y electrónicos, tales como: relés auxiliares, temporizadores, algunos controladores, contadores, etc., ya que estos dispositivos simplemente deben ser programados en el PLC sin realizar una inversión adicional. El costo que implica invertir en los equipos anteriormente señalados, es muy superior al costo del PLC, además de otras ventajas con que cuenta y no son cuantificadas.

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Figura 1.4

Menor espacio Un tablero de control que gobierna un sistema automático mediante un PLC, es mucho más compacto que un sistema controlado con dispositivos convencionales (relés, temporizadores, contadores, controladores, etc.) esto se debe a que el PLC está en capacidad de asumir todas las funciones de control. La diferencia de espacio se hace muy notable, cuando por medios convencionales se cuenta con varios tableros de control. Confiabilidad La probabilidad para que un PLC pueda fallar por razones constructivas es insignificante, exceptuando errores humanos que pueden surgir en algunas partes vulnerables (módulos de salida). Esto se debe a que el fabricante realiza un riguroso control de calidad, llegando al cliente un equipo en las mejores condiciones; además, sus componentes son de estado sólido, con pocas partes mecánicas móviles, haciendo que el equipo tenga una elevada confiabilidad. Versatilidad La versatilidad de estos equipos radica en la posibilidad de realizar grandes modificaciones en el funcionamiento de un sistema automático… con sólo realizar un nuevo programa y mínimos cambios de cableado. Además, es importante

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resaltar, que el tiempo empleado en realizar modificaciones, comparado con la técnica por lógica cableada, es significante. Poco mantenimiento Estos equipos, por su constitución de ser muy compactos, respecto a la cantidad de trabajo que pueden realizar, y además, porque cuentan con muy pocos componentes electromecánicos, no requieren un mantenimiento periódico, sino lo necesario para mantenerlo limpio y con sus terminales ajustados a los bornes y puesta a tierra. Fácil instalación Debido a que el cableado de los dispositivos, tanto de entrada como de salida, se realiza de la misma forma y de la manera más simple, además que no es necesario mucho cableado, su instalación resulta sumamente sencilla en comparación a la lógica convencional, que sí se requiere de conocimientos técnicos avanzados.

Figura 1.5

Compatibilidad con dispositivos sensores y actuadores Actualmente las normas establecen que los sistemas y equipos sean diseñados bajo un modelo abierto, de tal manera que para el caso de los PLCs éstos puedan fácilmente conectarse con cualquier equipo sin importar la marca ni procedencia. Hoy en día, casi todas las marcas de PLCs están diseñadas bajo este modelo. Integración en redes industriales

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El avance acelerado de las comunicaciones obliga a que estos equipos tengan capacidad de comunicarse a través de una red y de este modo trabajar en sistemas jerarquizados o distribuidos, permitiendo un mejor trabajo en los niveles técnicos y administrativos de la planta.

Figura 1.6

Detección de fallas La detección de una falla resulta sencilla porque dispone de leds indicadores de diagnóstico tales como: estado de la CPU, batería, terminales de E/S, etc. Además, mediante el módulo de programación se puede acceder al programa en el modo de funcionamiento y recurrir a la memoria de errores ubicada en la CPU.

Figura 1.7

Fácil Programación Programar los PLCs resulta fácil, por la sencilla razón que no es necesario conocimientos avanzados en el manejo de PCs, solamente es suficiente conceptos básicos. Por otro lado, existen diversas representaciones de programación donde fácilmente el usuario se adapta a la representación

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que mejor se familiariza. Sus instrucciones y comandos son transparentes y entendibles, requiriendo de poco tiempo para lograr ser un experto.

Figura 1.8

Menor consumo de energía Como todos sabemos, cualquier equipo electromecánico y electrónico requiere un consumo de energía para su funcionamiento, siendo dicho consumo representativo cuando se tiene una gran cantidad de ellos; sin embargo, el consumo del PLC es muy inferior, lo que se traduce en un ahorro sustancial. Lugar de la instalación Por las características técnicas que presenta en cuanto a los requisitos que debe cumplir para su instalación, tales como: nivel de temperatura, humedad, ruido, variaciones de tensión, distancias permisibles, etc. fácilmente se encuentra un lugar en la planta dónde instalarlo, aún en ambientes hostiles. Ahora que tiene muy clara sus ventajas, no se olvide de aplicarlas cuando tome una decisión en un proyecto de automatización.

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1.3.5.

Comparación técnico automatización con PLC convencionales

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económico de versus equipos

Como es obvio ahora, es importante demostrar que económicamente es más rentable. Con el objetivo de resaltar las ventajas de los aspectos técnico y económico del PLC, a continuación se comparará los costos aproximados de un supuesto caso de requerimiento de inversión para automatizar un sistema, ya sea empleando la alternativa de una automatización en base a lógica convencional (relés) como también la alternativa en base a lógica programada (PLC). Supongamos que se desea automatizar un sistema de una planta industrial, compuesto de arrancadores directos, estrella-triángulo, resistencias rotóricas, mandos secuenciales, etc. donde son necesarios para su implementación los equipos tal como se detalla en las tablas siguientes, tanto para la alternativa por lógica convencional como para la programada respectivamente. Es importante señalar que solamente se han considerado los equipos representativos en el costo total, no figurando otros, tales como: conductores, terminales, canaletas, cintas de amarre, pernos, etc.

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Requerimientos de equipos para un sistema automatizado por relés

Costo US$ No

Descripción

Cantidad

Unitario

Total

1

Contactor

100

60

6 000

2

Relé térmico

47

70

3 290

3

Relé auxiliar

52

25

1 300

4

Temporizador (on-delay)

47

80

3 760

5

Contador electromecánico

3

40

120

6

Pulsadores NA/NC

36

15

540

7

Selector

10

20

200

8

Seccionador

16

40

640

9

Lámpara de señalización

24

18

432

10

Fusible y portafusible

140

25

3 500

11

Transformador aislador 220/220V

3

150

450

12

Tablero 2 200 x 1 000 x 500mm

3

800

2 400

TOTAL

22 632

Tabla 1.1

La zona sombreada de la tabla anterior, indican los equipos que no se requieren o es necesario en una cantidad inferior cuando se automatiza mediante un PLC, ya que los dispositivos de lógica vienen integrados en el PLC.

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Requerimientos de equipos para un sistema automatizado por PLC

Costo US$ No

Descripción

1

PLC

2

Contactor

3

Cantidad 1

Unitario

Total

3 500

3 500

100

60

6 000

Relé térmico

47

70

3 290

4

Pulsador NA/NC

36

15

540

5

Selector

10

20

200

6

Seccionador

16

40

640

7

Lámpara de señalización

24

18

432

8

Fusible y portafusible

140

25

3 500

9

Transformador aislador

1

150

150

1

150

150

10 Tablero 1 000 x 500 x 200

TOTAL

18 402

Tabla 1.2

Observe que los equipos que proporcionan las señales de entrada (sensores), los equipos que proporcionan las señales de salida (actuadores) y otros como de protección, son los mismos para ambos casos de automatización. Por consiguiente, si evaluamos los costos variables representados por los dispositivos de lógica, cantidad de transformadores aisladores y cantidad de tableros, representa una diferencia de US$ 3 930 de ahorro, un 17% aproximadamente del monto total para este caso particular. Los márgenes de ahorro pueden ser mayores para algunos sistemas de regulación tales como controladores, etc. que también pueden ser asumidos por un PLC. Por otro lado, desde el punto de vista técnico, un PLC además de reemplazar relés, temporizadores, contadores, etc., se le pueden programar otras funciones que no podrían realizarse con lógica convencional, permitiendo automatizar sistemas muy complejos, además entre otras ventajas tenemos: un fácil diagnóstico ante fallas, poco

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mantenimiento, reducido espacio instalación, poco cableado, etc.

para

su

En conclusión, con el uso del PLC se logran ventajas técnicas y económicas, inclusive para sistemas no muy complejos, donde el nivel de ahorro lo determina el sistema, siendo mayor cuando es necesario utilizar muchos dispositivos de lógica convencional.

Figura 1.9 Comparación técnico - económica.

1.4.

Resumen El tablero eléctrico convencional es aquel donde se ubican los contactores, los relés, los temporizadores, los contadores, etc. Muchos de estos equipos, como los relés, temporizadores, contadores, existen en gran cantidad, dependiendo de la complejidad del proceso a automatizar. El PLC es un equipo electrónico que cumple las funciones de lógica en la automatización, reemplazando el trabajo de los relés, temporizadores, contadores, etc. además de muchas funciones adicionales de gran potencia.

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Actualmente el PLC es utilizado mundialmente por todas las ventajas que cumple, y por lo tanto, es importante su conocimiento. En otras palabras: ¡es el equipo IDEAL!

Figura 1.10

2. Funciones lógicas 2.1.

Introducción En esta siguiente parte, veremos la secuencia a seguir para resolver una aplicación de programación utilizando el PLC. Aquí desarrollaremos las dos funciones básicas más importantes: la función AND y la función OR. Observe Ud. la secuencia que se sigue, porque esa será la metodología a usar en todas las sesiones de sus laboratorios.

2.2.

Objetivos • •

2.3.

Verificar los modos de representación de un programa mediante el PLC. Identificar las diferentes etapas a seguir en la solución de una aplicación.

Contenido 2.3.1.

Función lógica y (AND) Está función lógica tiene una equivalencia eléctrica tal como se muestra en el siguiente circuito eléctrico:

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S1Q

S2Q

K1M

Figura 1.11

¿Cómo funciona este circuito? Bien, es correcto, para que el contactor K1M se active, será necesario que se presionen simultáneamente los pulsadores S1Q y S2Q, o sea, ambos pulsadores deben estar presionados para cerrar circuito. Ahora, cuando programemos al PLC, tendremos que ingresar un programa, tal que cuando se ejecuten estas acciones de presionar ambos pulsadores, el PLC tendrá que verificarlo y mandar a activar la bobina K1M. A continuación explicaremos cómo se resuelve un programa mediante el PLC, que será un modelo para que Ud. proceda durante todas sus sesiones de laboratorio respetando la secuencia… entonces ponga mucha atención.

Figura 1.12

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Lo primero que tiene que hacer es: Realizar su lista de ordenamiento, esto es, una tabla donde indique la relación de simbologías entre la representación eléctrica y los operandos. Un solo es un operando? Un operando representa la ubicación del sensor o actuador cableado en el PLC, así: I 0,1 La letra “I” significa INPUT, se trata de una entrada. El número “0”, significa que el módulo de entrada se encuentra en la posición adyacente a la CPU, o que se trata de un PLC compacto (se verá en otra sesión) donde en un solo bloque están incluidas la CPU y módulos de Entrada / Salida. Finalmente el número “1” representa el terminal de conexión en el módulo de entrada del sensor. Una lista de ordenamiento tiene las siguientes partes: Designación

Descripción

Operando

Tabla 1.3

Con el ejemplo veremos cómo se llena esta tabla. Luego se procederá representaciones: • •

a

programar

en

Diagrama de contactos. Plano de funciones.

Al final se realizará el diagrama de conexiones. Tenga presente siempre esta secuencia. Para el circuito eléctrico se pide:

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dos


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1 2 3 4

Lista de ordenamiento Diagrama de contactos Plano de funciones Diagrama de conexiones Tabla 1.4

1. Lista de ordenamiento Entradas DESIGNACIÓN DESCRIPCIÓN S1Q Pulsador N.A. S2Q Pulsador N.A.

OPERANDO I0,1 I0,2

Tabla 1.5

Salidas DESIGNACIÓN DESCRIPCIÓN K1M Contactor principal

OPERANDO O2,1

Tabla 1.6

2. Diagrama de contactos I0,1

I0,2

O2,1

Figura 1.13

Interpretación: “Para que la salida O0,1 del PLC se active, será necesario que el PLC verifique que exista una señal en I0,1 Y en I0,2”. 3. Plano de funciones I0,1

& I0,2

O2,1 Figura 1.14

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Interpretación: “Para que la salida O2,1 del PLC se active, será necesario que el PLC verifique que exista una señal en I0,1 y en I0,2”. 4. Diagrama de conexiones

INPUT

S1Q

OUTPUT

0

0

1

1

2

2

PLC

3

S2Q

3

4

4

5

5

6

6

7

7

Figura 1.15

2.3.2.

Función lógica o (OR) Análogamente a la función “Y”, veremos la solución de la función “O”. CIRCUITO ELÉCTRICO EQUIVALENTE

S2Q

S1Q

H1H

Figura 1.16

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K1M


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Se pide: 1 2 3 4


1. Lista de ordenamiento Entradas DESIGNACIÓN DESCRIPCIÓN S1Q Pulsador N.A. S2Q Pulsador N.A.

OPERANDO I0,1 I0,2

Tabla 1.8

Salidas DESIGNACIÓN DESCRIPCIÓN HIH Lámpara señalizadora

OPERANDO O2,1

Tabla 1.9


O2,1

I0,2

Figura 1.17

Interpretación: “Para que la salida O2,1 del PLC se active, será necesario que el PLC verifique que exista una señal en I0,1 O en I0,2”.

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3. Plano de funciones I0,1

I0,2

O2,1

Figura 1.18

Interpretación: “Para que la salida O2,1 del PLC se active, será necesario que el PLC verifique que exista una señal en I0,1 O en I0,2”. 4. Diagrama de conexiones

INPUT

S1Q

OUTPUT

0

0

1

1

2

2

3

S2Q

PLC

3

4

4

5

5

6

6

7

7

Figura 1.19

2.3.3.

Función lógica no (NOT) En este caso se tiene: CIRCUITO ELÉCTRICO EQUIVALENTE

S1Q

H1H

Figura 1.20

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HIH


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Se pide: 1 2 3 4


1. Lista de ordenamiento En este ejemplo usaremos un direccionamiento normalizado de acuerdo a la IEC 61131. Entradas DESIGNACIÓN DESCRIPCIÓN S1Q Pulsador N.A.

OPERANDO %I0,1

Tabla 1.11


OPERANDO %Q2,1

Tabla 1.12

2. Diagrama de contactos %I0,1

%Q2,1

Figura 1.21

Interpretación: “Para que la salida %Q2,1 del PLC se active, será necesario que el PLC verifique que no exista una señal en %I0,1”.

Página 25


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3. Plano de funciones %I0,1

%Q2,1

Figura 1.22

Interpretación: “Para que la salida %q2,1 del PLC se active, será necesario que el PLC verifique que NO exista una señal en %I0,1. 4. Diagrama de conexiones

INPUT 0

0

1

1

2

2

3

S1Q

OUTPUT

PLC

HIH

3

4

4

5

5

6

6

7

7

Figura 1.23

2.3.4.

Funciones lógicas combinatorias Las funciones lógicas combinatorias son la combinación de funciones básicas, por ejemplo se tiene: CIRCUITO ELÉCTRICO EQUIVALENTE

S1Q

S3Q

S2Q

S4Q

S5Q

K 1M

Figura 1.24

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Se pide: 1 2 3 4


1. Lista de ordenamiento En este ejemplo usaremos un direccionamiento normalizado de acuerdo a la IEC 61131 Entradas DESIGNACIÓN S1Q S2Q S3Q S4Q S5Q

DESCRIPCIÓN Pulsador N.A. Pulsador N.A. Pulsador N.A. Pulsador N.A. Pulsador N.A.

OPERANDO %I0,1 %I0,2 %I0,3 %I0,4 %I0,5

Tabla 1.14


OPERANDO %Q2,1

Tabla 1.15

2. Diagrama de contactos %I0,1

%I0,2

%I0,3

%I0,4

%Q2,1

%I0,5

Figura 1.25

Página 27


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Interpretación: “Para que la salida %Q2.1 del PLC se active, será necesario que el PLC verifique que exista una señal en %I0.1” Y en %I0.2, O en %I0.4 Y, en %I0.3 O %I0.4. 3. Plano de funciones %I0,1

&

%I0,2 %I0,3

%Q2,1

%I0,5

&

%I0,4

Figura 1.26

Interpretación: “Para que la salida %Q2,1 del PLC se active, será necesario que el PLC verifique que se cumpla la lógica combinatoria correspondiente. 4. Diagrama de conexiones

INPUT

OUT PUT

0

0

1

1

2

2

S1Q S2Q 3 S3Q

PLC

3

4

4

5

5

6

6

7

7

S4Q S5Q

Figura 1.27

NOTA: En los siguientes laboratorios emplearemos esta metodología para resolver las aplicaciones propuestas. ☺

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Ahora estás en condiciones de programar esta aplicación en tu laboratorio.

HIH


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3. Preguntas de autocomprobación 1. Si Ud. justifica que el uso del PLC es otra alternativa a la automatización de sistemas automatizados, conteste a la siguiente pregunta: Suponga que el costo de un PLC es US$ 300, un temporizador US$ 80 y el relé auxiliar US$ 30. Además, es necesario utilizar en un proyecto 3 temporizadores y 5 relés auxiliares. En estas circunstancias ¿Se justifica su uso? SÍ

NO

¿Por qué? ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… 2. Identifique si los siguientes dispositivos, que son conectados al PLC, son de entrada o de salida: DISPOSITIVO Contactor. Pulsador de emergencia. Lámpara. Termostato. Alarma. Interruptor final de carrera.

¿ENTRADA O SALIDA? Salida.

Entrada.

3. ¿Podría destacar alguna otra desventaja del tablero eléctrico con lógica cableada? ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… 4.

¿Qué significa “confiabilidad” en un PLC? ………………………………………………………………………

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……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… 4. Respuestas a las preguntas de autocomprobación 1. Sí. Costo de los temporizadores : 3 x 80 = 240 Costo de los relés : 5 x 30 = 150 Costo total : 390 Costo de un PLC : 300 Por lo tanto, se justifica el uso del PLC. 2. DISPOSITIVO Contactor. Pulsador de emergencia. Lámpara. Termostato. Alarma. Interruptor final de carrera.

¿ENTRADA O SALIDA? Salida. Entrada. Salida. Entrada. Salida. Entrada.

3. Mayores costos por mantenimiento. 4. Que la probabilidad para que un PLC pueda fallar por razones constructivas es insignificante. 5. Bibliografía •

Automatización con S5-115U. Autómatas Programables. Simatic S5. Siemens. 365 p.

•

Manual CPU 100/102/103. Simatic S5. Siemens.

•

Controladores Lógicos Programables… una alternativa a la automatización moderna. Elmer Ramirez Q. Concytec. 405 p. 1997.

Página 30

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Arquitectura y funciones de memoria Agosto 2007

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INDICE 1.

Arquitectura del PLC .................................................................. 3 1.1. Introducción .................................................................... 3 1.2. Objetivos ......................................................................... 3 1.3. Contenidos....................................................................... 3 1.3.1. 1.3.2. 1.3.3. 1.3.4. 1.3.5. 1.3.6. 1.3.7.

1.4.

Programación: memorias internas................................. 17 1.4.1.

1.5.

Página 2

Prensa hidráulica ................................................ 18

Programación: memorias SET / RESET ....................... 21 1.5.1.

1.6. 1.7. 1.8.

Estructura básica de un PLC ............................... 3 Fuente de alimentación ........................................ 4 Unidad de procesamiento central (C.P.U.) ................................................................... 5 Módulos o interfases de entrada y salida (E/S) ............................................................ 7 Módulos de salida analógica ............................. 13 Módulos de memoria ......................................... 14 Unidad de programación................................... 16

Arranque directo de un motor eléctrico .......... 22

Resumen ........................................................................ 24 Preguntas de autocomprobación ................................. 25 Respuestas a las preguntas de autocomprobación......... 26

Arquitectura y funciones de memoria

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1. Arquitectura del PLC 1.1.

Introducción Los profesionales técnicos deben saber identificar las partes que componen el PLC, para su mejor manejo y para efectuar un diagnóstico eficaz de las fallas. En este segundo módulo, usted aprenderá los conceptos necesarios para el reconocimiento del PLC y se reconocerán los principios de su funcionamiento. Se le invita a leer atentamente el siguiente texto para que usted esté en condiciones de identificar cada una de las partes que conforman el PLC.

1.2.

1.3.

Objetivos •

Identificar las partes constitutivas del PLC.

•

Reconocer el principio de funcionamiento de cada una de las partes.

•

Utilizar el PLC para el control de componentes.

Contenidos 1.3.1.

Estructura básica de un PLC Un controlador lógico programable está constituido por un conjunto de módulos o tarjetas (circuitos impresos), en los cuales están ubicados los componentes electrónicos que permiten su funcionamiento. Cada una de las tarjetas cumple una función específica. Algunos PLC tienen una cubierta o carcaza, llamada comúnmente “rack”, que viene a ser un bastidor donde se alojan las tarjetas en forma ordenada, que por lo general están comunicadas. El controlador programable tiene una estructura muy semejante a los sistemas de programación, como el computador, cuya estructura física (hardware) está constituido por:

Fuente de alimentación. Unidad de procesamiento central (CPU).

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Módulos o interfases de entrada/salida (E/S). Módulos de memoria. Unidad de programación. En algunos casos cuando el trabajo que debe realizar el controlador es más exigente, se incluyen: Módulos inteligentes. En la figura 2.1, se muestra el diagrama de bloques de un automatismo gobernado por PLC, y a continuación se describe, con mayor detalle, cada una de las partes del controlador programable.

Figura 2.1 Diagrama de bloques de un PLC gobernando un proceso.

1.3.2.

Fuente de alimentación La función de la fuente de alimentación en un controlador, es suministrar la energía eléctrica a la CPU y demás tarjetas según la configuración del PLC. En los circuitos interiores de una fuente de alimentación se transforma la tensión alterna de la red a tensión continua, en niveles que garanticen el funcionamiento del hardware del PLC.

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A la fuente de alimentación también se le conoce como la fuente de poder: Power Supply.

Figura 2.2 Fuente de alimentación para un PLC modular Simatic S5 (Cortesía de Siemens)

Todas las fuentes están protegidas contra cortocircuitos mediante fusibles, que muy fácilmente pueden ser reemplazados en caso de una avería. 1.3.3.

Unidad de procesamiento central (C.P.U.) Es la parte más compleja e imprescindible del controlador programable, en otros términos, podría considerarse el cerebro del controlador. La unidad central está diseñada en base a microprocesadores y memorias. Las memorias son del tipo ROM y RAM. La memoria ROM (Read Only Memory): es una memoria de lectura, que permanece fija en el CPU, contiene el sistema operativo con que opera el controlador, NO SE BORRA. La memoria RAM (Random Access Memory): memoria de acceso aleatorio, es una memoria volátil y fácil de modificarla. En la memoria RAM se ubican: ⇒ La memoria del usuario.

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⇒ ⇒ ⇒ ⇒

Los temporizadores. Los contadores. Los bits o memorias internas. Base de datos.

Sobre los que detallaremos más adelante, en otros módulos.

Figura 2.3 Unidades de procesamiento central: Telemecanique (TSX 87-40 y TSX 107-40) (Cortesía de Telemecanique)

La CPU al igual que para las computadoras, se pueden clasificar de acuerdo a la capacidad de su memoria y las funciones que puedan realizar, además de su velocidad de procesamiento. El tiempo de lectura del programa está en función del número y tipo de instrucciones, y por lo general es del orden de los milisegundos. Este tiempo tan pequeño significa, que cualquier modificación de estado en una entrada, modifica casi instantáneamente el estado de una señal de salida.

Figura 2.4

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1.3.4.

Módulos o interfases de entrada y salida (E/S) Los módulos de entrada o salida son las tarjetas electrónicas que proporcionan el vínculo entre la CPU del controlador programable y los dispositivos de campo del sistema. A través de ellas se origina el intercambio de información, ya sea con la finalidad de adquirir de datos, o para el mando o control de las máquinas presentes en el proceso.

Figura 2.5

Los dispositivos de campo de entrada más utilizados son: los interruptores, los finales de carrera, termostatos, pulsadores, sensores de temperatura, entre otros. Los dispositivos de campo de salida más utilizados son: los contactores principales, las lámparas indicadoras y los reguladores de velocidad. Los módulos de entrada, transforman las señales de entrada a niveles permitidos por la CPU. Mediante el uso de un acoplador óptico, los módulos de entrada aíslan eléctricamente el interior de los circuitos, protegiéndolo contra tensiones peligrosamente altas, los ruidos eléctricos y señales parásitas. Finalmente, filtran las señales procedentes de los diferentes sensores ubicados en las máquinas. Los módulos de salida, permiten que la tensión llegue a los dispositivos de salida. Con el uso del acoplador óptico y con un relé de impulso, se asegura el aislamiento de los circuitos electrónicos del controlador, y se transmiten las órdenes hacia los actuadores de mando. Tipos de módulos de entrada y salida

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Debido a que existen una gran variedad de dispositivos exteriores (sensores y actuadores), encontramos diferentes tipos de módulos de entrada y salida, cada uno de los cuales sirve para manejar cierto tipo de señal (discreto o análogo) a determinado valor de tensión o corriente en DC o AC. a)

Módulos de entrada discreta

Estas tarjetas electrónicas se usan como enlace o interfases entre los dispositivos externos, denominados también sensores, y la CPU del PLC. Estos sensores son los encargados de leer los datos del sistema, que para este caso sólo son del tipo discreto, además, tienen la característica de comunicar los dos estados lógicos: activado o desactivado, o lo que es lo mismo, permitir el paso o no de la señal digital (1 ó 0). Los sensores pueden ser del tipo manual (pulsadores, conmutadores, selectores, etc.) o del tipo automático (finales de carrera, detectores de proximidad inductivos o capacitivos, interruptores de nivel, etc.).

Figura 2.6 Pulsador

En la figura siguiente, se presentan los circuitos eléctricos equivalentes y elementales de los módulos de entrada discreta para DC y AC respectivamente. Ambos tipos de interfase tienen el mismo principio, a diferencia que los de alterna incluyen una etapa previa de rectificación.

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Figura 2.7

Figura 2.8

Circuitos equivalentes de las interfases de entrada discreta en DC y AC

Módulos de entrada discreta de la familia Simatic-S5 (Cortesía de Siemens) Figura 2.9

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b) Módulos de salida discreta Al igual que los módulos de entrada discreta, estos módulos se usan como interfase entre la CPU del controlador programable y los dispositivos externos (actuadores), en la que sólo es necesario transmitirle dos estados lógicos, activado o desactivado. Los actuadores que se conectan a estas interfases pueden ser: contactores, relés, lámparas indicadoras, electroválvulas, displays, anunciadores, etc.

Figura 2.10

Módulos de salida discreta tipo transistor Su principio de funcionamiento es a base de transistores, lo que significa una constitución íntegramente en estado sólido con características para trabajar en corriente continua (DC) de larga vida útil y con bajo nivel de corriente.

Figura 2.11 Circuito equivalente de una interfase de salida discreta en DC (Tipo transistor)

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Módulos de salida discreta tipo triac Estas interfases funcionan mediante la conmutación de un Triac, son igualmente en estado sólido y se usan para manejar señales en corriente alterna.

Figura 2.12 Circuito equivalente de una interfase de salida discreta en AC (Tipo TRIAC)

Módulos de salida discreta tipo relé Estos módulos a diferencia de los anteriores, están compuestos por dispositivos electrónicos y un micro relé electromagnético de conmutación. Su campo de acción le permite trabajar en AC y DC y con diferentes niveles de tensión, con la ventaja de manejar corrientes más elevadas pero con el inconveniente de una corta vida útil debido al desgaste de la parte móvil de los contactos.

Durante su funcionamiento estos módulos se caracterizan respecto a los de estado sólido, por el reconocible sonido de los contactos de conmutación que emiten los micro-relés.

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Figura 2.13 Circuito equivalente de una interfase de salida discreta en AC (Tipo Relé)

c)

Módulos de entrada analógica

Los módulos de entrada analógica son tarjetas electrónicas que tienen como función, digitalizar las señales analógicas para que puedan ser procesadas por la CPU. Estas señales analógicas que varían continuamente, pueden ser magnitudes de temperaturas, presiones, tensiones, corrientes, etc. A estos módulos, según su diseño, se les puede conectar un número determinado de sensores analógicos. A estos terminales de conexión (2), se les conoce como canales. Existen tarjetas de 4, 8, 16 y 32 canales de entrada analógica. Es importante señalar, que cualquier magnitud analógica que se desea procesar a través de los módulos de entradas analógicas, tiene que estar representada por una señal de tensión, corriente o resistencia; este trabajo es realizado por el mismo sensor o a través de un transductor (dispositivo que transforma cualquier parámetro físico, químico y biológico en una magnitud eléctrica). Estos módulos se distinguen por el tipo de señal que reciben, pudiendo ser de tensión (mV) o de corriente (mA) los que se encuentran dentro de ciertos rangos estandarizados. Los más difundidos son: Señal de corriente: 0-20 mA, 4-20 mA, ±10 mA Señal de tensión: 0-10V, 0-5V, 0-2V, ±10V

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La ventaja de trabajar con señales de corriente y no con señales de tensión, radica en que no se presentan los problemas del ruido eléctrico y de caída de tensión.

Figura 2.14 Módulo de entrada analógica (Cortesía Siemens)

1.3.5.

Módulos de salida analógica Estos módulos son usados cuando se desea transmitir hacia los actuadores análogos señales de tensión o de corriente que varían continuamente. Su principio de funcionamiento puede considerarse como un proceso inverso al de los módulos de entrada analógica. Las señales analógicas de salida son de dos tipos, señales de corriente y señales de tensión. Dentro de los valores estandarizados tenemos: Señal de corriente: 0-20mA, 4-20mA, ± 20 mA Señal de tensión: 0-10V, ± 10V

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Figura 2.15 Módulo de salida análogo (Cortesía de Telemecanique)

1.3.6.

Módulos de memoria Son dispositivos electrónicos enchufables en la CPU, destinados a guardar información de manera provisional o permanente. Se cuentan con dos tipos de memorias, volátiles (RAM) y no volátiles (EPROM Y EEPROM), según requieran o no de energía eléctrica para la conservación de la información. La capacidad de memoria de estos módulos se diseñan para diferentes tamaños, las más típicas son: 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256 Kb, y más, excepcionalmente. A continuación se detalla los diferentes tipos: a)

Memoria ram (Random Access Memory)

Este tipo de memoria sirve para almacenar el programa del usuario durante su elaboración y prueba, donde es posible modificarlo constantemente. El contenido de la memoria RAM, es volátil, es decir, su contenido se pierde si el suministro de energía proporcionado por la fuente de alimentación se desconecta. Por consiguiente, para evitar perder la información ante fallas del suministro, es necesario salvaguardarlo mediante una batería de larga duración enchufable en la CPU, estas

Página 14

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baterías están disponibles para todos los tipos de controladores y tienen una duración que varía entre 2 a 5 años, dependiendo del tipo de CPU. Es importante por consiguiente, que esta batería se mantenga en perfectas condiciones durante todo el tiempo de funcionamiento del PLC. b) Memoria EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) Es un módulo de memoria enchufable del tipo no volátil, es decir, la información contenida se conserva aún cuando se pierde el suministro de energía. Se utiliza normalmente para guardar programas definitivos ya probados y debidamente depurados, además pueden ser transportados y utilizados en cualquier controlador de su marca y tipo. Para grabar este módulo es necesario utilizar aparatos de programación destinados también, para este propósito, mientras que para borrarlos deben ser sometidos a rayos ultravioletas durante 15 a 45 minutos. Por lo tanto, se requiere de una unidad para la escritura y otra para el borrado.

Figura 2.16 Módulo de memoria EPROM de 8 Kb Cortesía de Siemens)

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c)

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Memoria EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)

Este módulo tiene las mismas características que el módulo EPROM, con la única diferencia que el borrado se realiza eléctricamente, es por ello que se denomina memoria de sólo lectura, eléctricamente programable y borrable. Para estos tipos de módulos, los aparatos de programación realizan las dos funciones, tanto de programación como de borrado. 1.3.7.

Unidad de programación Los aparatos de programación denominados también terminales de programación, son el medio de comunicación entre el hombre y la máquina, a través de la escritura y lectura; con estos terminales podemos realizar la modificación, monitoreo, forzado, diagnóstico y la puesta a punto de los programas. Estos aparatos están constituidos por un teclado y un dispositivo de visualización, donde el teclado muestra todos los símbolos (números, letras, instrucciones, etc.) necesarios para la escritura del programa y otras acciones anteriormente señaladas. El visualizador o pantalla pone a la vista todas las instrucciones programadas o registradas en memoria. Los aparatos de programación son una herramienta importante y necesaria para el diálogo con el PLC, pero físicamente independiente, las cuales nos permiten:

Página 16

•

Escribir a través de una lista de instrucciones o mediante un método gráfico los programas, así como modificarlos o borrarlos de manera total o parcial.

•

Leer o borrar los programas contenidos en la memoria RAM de la CPU, o también de las memorias EPROM o EEPROM.

•

Simular la ejecución de las instrucciones del programa a través del forzado de las entradas o salidas.


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•

Detectar y visualizar las fallas del programa o fallas originadas en los dispositivos de campo de entrada o salida.

•

Visualizar en todo momento el estado lógico de los dispositivos de entrada y accionadores (en tiempo real).

•

Realizar la transferencia de los programas contenidos en la memoria RAM o EPROM, a los diferentes periféricos, tales como: discos magnéticos o impresora.

Figura 2.17 Programador tipo computadora

1.4.

Programación: memorias internas Continuando con la programación, ahora veremos otra herramienta muy usadas en la solución de aplicaciones industriales ¿Qué es una memoria interna?

Figura 2.18

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Una memoria interna es aquella donde se puede almacenar los resultados provenientes de las combinaciones de entradas y salidas y, este valor almacenado, puede tomar diferente denominaciones tales como: Bits (B) Marca (M) Bandera (F), etc. Una memoria interna se considera desde el punto de vista técnico, como una salida virtual, esto quiere decir que físicamente no activa una salida como un contactor, sino, es un dato que se encuentra almacenado en la memoria y puede tomar los valores de 0 y 1. Sus ventajas se reflejan en: • •

Simplifica la solución de los problemas. Rápido diagnóstico de fallas, etc.

La interpretación del funcionamiento será más clara cuando desarrollemos el siguiente ejemplo: 1.4.1.

Prensa hidráulica Descripción tecnológica Automatizar una prensa hidráulica, de modo que sólo pueda funcionar cuando la rejilla protectora esté cerrada (S3 y S4). Además deberán haberse presionado dos pulsadores (S1 y S2), y el pistón se encuentre en su posición inicial (S5). Si durante el descenso del pistón, la rejilla de abre o se deja de presionar cualquiera de los dos pulsadores, el pistón se detiene instantáneamente. Cuando el pistón llega al límite inferior (S6), inmediatamente inicia su retorno al límite superior. Durante su retorno, la rejilla protectora puede abrirse y dejar de presionar los pulsadores. Todos los pulsadores e interruptores de final de carrera están normalmente abiertos en su estado de reposo.

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ESQUEMA TECNOLÓGICO

S5

S6 Y1

Y2

S2

S1

S3

S4

Figura 2.19

Se pide: 1 2 3 4


1. Lista de ordenamiento Entradas DESIGNACIÓN

S1 S2 S3 S4 S5 S6

DESCRIPCIÓN

Pulsador N.A. Pulsador N.A. Interruptor final de carrera N.A. Interruptor final de carrera N.A. Interruptor final de carrera N.A. Interruptor final de carrera N.A.

OPERANDO

I0,1 I0,2 I0,3 I0,4 I0,5 I0,6

Tabla 2.2

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Salidas DESIGNACIÓN DESCRIPCIÓN Y1 Bobina de electroválvula Y2 Bobina de electroválvula 2

OPERANDO O2,1 O2,2

Tabla 2.3


I0,2

I0,3

B1

I0,5

I0,6

I0,4

B1

O2,1

O2,1

I0,6

I0,5

O2,2

O2,2

Figura 2.20

3. Plano de funciones I0,1 I0,2 I0,3 I0,4

& B1

I0,5

B1

&

O2,1

I0,6

O2,1

I0,6

&

O2,2 I0,5

Figura 2.21

Página 20

O2,2


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4. Diagrama de conexiones

INPUT

OUTPUT

0

0

1

1

2

2

Y1

S1Q Y2

S2Q 3 S3Q

PLC

3

4

4

5

5

6

6

7

7

S4Q S5Q

S6Q

Figura 2.22

1.5.

Programación: memorias SET / RESET El principio de funcionamiento denominada SET / RESET consiste:

de

esta

memoria

Con la presencia de una señal discreta del tipo permanente (interruptor, conmutador, etc.) o mediante un pulso por el lado Set de la función, se produce una memorización de la salida; esto significa que dicha salida queda activada permanentemente, aún cuando está señal desaparezca después, siempre y cuando por el lado del Reset no se active la señal que lo afecta. Cuando se desea borrar la memorización de la salida, es decir dasactivarlo, será necesario aplicarle por el lado del reset de la función la condición lógica 1 a través de la entrada que lo afecta. Solamente es necesario, al igual que para el set aplicar un pulso. Finalmente, si existiera la simultaneidad de señales tanto por el lado set como reset, la activación de la salida se producirá o no, conforme estén ordenadas las instrucciones de set y reset en la función; esto significa, que si el set esta primero que el reset, la salida no se activa, y si la orden de reset está primera que la del set la salida se activa. Para una mejor compresión del tema, explicaremos mediante un ejercicio como se aplica la función set / reset.

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Figura 2.23

1.5.1.

Arranque directo de un motor eléctrico Descripción tecnológica Se desea arrancar un motor eléctrico trifásico en directo que cuenta con: • Relé térmico de protección contra sobrecarga. • Pulsadores de arranque y parada. Circuitos Control

Figura 2.24

Página 22

Fuerza

Figura 2.25


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Se pide: 1 2 3 4


1. Lista de ordenamiento Entradas DESIGNACIÓN DESCRIPCIÓN F1F Relé térmico N.C. S2Q Pulsador de parada N.C. S3Q Pulsador de arranque N.A.

OPERANDO I0,0 I0,1 I0,2

Tabla 2.5

Salidas DESIGNACIÓN DESCRIPCIÓN K1M Contactor principal

OPERANDO O2,1

Tabla 2.6

2. Diagrama de contactos O2,1

I0,2

S O2,1

I0,0

R I0,1

Figura 2.26

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3. Plano de funciones I0,2

S

I0,0 O2,1

R

I0,1

Figura 2.27

4. Diagrama de conexiones

INPUT

F1F S1Q

OUTPUT

0

0

1

1

2

2

S2Q 3

PLC

3

4

4

5

5

6

6

7

7

Figura 2.28

1.6.

Página 24

Resumen •

Las partes de un PLC son: fuente de alimentación, unidad de procesamiento central, módulos o interfases de entrada y salida, unidad de programación y módulo de memoria.

•

La fuente de alimentación es aquella que proporciona de energía a todas las partes del PLC para su funcionamiento.

•

La CPU es la que se encarga de gobernar todo el funcionamiento del PLC, según el programa de aplicación que el usuario ingrese.

K1M


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1.7.

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•

Los módulos de entrada y salida son las tarjetas electrónicas que establecen el vínculo entre la CPU y los dispositivos de campo del sistema.

•

La unidad de programación permite ingresar los programas y realizar diagnóstico de fallas.

•

Los módulos de memoria guardan los programas sin necesidad de energía permanente, realizan un trabajo semejante a los diskettes.

•

Una memoria interna (bit) es aquella donde se puede almacenar los resultados intermedios provenientes de las combinaciones de entradas y salidas.

•

La función set/reset es aquella que puede activar una salida en forma permanente con sólo un pulso en una entrada, y se puede desactivar dicha salida con otro pulso en otra entrada de desactivación.

Preguntas de autocomprobación 1. ¿Cuáles son los elementos que dispositivos de campo del sistema: • • • • •

se

consideran

Contactor. Temporizador. CPU. Interruptor pulsador. Módulos de entrada y salida.

Respuestas: …………………………………………………………….... ………………………………………………………………. 2. ¿A qué parte del PLC se le considera como un medio de comunicación entre el hombre y la máquina? Respuestas: ……………………………………………………………..... …………………………………………………………..…….

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3. ¿A qué tipo de memoria se le considera memoria volátil y de fácil modificación? Respuestas: ……………………………………………..………….………..... ………………………………………………….…………..……. 4. ¿Qué tipo de módulo de salida puede trabajar con señales AC y DC? Respuestas: ……………………………………………..………….………..... ………………………………………………….…………..……. 1.8.

Respuestas a las preguntas de autocomprobación 1. Contactor e interruptor pulsador. 2. A la unidad de programación. 3. A la memoria RAM. 4. Módulo de salida discreta tipo relé.

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Tecsup Virtu@l Configuración y Temporizadores


Configuración y temporizadores

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INDICE 1.

Sistemas de configuración........................................................... 3 1.1. Introducción .................................................................... 3 1.2. Objetivos ......................................................................... 3 1.3. Contenidos....................................................................... 4 1.3.1. 1.3.2. 1.3.3.

2. 3. 4.

Configuración: plc compacto............................... 4 Configuración: PLC modular .............................. 6 Configuración: PLC compacto-modular............ 8

1.4. Resumen .......................................................................... 9 Temporizadores......................................................................... 10 Preguntas de autocomprobación ............................................... 12 Respuestas a las preguntas de autocomprobación..................... 13

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1. Sistemas de configuración 1.1.

Introducción El profesional técnico que tiene la responsabilidad de seleccionar el PLC, debe conocer los tipos de controladores que se fabrican, evitando comprar equipos que en corto tiempo agoten su capacidad de trabajo, o en caso contrario, se sobredimensionen, adquiriendo equipos que por algunos años no utilizarán gran parte de su capacidad, invirtiendo cantidades prohibitivas que hoy en día, de acuerdo a las técnicas modernas de gestión empresarial, no se permiten.

Figura 3.1

Es importante, por consiguiente, conocer las ventajas y desventajas de estos tipos de PLCs para seleccionarlos en las aplicaciones que más se adapten a sus necesidades, para conseguir el punto óptimo de tecnología y economía.

Figura 3.2

1.2.

Objetivos •

Diferenciar los tipos de configuraciones del PLC: compacto, modular y compacto-modular.

•

Programar la función del temporizador en el PLC.

Página 3

Configuración y temporizadores Agosto 2007

1.3.

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Contenidos A continuación se describen los tipos o configuraciones de los PLC en general. 1.3.1.

Configuración: plc compacto Son aquellos PLCs que utilizan poco espacio en su construcción y reúnen en la estructura básica del hardware todas las tarjetas electrónicas que describimos anteriormente, tal como la fuente de alimentación, la CPU, la memoria y las interfases de E/S. Las principales ventajas que presentan estos PLC compactos, denominados así por su tamaño, son: • • • • • •

Más económicos dentro de su variedad. Menor espacio por su construcción compacta. Su programación es bastante sencilla. No requiere conocimientos profundos para su selección. Fácil instalación. Soportan contingencias extremas de funcionamiento tales como, temperaturas <60°C, fluctuaciones de tensión, vibraciones mecánicas, humedad, etc.

Actualmente se diseñan equipos, que por su tamaño reducido, pero con características de funcionamiento cada vez más complejos, son denominados Nano-PLC1 para la marca Telemecanique, Micrologix 10002 para la marca Allen Bradley, etc. Por otro lado, su bajo costo permiten ser los más solicitados del mercado, utilizándose, inclusive, en las “viviendas inteligentes”. Algunos consideran que utilizar esta configuración ya es rentable cuando reemplazan a unos cinco relés, por encima de él se abre toda una variedad de tareas. Su uso

Nano PLC TSX07 Telemecanique dimensiones (105 x 85 x 60) mm.

1

2

con

Micrologix 1000 (1761- L16 BWA) Allen Bradley con dimensiones (120 x 80 x 73) mm.

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radica en aplicaciones simples y en numerosos sectores, siendo los más comunes: • • • • • • • • •

Arrancadores de motores. Mando de bombas. Máquinas de embolsado. Mando de compuertas. Centros de formación. Calefacción, climatización, ventilación. Embotelladoras. Transporte. Sistemas automáticos de equipos, etc.

En las figuras siguientes se muestran el TSX 07 y el TSX 17-20 de la marca Telemecanique.

Figura 3.3 Controlador Lógico Programable Compacto: TSX 07 (Cortesía de Telemecanique)

Figura 3.4 Controlador Lógico Programable Compacto: TSX 17 - 20 (Cortesía de Telemecanique)

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1.3.2.

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Configuración: PLC modular Son aquellos PLCs que pueden ser configurados (armados) de acuerdo a las necesidades, para “armar” al PLC utilizamos las tarjetas (o módulos) electrónicos estudiados anteriormente, logrando mayor flexibilidad. Cada configuración es diferente, según la tarea de automatización. Cuando se decide instalar PLC modulares, hay que seleccionar cada uno de los componentes, empezando, en primer lugar, por el cerebro del PLC, esto es, la unidad central (CPU), ellos varían de acuerdo a la capacidad de memoria del usuario, tiempo de ejecución y software requerido, en otras palabras, de acuerdo a la complejidad de la tarea o tareas de automatización. En segundo lugar, hay que tener presente el tipo y cantidad de módulos de Entrada/Salida (E/S) digitales y análogas, módulos inteligentes, etc., de acuerdo a los requerimientos. En tercer lugar, la fuente de alimentación, según la potencia que consume la CPU, módulos de E/S, periféricos, más módulos futuros. Y finalmente, el tamaño del rack, conociendo de antemano todos los módulos involucrados y pensando también en expansiones futuras. En la página siguiente se muestra una tabla comparativa que resume algunos datos técnicos de los PLC modulares existentes en el mercado local: Valores comparativos de tres marcas de PLC en configuración modular

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MARCA

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PROCEDENCIA

CPU

CAPACIDAD DE MEMORIA (Kb)

SCAN * TIME (ms/Kb)

SIEMENS

103

20

10

(Simatic)

102

4

15

100 5/03 5/02

2 24 4

75 1 4,8

5/01 341

4 80

8 0,3

334

16

0,4

313/323

6

0,6

ALLENBRADLEY

SERIE

SLC-500

GE

90-30

FANUC

Tabla 3.1

•

Tiempo de ejecución, en promedio, para 1K de instrucciones con aproximadamente 65% de operaciones binarias y 35% de operaciones del tipo palabra.

Las ventajas y desventajas de la configuración modular son:

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•

Son más caros que los compactos y varían de acuerdo a la configuración del PLC.

•

Las ampliaciones se hacen de acuerdo a las necesidades, por lo general, se incrementan los módulos de E/S discreto o analógico.

•

En caso de avería, puede aislarse el problema, cambiando el módulo averiado sin afectar el funcionamiento del resto.

•

Utiliza mayor espacio que los compactos.

•

Su mantenimiento requiere de mayor tiempo.

Las aplicaciones que se pueden desarrollar con estos tipos de PLC son más versátiles: van desde pequeñas tareas, como los del tipo compacto, hasta procesos muy sofisticados. La figura siguiente muestra un tipo de PLC en configuración modular:

Figura 3.5 Simatic S5 - 100U (Cortesía Siemens)

1.3.3.

Configuración: PLC compacto-modular Una configuración compacto-modular está constituida, básicamente, por un PLC del tipo compacto, que se ha expandido a través de otros módulos, por lo general, entradas y salidas discretas o analógicas, módulos inteligentes, etc. El uso de las expansiones se debe a que la unidad básica que contiene la CPU, generalmente está diseñada con pocas E/S, y cuando la aplicación a automatizar contiene muchos sensores y

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actuadores, es necesario ampliar el controlador, utilizando solamente módulos de E/S gobernados por la misma unidad básica. Esta configuración destaca por las siguientes características: •

Son más económicos que los PLC de tipo modular.

•

La selección es sencilla ya que la CPU está seleccionada.

•

Soportan contingencias funcionamiento.

•

Su programación es fácil, donde solamente se debe tener en cuenta el direccionamiento de las instrucciones, según la unidad de extensión a la que se refiere.

extremas

de

Figura 3.6 TSX 17-20 en configuración compacto-modular (Cortesía Telemecanique)

1.4.

Resumen 1. Existen tres tipos de configuraciones del PLC: • • •

Compacto. Modular. Compacto-modular.

2. El PLC compacto reúne todas las partes del PLC en un sólo bloque. 3. El PLC modular divide sus partes en módulos para ser armados según los requerimientos del usuario. 4. El PLC compacto - modular es una combinación de compacto y el modular.

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2. Temporizadores Los temporizadores son funciones de programación que permiten el control de acciones específicas en función del tiempo.

Figura 3.7

Tipos: TON: ON-DELAY (temporizador con retardo a la conexión) TOF: OFF-DELAY (temporizador con retardo a la desconexión) TP: MONOESTABLE

Figura 3.8

Por otro lado, la cantidad de temporizadores que se podrá programar con el PLC dependerá de su tamaño. A continuación, desarrollaremos un ejemplo donde se explica claramente cómo programar un temporizador del tipo ON-DELAY. Figura 3.9

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Descripción tecnológica Se desea activar un motor accionado por un contactor (K1M), el motor debe funcionar al cabo de 10 segundos de haber cerrado el selector S1Q. CIRCUITO ELÉCTRICO L1

S1Q

K1T

10s K1M

K1T

L2

Figura 3.10

Se pide: 1 2 3

Lista de ordenamiento Diagrama de contactos Plano de funciones Tabla 3.2

1. Lista de ordenamiento Entradas DESIGNACIÓN DESCRIPCIÓN OPERANDO S1Q Interruptor selector on - off I0,1 Tabla 3.3

Salidas DESIGNACIÓN K1M

DESCRIPCIÓN Contactor principal

OPERANDO O2,1

Tabla 3.4

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2. Diagrama de contactos

Figura 3.11

3. Plano de funciones

Figura 3.12

3. Preguntas de autocomprobación 1. El PLC que Ud. está usando en su laboratorio ¿De qué tipo es? Respuestas: ………………………………………………………………………….... ……………………………………………………………………………. 2. Señale dos aplicaciones para el uso del PLC compacto. Respuestas: ………………………………………………………………………….... ……………………………………………………………………………. 3. Señale dos desventajas del PLC modular. Respuestas: ………………………………………………………………………….... …………………………………………………………………………….

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4. Respuestas a las preguntas de autocomprobación 1. Compacto. 2. Arrancadores de motores y mando de bombas. 3. Son más caros que los compactos y ocupan mayor espacio.

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Selección de PLCs y Contadores

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INDICE 1.

Reglas de evolución .................................................................... 3 1.1. Objetivo........................................................................... 3 1.2. Contenido ........................................................................ 3 1.2.1. 1.2.2. 1.2.3. 1.2.4. 1.2.5. 1.2.6. 1.2.7. 1.2.8. 1.2.9.

2.

1.3. Resumen ........................................................................ 10 Contadores................................................................................. 10 2.1. Introducción .................................................................. 10 2.2. Objetivos ....................................................................... 11 2.3. Contenido ...................................................................... 11 2.3.1. 2.3.2.

3. 4.

Fuente de alimentación ........................................ 3 Unidad de procesamiento central (C.P.U.)........ 4 Entradas discretas ................................................. 6 Salidas discretas .................................................... 7 Entradas / salidas analógicas............................ 7 Módulos inteligentes ............................................ 8 Lenguaje de programación .................................. 8 Sistema de configuración ..................................... 9 Soporte técnico ...................................................... 9

Definición ............................................................. 11 Tipos de contadores............................................ 12

2.4. Aplicación del contador ................................................ 14 2.5. Resumen ........................................................................ 15 Preguntas de autocomprobación ............................................... 16 Respuestas a las preguntas de autocomprobación..................... 17

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Selección de PLCs y contadores

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1. Reglas de evolución 1.1.

Objetivo •

1.2.

Identificar los criterios para seleccionar al PLC de acuerdo a ciertos requerimientos.

Contenido A continuación, se especifica los diferentes criterios para seleccionar un PLC: 1.2.1.

Fuente de alimentación Para la fuente de alimentación es necesario tener presente los siguientes datos técnicos •

Tipo de corrie AC / DC

Figura 4.1

•

Nivel de tensión valor nominal: (Vn) margen admisible: (0,85......1.2) Vn

Figura 4.2

•

Potencia admisible expresado en (W)

Figura 4.3

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•

Frecuencia de la red valor nominal: (50/60 Hz) margen admisible: ± 5%

Figura 4.4

•

Capacidad de corriente de entrada a (....V): (A) de salida (usuario) a (....V): (A)

Figura 4.5

•

Condiciones ambientales temperatura: ( °C ) humedad ( % )/sin condensación

Figura 4.6

•

Índice de protección (IP...)

Cuando se estima la potencia de la fuente, se debe considerar los consumos de las siguientes cargas. • • • • • 1.2.2.

CPU. Módulos E/S (discreta/análoga). Módulos inteligentes. Ampliaciones futuras. Otros.

Unidad de procesamiento central (C.P.U.) Del mismo modo, cuando se selecciona la CPU, debemos tener presente:

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•

La capacidad de memoria Total: (Kb) Interna RAM: (Kb) o (instrucciones) Módulos de memorias: EPROM/EEPROM

Figura 4.7

•

Tiempo de ejecución (SCAN TIME) de cada operación binaria : (µs) de cada operación tipo palabra : (µs) de una operación mixta: 35% binarias + 65% palabras (µs)

En cada caso éstos varían según el fabricante.

Figura 4.8

•

Tiempo de vigilancia de ciclo perro guardián: (ms)

Figura 4.9

•

Cantidad de E/S discretas

•

Cantidad de E/S análogas

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•

Cantidad de memorias internas Total remanentes no remanentes

•

Cantidad de temporizadores

Figura 4.10

•

Cantidad de contadores Reloj-calendario Algoritmo de regulación PID Canales de comunicación Posibilidad de integración a red

Figura 4.11

Con estos datos la CPU debe satisfacer los requerimientos del sistema actual y a futuro. 1.2.3.

Entradas discretas Al seleccionar los módulos de entrada, es conveniente tener presente:

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•

La cantidad de entradas discretas

•

El tipo de corriente AC / DC

•

El nivel de tensión nominal (V)

•

La intensidad de corriente (MA)


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•

La temperatura ambiente admisible ( °C )

Es recomendable usar entradas discretas en DC por razones de seguridad y económicas en lugar de entradas en AC.

Figura 4.12

1.2.4.

Salidas discretas Del mismo modo para las salidas discretas:

1.2.5.

•

La cantidad de salidas discretas

•

El tipo de corriente AC / DC (Tipo: transistor, relé o triac)

•

El nivel de tensión valor nominal: (V) margen admisible: (....@....)

•

Valores más usuales: 24 VDC, 110/115 VAC, 220/230 VAC.

•

Capacidad admisible de corriente: (mA, A) potencia: (W)/DC, (VA)/AC

•

Condiciones ambientales de temperatura ( °C )

Entradas / salidas analógicas •

Cantidad de entradas/salidas analógicas

•

Tipo de señal en corriente : (mA) / (0-20)mA, (4-20)mA, etc. en tensión : ( V ) / (0-2) V, (0-5) V, (0-10) V, ± 10V, etc.

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•

Resistencia de entrada ( MΩ ), (entradas análogas)

•

Resistencia de carga (Ω), (salidas análogas)

•

Resolución (Nº de bits + signo) / 8, 12, 16 bits

Figura 4.13

1.2.6.

•

Tiempo de escrutinio (ms / 50Hz, ms / 60Hz)

•

Corriente/tensión de entrada máxima (mA/V), (entradas análogas)

•

Corriente de cortocircuito (mA), (salidas análogas)

admisible

Módulos inteligentes Se tienen de diferentes tipos tales como: • • • • • •

1.2.7.

Módulo de temporizadores. Módulo de contadores. Módulo de regulación PID. Módulo de posicionamiento. Controlador de motores paso a paso. Módulos de comunicación, etc.

Lenguaje de programación Cada fabricante tiene su propio lenguaje de programación, cuya representación varía de acuerdo a la marca, así tenemos:

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• • • •

Lista de instrucciones. Texto estructurado. Plano de funciones y Diagrama escalera o diagrama de contactos.

Esta última representación es la más difundida en la mayoría de PLCs, pudiendo tener ciertas funciones que no están presentes en las otras o viceversa. Se debe evaluar que el lenguaje de programación tenga capacidad para programar fundamentalmente lo requerido por el sistema, así por ejemplo: • • • • • • • •

1.2.8.

E/S analógicas. Registrador de datos. Secuenciadores. Operaciones aritméticas: +, - , x , ÷, √ Comparadores: >, <, ><, ≥ , ≤ , = Saltos. Algoritmos PID. etc.

Figura 4.14

Sistema de configuración Es importante, también, tener presente los sistemas de configuración, tal como se estudio en el módulo 3: • • •

1.2.9.

Configuración compacta. Configuración modular. Configuración compacto-modular.

Soporte técnico Esta parte es de gran importancia, ya que el fabricante o distribuidor debe dar toda la garantía para una máxima disponibilidad del equipo y del servicio del futuro; para ello debe disponer: •

De repuestos: la totalidad de las partes y accesorios de preferencia.

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•

De catálogos y manuales

•

Del servicio técnico de: mantenimiento programación

•

Asesoramiento en caso de ser requerida

Figura 4.15

1.3.

Resumen Los criterios técnicos para la selección del PLC son: • • • • • • •

Fuente de alimentación. C.P.U. Entradas y salidas discretas. Entradas y salidas analógicas. Módulos inteligentes. Lenguajes de programación. Sistemas de configuración.

Además del criterio técnico es importante tener en cuenta el soporte técnico. 2. Contadores 2.1.

Introducción Trataremos sobre los contadores desde el punto de vista de programación. El contar eventos es muy necesario en una gran cantidad de aplicaciones.

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Figura 4.16

2.2.

2.3.

Objetivos •

Reconocer el principio de funcionamiento del contador en la programación.

•

Implementar en el PLC aplicaciones con contadores.

Contenido 2.3.1.

Definición En la programación es muy utilizada la operación del contador, para resolver muchas aplicaciones. Pero… ¿Qué es un contador? Un contador es una función de cómputo que permite efectuar la cuenta de acontecimientos o de impulsos. La cuenta se puede programar en forma progresiva (ascendente) o regresiva (descendente). La operación de conteo consiste en incrementar 1 al contenido del contador, mientras que la operación de descuento consiste en decrementar 1 al contenido del contador, ambos al presentarse un pulso o un acontecimiento. La función del contador, permite activar salidas o memorias internas, en el momento que su registro de conteo coincide con el valor presente previamente definido. Por otro lado si el registro es diferente al valor de presente la salida asociada al contador no se activara. Es importante señalar, que la cantidad de contadores que se pueden programar con el PLC,

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depende del tamaño de éste, pudiendo ser desde 16 hasta miles. A continuación se muestran los 3 tipos de contadores que se pueden encontrar en los PLC. 2.3.2.

Tipos de contadores a) CTU Contador Ascendente

Figura 4.17

Descripción General: CU RESET PV CV Q

Incrementa en 1 con un flanco. Coloca el valor corriente a 0. VALOR PRESET. VALOR CORRIENTE. Output, es TRUE si CV = PV (CTU).

CU, RESET y Q son de tipo BOOL; PV y CV son de tipo INT. Significa: Si esta RESET entonces CV=0; Pero si esta CU entonces CV:= CV + 1; Q es TRUE si CV >= PV b) CTD Contador Descendente

Figura 4.18

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Descripción General: CD Decrementa en 1con un flanco. LOAD Carga el VALOR CORRIENTE con el valor del PRESET. PV VALOR PRESET. CV VALOR CORRIENTE. Q Output, es TRUE si CV = 0 (CTUD). CD, LOAD y Q son de tipo BOOL; PV y CV son de tipo INT. Significa: Si esta LOAD entonces CV = PV; Pero si esta CD entonces CV = CV - 1; Q es TRUE si CV <= 0. CTUD Contador Ascendente y descendente

Figura 4.19

Descripción General: CU Incrementa en 1 con un flanco. CD Decrementa en 1 con un flanco. RESET Coloca el valor corriente a 0. LOAD Carga el VALOR CORRIENTE con el valor del PRESET. PV VALOR PRESET. CV VALOR CORRIENTE. Q Output, es TRUE si CV = PV (CTU), es TRUE si CV = 0 (CTD). QU Output, es TRUE si CV = PV (CTUD). QD Output, es TRUE si CV = 0 (CTUD).

CU, CD, LOAD, RESET, QU y QD son de tipo BOOL; PV y CV son de tipo INT.

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Significa: Si esta RESET entonces CV = 0; Si esta LOAD entonces CV = PV; Pero si esta CU entonces CV = CV + 1; Pero si esta CD entonces CV = CV - 1; QU es TRUE si CV >= PV QD es TRUE si CV <= 0. Para una mejor comprensión del principio de funcionamiento veremos el desarrollo de un ejemplo:

2.4.

Aplicación del contador Descripción tecnológica Se desea contabilizar eventos cuando se activa una entrada S1Q, así mismo decrementar con la señal de entrada S2Q. Por otro lado, es preciso resetear a cero el contador cada vez que aparece la señal S0Q. Contemplar una entrada S3Q para que se pueda cargar al contador un valor preseteado de 10. Finalmente, una lámpara H1H se encenderá cuando el contador tenga en su registro contabilizado 10 eventos. Se pide: 1 2 3

Lista de ordenamiento Diagrama de contactos Plano de funciones Tabla 4.1

1. Lista de ordenamiento Entradas DESIGNACIÓN DESCRIPCIÓN S0Q S1Q S2Q S3Q

Botón Botón Botón Botón

pulsador pulsador pulsador pulsador

Tabla 4.2

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N.A. N.A. N.A. N.A.

OPERANDO I0,0 I0,1 I0,2 I0,3


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Salidas DESIGNACIÓN H1H

DESCRIPCIÓN Lámpara de señalización

OPERANDO Q2,1

Tabla 4.3

2. Diagrama de contactos

Figura 4.20

3. Plano de funciones

Figura 4.21

2.5.

Resumen •

El contador es una función de computo, que sirve para registrar eventos o sucesos.

•

Existen 3 tipos de contadores CTU, CTD, CTUD.

•

EL tipo de variables que se usan son Boleanas y las variables tipo enteros son los valores de cuenta y de preset del contador.

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Selección de PLCs y Contadores Agosto 2007

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3. Preguntas de autocomprobación 1. ¿Es importante tener presente la potencia admisible de la fuente de alimentación del PLC? Respuestas: ………………………………………………………………………….... ……………………………………………………………………………. 2. ¿Es indiferente que a un módulo de entrada diseñada para DC se le conecte una entrada en AC? Respuestas: ………………………………………………………………………….... ……………………………………………………………………………. 3. ¿En qué caso se puede elegir un PLC compacto? Respuestas: ………………………………………………………………………….... ……………………………………………………………………………. 4. Si se desea programar una aplicación, como por ejemplo una playa de estacionamiento donde se desea contabilizar los carros que ingresan y salen, ¿Usted necesariamente utilizaría un contador o temporizador? Respuestas: ………………………………………………………………………….... ……………………………………………………………………………. 5. ¿Que el tipo de variable es la entrada CU en el contador? Respuestas: ………………………………………………………………………….... ……………………………………………………………………………. 6. ¿Que el tipo de variable es la entrada PV en el contador?

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Respuestas: ………………………………………………………………………….... ……………………………………………………………………………. 7. ¿Puedo colocar el valor 34 en la pata de entrada RESET del contador CTUD? Respuestas: ………………………………………………………………………….... ……………………………………………………………………………. 4. Respuestas a las preguntas de autocomprobación 1. Sí, porque no es lo mismo que la fuente alimente una tarjeta de entrada y otra de salida, que un PLC tenga una fuente para alimentar 20 tarjetas entre entradas y salidas. 2. No, Porque como se vio en el circuito equivalente de estos módulos en DC, necesitan la parte de rectificación para que puedan recibir tensión en AC. 3. Para aplicaciones pequeñas, donde se requiera gobernar unas cuantas entradas y salidas. 4. Un contador. 5. Es una variable tipo BOOL, boleana. 6. Es una variable tipo INT, entero. 7. No se puede, pues 34 es un entero y la variable que corresponde en esa pata, es una boleana.

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INDICE 1.

Programación en carta de funciones secuenciales (GRAFCET). 3 1.1. Introducción .................................................................... 3 1.2. Objetivos ......................................................................... 3 1.3. Contenidos....................................................................... 4 1.3.1. 1.3.2. 1.3.3. 1.3.4. 1.3.5. 1.3.6.

1.4. 1.5. 1.6.

Página 2

Tratamiento del programa grafcet...................... 7 Representación de los elementos del grafcet .... 9 Reglas de evolución ............................................ 12 Grafcet con secuencia lineal............................... 14 Grafcet con secuencia exclusiva........................ 16 Grafcet con secuencias simultáneas ................. 18

Resumen ........................................................................ 19 Preguntas de autocomprobación ................................... 20 Respuestas a las preguntas de autocomprobación......... 21

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1. Programación en carta de funciones secuenciales (GRAFCET) 1.1.

Introducción Hasta la unidad anterior, aprendió a programar mediante:

Diagrama de contactos y Plano de funciones. Estas formas de programación son, actualmente, las más difundidas. Adicionalmente existe otra alternativa cuyo principio de funcionamiento es diferente, pero con más ventajas y potencialidades porque utiliza menos tiempo en la solución de aplicaciones; especialmente en los proyectos secuenciales.

Figura 5.1

Otro de los aspectos en lo que estamos comprometidos, cuando una empresa comienza a tomar decisiones de implementación de PLCs, es seleccionar dicho equipo. En el presente módulo trataremos también sobre los principales criterios de selección, que se basan en datos técnicos de hardware y software del PLC, y que en algunos casos son suficientes para cubrir una gran cantidad de aplicaciones del tipo general. 1.2.

Objetivos

Identificar al Grafcet como otra alternativa de programación. Diferenciar las partes y secuencias de la programación. Aplicar las reglas de programación, según el tipo de secuencia.

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1.3.

Contenidos El Grafcet1 denominado también Carta de Funciones Secuenciales (SFC), es un método gráfico de programación que permite describir, representar e interpretar fácilmente las funciones de los automatismos secuenciales. El Grafcet, considerado como una excelente herramienta de representación, tiene las siguientes características:

Utiliza una simbología sencilla y clara, sea ésta: eléctrica, electrónica, electroneumática, hidráulica o las combinaciones de las anteriores. Es comprensible por cualquier persona, aún con pocos recursos especializados.

Figura 5.2

Es de fácil enfoque y emplea el menos tiempo en la solución de aplicaciones industriales que cualquier otra representación.

Figura 5.3

Permite detectar las fallas en los sensores y los actuadores del modo más rápido, cómodo y fácil, sin requerir conocimientos avanzados ni práctica en infórmatica.

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Grafcet: Gráfico de mando Etapa – Transición.

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Figura 5.4

Es un excelente medio de documentación por su claridad para expresar el funcionamiento de los automatismos.

Figura 5.5

Todo mando secuencial se desarrolla en un conjunto de etapas, separadas unas de otras por transiciones. La relación Etapa - Transición es un conjunto indisociable. En la Figura 5.6, se presenta un diagrama funcional del Grafcet, donde se puede interpretar fácilmente las funciones propias del automatismo.

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Figura 5.6 Diagrama funcional del Grafcet

En el diagrama anterior se observan diferentes términos, los que a continuación se definen: Las ETAPAS corresponden a sucesos concretos de todo proceso de automatización y está asociado a las acciones. Las ACCIONES son los resultados de las órdenes de ejecución correspondiente a la(s) etapa(s), así por ejemplo pueden ser: el arranque de un motor, el accionamiento de una electroválvula, el encendido de una alarma, etc. Gráficamente se representa por un cuadrado numerado interiormente. Una etapa en un Grafcet puede permanecer en uno de dos estados : Activa o Inactiva. Si una etapa está activa, entonces su respectiva acción se ejecuta, en caso contrario, la acción no se ejecuta.

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Las TRANSICIONES indican las posibilidades de evolución entre etapas. Cada transición está asociada a una condición lógica denominada receptividad. La RECEPTIVIDAD se define como la condición lógica, la cual puede depender de una o más variables de entrada, salida o memorias internas, pudiendo ser discretas o analógicas. Gráficamente se representa mediante un corto trazo horizontal cortando la línea que une a dos etapas. Las etapas logran su actividad a través de las transiciones y para ello es necesario que se cumplan las siguientes condiciones : • •

La etapa anterior esta activada. La receptividad de la transición asociada a dicha etapa está en 1.

Cumplidas estas condiciones se dice que la transición esta flanqueada, es decir, la etapa anterior quedará inactiva al mismo tiempo que la etapa posterior se activa y su acción asociada se ejecuta. Los ENLACES ORIENTADOS son líneas horizontales y verticales que indican las vías de evolución del estado del Grafcet a través de la unión de las etapas con las transiciones. Es recomendable evitar los cruces continuos para no incurrir en ambigüedades en la secuencia. 1.3.1.

Tratamiento del programa grafcet Un programa escrito en lenguaje Grafcet comprende tres módulos de procesamiento consecutivos, éstos son : • • •

Módulo de pre-procesamiento. Módulo de procesamiento secuencial y Módulo de post-procesamiento.

El ciclo de escrutinio es tal como se muestra en la Figura 5.7, donde cada etapa realiza un trabajo específico de administración y procesamiento, así tenemos:

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Diálogo con el programador Al comienzo de cada ciclo el sistema procesa las solicitudes del programador, así como el envío o recepción de mensajes. Lectura del estado de las entradas Lee el estado físico de las entradas conectadas al PLC y las memoriza. Módulo de pre-procesamiento El módulo de pre-procesamiento es ejecutado en su totalidad y antes que los módulos secuencial y post-procesamiento. Se usa para programar todos los eventos que tienen una influencia en el desarrollo del programa, éstos pueden ser: • • •

Procesamiento ante un retorno de energía y reinicialización. Diferentes modos de operación. Reseteo o preposicionamiento de etapas.

Módulo de procesamiento secuencial El módulo de procesamiento secuencial define la estructura secuencial de la aplicación y también su interpretación, es decir, la definición de las acciones asociados con las etapas y las condiciones asociadas con las transiciones. Módulo de post-procesamiento El módulo de post-procesamiento es el último módulo ejecutado antes de la actualización de las salidas y es usado para programar las salidas lógicas, incluyendo también: • •

Acciones asociadas o no con las etapas. Administración de las funciones estándares de automatización tales como: temporización, conteo, etc.

Actualización de las salidas Es la etapa final del escrutinio y comprende la actualización del estado físico de las salidas “congeladas” durante el procesamiento.

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Figura 5.7 Ciclo de funcionamiento de un programa Grafcet

1.3.2.

Representación de los elementos del grafcet A continuación se representan los elementos constituyentes del diagrama funcional del Grafcet, así como las diversas posibilidades de tipos de receptividades y acciones asociadas a las etapas.

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Figura 5.8 Representación de los elementos del Grafcet

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1.3.3.

Reglas de evolución Para programar en Grafcet es necesario, además de conocer las funciones que cumplen las etapas, transiciones y uniones orientadas, respetar las reglas básicas de evolución que rigen para el funcionamiento de todo Grafcet, de modo tal que el programador siempre deberá tener presente estas reglas para la ejecución de los programas. A continuación se describen algunas de estas reglas: Regla 1 Para la inicialización del Grafcet se precisa de una etapa quel se active incondicionalmente, ésta es la etapa inicial. Por consiguiente, todo programa desarrollado en Grafcet deberá empezar con una etapa inicial. La etapa inicial se representa duplicando los lados del símbolo de una etapa cualquiera

Etapa inicial

Regla 2 Se dice que una transición está validada, cuando la etapa o todas las etapas precedentes está(n) activa(s). Se dice que una transición está franqueada, cuando: • •

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La transición está validada y La receptividad asociada a la transición es verdadera.

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Figura 5.9 Estados de transición

Regla 3 Cuando se produce el franqueado en una transición, inmediatamente se produce la activación de todas las etapas siguientes y la desactivación de todas las etapas precedentes. Regla 4 Si las condiciones de una etapa ordenan que ésta sea desactivada y activada al mismo tiempo, el resultado final es la activación.

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1.3.4.

Grafcet con secuencia lineal Se denomina Grafcet con secuencia lineal, a las etapas que evolucionan unas a continuación de otras en la dirección en que se encuentran programadas pudiendo en cualquier transición realizar saltos de etapas o repeticiones de secuencias. Además, no existe la posibilidad de evolución por otra dirección formada por etapas diferentes al proceso anterior, sea ésta con direccionamiento exclusivo o direccionamiento simultáneo. La Figura 5.10, muestra la forma como van dispuestas las etapas en cadena y no existe la posibilidad de que dos etapas se encuentren activas en forma simultánea. La secuencia de funcionamiento consiste en lo siguiente : cuando la etapa "1" está activa, ejecuta la acción "1" hasta que se presente la información de la receptividad "t1 - 2", en ese momento la etapa "2" se activa desactivándose a su vez la etapa "1". Del mismo modo se ejecutará la acción "2" hasta que se presente la información de la receptividad "t2-3", desactivándose la etapa "2" y activándose la etapa "3". Así sucesivamente irá progresando el avance de la secuencia hasta llegar nuevamente a la etapa "0" donde estará listo para reiniciar todo el proceso.

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Figura 5.10 Grafcet con secuencia lineal

Salto de etapas y repetición de secuencias Existe la posibilidad de saltar una o varias etapas cuando las acciones a realizar resultan innecesarias. Por el contrario, repetir la secuencia de una o varias etapas también es permitido cuando se cumple en cualquiera de los casos ciertas condiciones preestablecidas.

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Figura 5.11 Salto de etapas (Izquierda) y repetición de secuencias (Derecha)

1.3.5.

Grafcet con secuencia exclusiva Denominado también Grafcet con direccionamiento condicional. Se refiere a los casos cuando existen situaciones dentro del proceso en la que hay que elegir una entre varias opciones de secuencias; es decir, la ejecución de procesos diferentes de acuerdo a las condiciones del sistema o decisiones del operador. Así por ejemplo, en la Figura 5.12, se tienen 3 posibles secuencias de evolución, es decir, si la etapa "4" está activa y :

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• • •

Si la receptividad "t4 - 5 " es verdadera, se ejecutará la secuencia (4 – 5 – 6 – 7 - 13). Si la receptividad "t4 - 8" es verdadera, se ejecutará la secuencia (4 – 8 – 9 - 13). Si la receptividad "t4 - 10" es verdadera, se ejecutará la secuencia (4 – 10 – 11 – 12 - 13).

Figura 5.12 Grafcet con direccionamiento exclusivo

Es importante indicar, que una de estas 3 secuencias deberá ejecutarse, para ello será necesario que solamente una de las 3 receptividades "t4 - 5", "t4 - 8" o "t4 - 10" sea verdadera. Si por el contrario, dos o las tres receptividades son verdaderas simultáneamente, las dos o tres secuencias evolucionarán independientemente. Cuando se desea receptividad exclusiva o prioritaria, es necesario modificar la receptividad a funciones lógicas tal como se muestra en la Figura 5.13. En el caso de receptividad exclusiva, no evolucionará ninguna secuencia cuando se presentan las receptividades "t4 - 5" y "t4 - 7" simultáneamente, mientras que, para la receptividad prioritaria, evolucionará la secuencia

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(4-5) cuando sean verdaderas las receptividades "t4 - 5" y "t4 - 7" simultáneamente.

Figura 5.13 Receptividad exclusiva y prioritaria

1.3.6.

Grafcet con secuencias simultáneas Este es el caso cuando se desea ejecutar secuencias en forma simultánea e independientes unas de otras. Para ello se representará el inicio y su final con dos trazos paralelos, así también una receptividad común que dará inicio a las secuencias simultáneas. En la Figura 5.14, se presenta un Grafcet con dos secuencias simultáneas, donde una vez que la receptividad "ti" es verdadera, automáticamente se activarán las etapas "5" y "9", habilitando a las dos secuencias para su proceso de evolución de modo independiente. Por otro lado, para que la transición hacia la etapa "12" sea franqueada, será necesario que se cumplan dos condiciones : • •

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Las etapas de fin de secuencia "8" y "11" deberán estar activas, y La receptividad "tf" deberá ser verdadera (condición lógica 1)

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Figura 5.14 Grafcet con secuencias simultáneas

1.4.

Resumen 1. La programación mediante la carta de funciones secuenciales (GRAFCET) es un método gráfico, que permite describir, representar e interpretar facilmente las funciones de los automatismos secuenciales. 2. La relación indisoluble.

etapa-transición

es

un

conjunto

3. Las etapas son sucesos concretos y están asociadas a las acciones.

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4. Las acciones son los resultados de las órdenes, por ejemplo la activación de un contactor. 5. Las transiciones indican las posibilidades de evolución entre etapas y está relacionada con una condición lógica , por ejemplo el estado de un pulsador. 6. Los enlaces orientados son líneas verticales y horizontales que indican las vías de evolución del estado del grafcet. 7. Los módulos de procesamiento de un lenguaje grafcet son: • • •

Módulo de pre-procesamiento. Módulo de procesamiento secuencial, y Módulo de post-procesamiento.

8. Se denomina grafcet con secuencia lineal, a las etapas que evolucionan unas a continuación de otras. 9. Se denomina grafcet con secuencia exclusiva, cuando hay que elegir una entre varias opciones de secuencias. 10. Se denomina grafcet con secuencias simultáneas, cuando se ejecuta en forma simultánea varias secuencias. 1.5.

Preguntas de autocomprobación 1. En el ciclo de funcionamiento de un programa grafcet, previo a la ejecución del pre-procesamiento se ejecutan dos acciones, ¿Cuáles son éstas acciones? Respuestas: …………………………………………………………………... ………………………………………………………………..…. 2. Para la inicialización del grafcet se precisa una etapa que se active incondicionalmente, ¿Cuál es ésta etapa?

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Respuestas: …………………………………………………………………... ……………………………………………….………………….. . 3. Un grafcet con secuencia lineal, ¿Puede saltar o retroceder etapas? Respuestas: …………………………………………………………………... …………………………………………………..………………. 4. ¿Cuándo se considera una receptividad exclusiva? Respuestas: …………………………………………………………………... …………………………………………………………..………. 1.6.

Respuestas a las preguntas de autocomprobación 1. Según la figura 5.7 son: • •

Dialogo con el programador y Lectura de entradas.

2. La etapa inicial. 3. Afirmativo y se denomina: • •

Salto de etapas y Repetición de secuencias.

4. Cuando no se desea que evolucionen etapas en simultáneo, para un grafcet con direccionamiento exclusivo, cuando se cumplen las condiciones de la transición en ambas secuencias.

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Controladrores Logicos Programables I

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