curso plc

Tecnología de Producción INTRODUCCIÓN A LOS PLCs ______________ ___________________________ __________________________ _____________ ___________________________ ______________________________ ______________ ________________________________ ____________________________ _______________ __ __ __________________________ _____________ ___________________________________ __________________________________

BREVE HISTORIA

Los PLC's se introdujeron por primera vez en la industria en 1960 aproximadamente. La razón principal de tal hecho fué la necesidad de eliminar el gran costo que se producía al reemplazar el complejo sistema de control basado en relees y contactores. Bedford Associates propuso algo denominado Controlador Digital Modular (MODICON, MOdular DI gital DI gital troler) a un gran fabricante de coches. Otras compañías CON troler) propusieron a la vez esquemas basados en ordenador, uno de los cuales estaba basado en el PDP-8. El MODICON 084 resultó ser el primer PLC del mundo en ser producido comercialmente. El problema de los relés era que cuando los requerimientos de producción cambiaban también lo hacía el sistema de control. Esto comenzó a resultar bastante caro cuando los cambios fueron frecuentes. Dado que los relés son dispositivos mecánicos y poseen una vida limitada se requería una estricta manutención planificada. Por otra parte, a veces se debían realizar conexiones entre cientos o miles de relés, lo que implicaba un enorme esfuerzo de diseño y mantenimiento. Los "nuevos controladores" debían ser fácilmente programables por ingenieros de planta o personal de mantenimiento. El tiempo de vida debía ser largo y los cambios en el programa tenían que realizarse de forma sencilla. Finalmente se imponía que trabajaran sin problemas en entornos industriales adversos. La solución fué el empleo de una técnica de programación familiar y reemplazar los relés mecánicos por relés de estado sólido. A mediados de los 70 las tecnologías dominantes de los PLC eran máquinas de estados secuenciales y CPU basadas en desplazamiento de bit. Los AMD 2901 y 2903 fueron muy populares en el Modicon y PLC's Allen Bradley. Los microprocesadores convencionales cedieron la potencia necesaria para resolver de forma rápida y completa la lógica de los pequeños PLC's. Por cada modelo de microprocesador había un modelo de PLC basado en el mismo. No obstante, el 2903 fué de los más utilizados. Las habilidades de comunicación comenzaron a aparecer en 1973 aproximadamente. El primer sistema fué el bus Modicon (Modbus). El PLC podía ahora dialogar con otros PLC's y en conjunto podían estar aislados de las máquinas que controlaban. También podían enviar y recibir señales de tensión variables, entrando en el mundo analógico. Desafortunadamente, la falta de un estándar acompañado con un continuo cambio tecnológico ha hecho que la comunicación de PLC's sea un maremagno de sistemas físicos y protocolos incompatibles entre si. No obstante fué una gran década para los PLC's. ____________________________________________________________________

Instructor Yul Paradas Telf.: 0426 3512471 [email protected] , [email protected]


En los 80 se produjo un intento de estandarización de las comunicaciones con el protocolo MAP (Manufacturing Automation Protocol) de General Motor's. También fué un tiempo en el que se redujeron las dimensiones del PLC y se pasó a programar con programación simbólica a través de ordenadores personales en vez de los clásicos terminales de programación. Hoy día el PLC más pequeño es del tamaño de un simple relé.

En los 90 han mostrado una gradual reducción en el número de nuevos protocolos, y en la modernización de las capas físicas de los protocolos más populares que sobrevivieron a los 80. El último estándar (IEC 1131-3) intenta unificar el sistema de programación de todos los PLC en un único estándar internacional. Ahora disponemos de PLC's que pueden ser programados en diagramas de bloques, lista de instrucciones y texto estructurado al mismo tiempo. Los PC están comenzando a reemplazar al PLC en algunas aplicaciones, incluso la compañía que introdujo el Modicon 084 ha cambiado al control basado en PC. Por lo cual, no sería de extrañar que en un futuro no muy lejano el PLC desaparezca frente al cada vez más potente PC, debido a las posibilidades que los ordenadores pueden proporcionar

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En los 80 se produjo un intento de estandarización de las comunicaciones con el protocolo MAP (Manufacturing Automation Protocol) de General Motor's. También fué un tiempo en el que se redujeron las dimensiones del PLC y se pasó a programar con programación simbólica a través de ordenadores personales en vez de los clásicos terminales de programación. Hoy día el PLC más pequeño es del tamaño de un simple relé.

En los 90 han mostrado una gradual reducción en el número de nuevos protocolos, y en la modernización de las capas físicas de los protocolos más populares que sobrevivieron a los 80. El último estándar (IEC 1131-3) intenta unificar el sistema de programación de todos los PLC en un único estándar internacional. Ahora disponemos de PLC's que pueden ser programados en diagramas de bloques, lista de instrucciones y texto estructurado al mismo tiempo. Los PC están comenzando a reemplazar al PLC en algunas aplicaciones, incluso la compañía que introdujo el Modicon 084 ha cambiado al control basado en PC. Por lo cual, no sería de extrañar que en un futuro no muy lejano el PLC desaparezca frente al cada vez más potente PC, debido a las posibilidades que los ordenadores pueden proporcionar

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Tecnol gía de Producción INTRODUCCIÓN A L S PLCs _____________________ ________________________________________ __________________ _ _________________ ______________________ _ ___________ __________ __

QUE ES UN PLC? Las siglas LC significa Programmable Logic Controller , que como su propio nombre indica es un controlador lógico progra able. El PLC procesa señales binarias de entrada y las convierte en señales de sal ida, con estas se pueden controlar directamente secuencias mecánica, proc esos fabriles totales o parciales, sistemas transportador, maquinaria ara procesar comida, los líneas de en samblajes de automóvil, usted nombre al ún sistema y probablemente hay un PLC a fuera en el mercado que lo pueda cont rolar. etc. En un sistema d e control industrial tradicional, todos los di spositivos del mando se cablean direct amente cada uno a otro según cómo el sistema se supone que opere. En un sistema d PLC, siempre, el PLC reemplaza la instala ción eléctrica (cableado) entre los disp sitivos. Así, en lugar de conectarse directamente a cada uno de los quipos, todos los equipos se conectan al PLC. Entonces, el programa de control in erno del PLC provee la conexión entre los dispositivos llamada LÓGICA DE CONT OL El program de control es el programa de computadora a lmacenada en la memoria del PLC, qu le dice lo que supuestamente está entrando al sistema del PLC. El sistema usado p or PLC para proporcionar las conexiones de la instalación eléctrica entre dispositiv s se llaman Software. Un PLC o Autómata Programable es un equipo o máquin electrónica, programable, diseñado para controlar en tiempo real y en ambie te industrial procesos secuénciales o col binacionales. Esta definición se está qued ando un poco desfasada, ya que han ap arecido los micro-PLC, destinados a pequeñas necesidades y al alcance de cualquier p ersona. También los PL C se han popularizado en uso de la auto atización de viviendas y edificios (Do mática). Los PLC modenos tienen incorporados, además de las funciones de tratamiento lógico, funci ones de cálculo numérico, de regulación de PI D y de "Servo control".

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Otras definiciones son: "Robot cuyo funcionamiento se desarrolla paso a paso y sin necesidad de intervención humana". "Ordenador lógico electrónico que procesa información o datos de entrada y produce una salida, previamente convertida a una tensión y que fue sumada o multiplicada"

Hasta no hace mucho tiempo el control de procesos industriales se venía haciendo de forma cableada por medio de contactores y relés. Al operario que se encontraba a cargo de este tipo de instalaciones, se le exigía tener altos conocimientos técnicos para poder realizarlas y posteriormente mantenerlas, además cualquier variación en el proceso suponía modificar físicamente gran parte de las conexiones de los montajes, siendo necesario para ello un gran esfuerzo técnico y un mayor desembolso económico. En la actualidad no se puede entender un proceso complejo de alto nivel desarrollado por técnicas cableadas. El computador y los autómatas programables han intervenido de forma considerable para que este tipo de instalaciones se hayan visto sustituidas por otras controladas de forma programada. El Autómata Programable Industrial (API) nació como solución al control de circuitos complejos de automatización. Por lo tanto se puede decir que un API no es más que un aparato electrónico que sustituye los circuitos auxiliares o de mando de los sistemas automáticos. A él se conectan los captadores (finales de carrera, pulsadores,...) por una parte, y los actuadotes (bobinas de contactores, lámparas, pequeños receptores,...) por otra.

CAMPOS DE APLICACIÓN El PLC por sus especiales características de diseño tiene un campo de aplicación muy extenso. La constante evolución del hardware y software amplía constantemente este campo para poder satisfacer las necesidades que se detectan en el espectro de sus posibilidades reales. Su utilización se da fundamentalmente en aquellas instalaciones en donde es necesario un proceso de maniobra, control, señalización, etc., por tanto, su aplicación abarca desde procesos de fabricación industriales de cualquier tipo a transformaciones industriales, control de instalaciones, etc. Sus reducidas dimensiones, la extremada facilidad de su montaje, la posibilidad de almacenar los programas para su posterior y rápida utilización, la modificación o alteración de los mismos, etc., hace que su eficacia se aprecie fundamentalmente en procesos en que se producen necesidades. Un autómata programable suele emplearse en procesos industriales que tengan una o varias de las siguientes necesidades:

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Espacio reducido. Procesos de producción periódicamente cambiantes. Procesos secuenciales. Maquinaria de procesos variables. Instalaciones de procesos complejos y amplios. Chequeo de programación centralizada de las partes del proceso.

Aplicaciones generales: Maniobra de máquinas o Maquinaria industrial de plástico o Máquinas transfer o Maquinaria de embalajes 2. Maniobra de instalaciones: o Instalación de aire acondicionado, calefacción... o Instalaciones de seguridad 3. Señalización y control: o Chequeo de programas o Señalización del estado de procesos 1.

Tal y como dijimos anteriormente, esto se refiere a los autómatas programables industriales, dejando de lado los pequeños autómatas para uso más personal (que se pueden emplear, incluso, para automatizar procesos en el hogar, como la puerta de un cochera o las luces de la casa).

Funciones básicas de un PLC Detección: Lectura de la señal de los captadores distribuidos por el sistema de fabricación. 2. Mando: Elaborar y enviar las acciones al sistema mediante los accionadores y preaccionadores. 3. Dialogo hombre maquina: Mantener un diálogo con los operarios de producción, obedeciendo sus consignas e informando del estado del proceso. 4. Programación: Para introducir, elaborar y cambiar el programa de aplicación del autómata. El dialogo de programación debe permitir modificar el programa incluso con el autómata controlando la maquina. 1.

Funciones Avanzadas 1.

Redes de comunicación: Permiten establecer comunicación con otras partes de control. Las redes industriales permiten la comunicación y el intercambio de datos entre autómatas a tiempo real. En unos cuantos

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milisegundos pueden enviarse telegramas e intercambiar tablas de memoria compartida. Sistemas de supervisión: También los autómatas permiten comunicarse con ordenadores provistos de programas de supervisión industrial. Esta comunicación se realiza por una red industrial o por medio de una simple conexión por el puerto serie del ordenador. Control de procesos continuos: Además de dedicarse al control de sistemas de eventos discretos los autómatas llevan incorporadas funciones que permiten el control de procesos continuos. Disponen de módulos de entrada y salida analógicas y la posibilidad de ejecutar reguladores PID que están programados en el autómata. Entradas- Salidas distribuidas: Los módulos de entrada salida no tienen porqué estar en el armario del autómata. Pueden estar distribuidos por la instalación, se comunican con la unidad central del autómata mediante un cable de red. Buses de campo: Mediante un solo cable de comunicación se pueden conectar al bus captadores y accionadores, reemplazando al cableado tradicional. El autómata consulta cíclicamente el estado de los captadores y actualiza el estado de los accionadores Control de proceso: En esta función el PLC se encarga de cada paso o fase del proceso sea efectuado en el orden cronológico correcto y sincronizado.

Ejemplo Digamos que se supone que un pushbottom controla el funcionamiento de un motor en un sistema del mando tradicional, el pushbottom se cablea directamente al motor. En un sistema de PLC, sin embargo, ambos el pushbottom y el motor se cablean en cambio al PLC. Entonces, el PLC el programa del mando completaría el circuito eléctrico entre los dos, permitiendo el botón para controlar el motor.

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POR QUÉ EL USO DE PLCS?

La ventaja de la LÓGICA DE CONTROL proporcionada por los PLCs es tremenda, de hecho, este es uno de los rasgos más importantes de los mismo aunque al principio hubieron ciertas desventajas. La lógica de control hace que los cambios en el sistema de control sean fáciles y baratos. Si usted quiere que un dispositivo en un sistema con PLC se comporte diferentemente o controlar un elemento del proceso diferente, todo lo que usted tiene que hacer es un cambio en la lógica de control del programa. En un sistema tradicional, hacer estos tipos de cambio involucra físicamente cambios costosos en el cableado entre los dispositivos además del tiempo consumido y los esfuerzos. Ejemplo Digamos que se conectan dos pulsadores, PB1 y PB2, a un PLC. Dos luces pilotos, PL1 y PL2, también se conecta al PLC. La manera estos Dispositivos se conectan es cuando se presiona PB1 enciende la luz piloto PL1 y cuando se presiona PB2 enciende la luz piloto PL2. Digamos que usted quiere cambiar que PB1 controle PL2 y PB2 controla PL1.

En un sistema tradicional, usted tendría que reconectarse el circuito para que el cable del primer pulsador vaya a la segunda luz piloto y viceversa. Sin embargo, siempre que estos dispositivos se conectan a un PLC, hacer este cambio es tan simple solo se hace un pequeño cambio en el programa de control mando. Además de la flexibilidad de la programación, nosotros mencionamos, otras ventajas que ofrece los PLCs sobres los sistemas de control tradicionales. Estas ventajas incluyen: • • • • • • •

• • • •

Alta Confiabilidad Requerimiento de espacios muy pequeños Capacidades de computar Reducción de costos Habilidad de resistir ambientes ásperos Menor tiempo de elaboración de proyectos. Expandabilidad, posibilidad de añadir modificaciones sin costo añadido en otros componentes Menor costo de mano de obra Mantenimiento económico. Posibilidad de gobernar varias máquinas con el mismo autómata. Menor tiempo de puesta en funcionamiento.

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Si el autómata queda pequeño para el proceso industrial puede seguir siendo de utilidad en otras máquinas o sistemas de producción.

Entre los inconvenientes: • •

Adiestramiento de técnicos. Costo.

Hoy en día de los inconvenientes se han hecho nulos, ya que todas las carreras de ingeniería incluyen la automatización como una de sus asignaturas. En cuanto al costo tampoco hay problema, ya que hay autómatas para todas las necesidades y a precios ajustados.

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¿PERO QUE ES EXACTAMENTE UN PLC?

5 Un PLC consiste básicamente en dos elementos: • La U nidad C entral de Proceso (CPU) • Sistema de entradas y salidas

#

4

Descripción

1

Unidad Central de Proceso

2

Fuente de poder

3

Módulos de entradas y salidas digitales

4

Modulas de Entrada y Salida analógica

5

El Rack

3 2

1

La Unidad Central de Proceso La U nidad C entral de Proceso (CPU) es la parte programable del controlador que recupera, descifra, almacena y procesa información. También ejecuta el programa de control almacenado en el la memoria de PLC. En esencia, el CPU es “El cerebro ” de un controlador programable. Muchas de las funciones se asemejan al usado por el CPU de una computadora, excepto que usa instrucciones especiales y codificando para realizar sus funciones. La mayoría de ellos ofrecen varias formas de programación (lenguaje contactos, lenguaje mnemónico o lista de instrucciones, lenguaje de funciones, grafcet, etc). Trabajan según la lógica de 0 y 1, esto es, dos estados para un mismo bit. Normalmente trabajan con bases de 16 bits, del 0 al 15 aunque algunos modernos trabajan con bases de 32 bits. Trabajando con programas digitales puede alcanzarse un ciclo de scan de 10 ms. Con analógicas y un programa normalmente puede llegarse a los 40 ms, mucho mas rápido que cualquier sistema de lectura analógico o válvula de control. El CPU tiene tres partes: El procesador La memoria del sistema La Fuente de poder • • •

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El procesador es la sección del CPU que codifica, decodifica y computa datos. Consta de uno o varios microprocesadores (según fabricante) que se programan mediante un software propio.

La memoria del sistema es la sección del CPU que almacena el programa de control y los datos de los equipos conectados al PLC. La Fuente de poder es la encargada de suministrar la tensión y corriente necesarias tanto al CPU como a las tarjetas de entada y salida, tarjetas de comunicación, tarjetas especiales para operar. La tensión de entrada es normalmente de 110 / 220Vac de entrada y 24 Vdc de salida que es con la que se alimenta al CPU.

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Los Sistema de Entradas / Salidas ( E / S ) Los Sistema de Entradas / Salidas (E / S) es la sección de un PLC a que todos de los dispositivos del campo se conectan. Se puede pensar que el CPU sea el cerebro de los PLC, entonces el sistema de E / S puede pensarse como los brazos y piernas. El sistema de E / S es que la que físicamente lleva el órdenes del mando del programa guardado en el la memoria de PLC. El sistema de E / S consiste en dos partes principales: • El Rack • Los módulos de Entradas / Salidas

El Rack es el elemento es sobre el que se "enchufan" o conectan las tarjetas de entradas y salidas, el CPU, las tarjetas de comunicación, tarjetas especiales para poder intercambiar información con el CPU. Van atornillados a la placa de montaje del armario de control. Puede alojar a un número finito de elementos dependiendo del fabricante y conectarse a otros racks similares mediante un cable pasando a llamarse estos Rack de expansión. El Rack posee unas ranuras donde se conecta cada modulo estas ranuras se tienen el nombre mas conocido en ingles SLOTS, cada uno de estos ya están direcionados por el PLC para poder reconocerlo

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Tecnol gía de Producción INTRODUCCIÓN A L S PLCs _____________________ ________________________________________ __________________ _ _________________ ______________________ _ ___________ __________ __ Los módulos de Entradas / Salidas son dispositivos con erminales de conexión a los que se c onectan todos los dispositivos del campo tan to de entrada como de salida. Juntos, e l Rack y los módulos de E / S forman la inte fase entre los dispositivos del campo y el PLC. Cuando cablea propiamente, cada m dulo de E / S se debe asegurar que est n bien identificado y cableado cada dispositivo s del campo. Estos módulos rea la conexión física entre el equipo del cam po y el PLC. En algún PLCs pequeño , el rack y los módulos de entrada y salida e tán en forma compacta y limitados co o una unidad Todos los disposi ivos del campo conectados a un PLC pueden s r clasificados en uno de dos categorías : Las Entra as • Las Salidas •

Las Entradas son dispositivos que proporcionan una señal, dato o información de los que esta sucediendo en el campo y la transmiten al PLC a estos se le llaman captadores. Ejemplos típicos de entradas (captadores) son los pulsadores, interruptores y disposi tivos, switches de procesos de activación mecánica, magnéticos, re flexivos, fotos sensibles. Básicamente, un dispositivo de entrada le dice al PLC, “Eh, algo está pasando a fue ra y este verifica el exterior para ver cómo afecta el programa del d control y que decisión tiene que tomar. Se pueden diferenciar do tipos de captadores conectables al módulo de entradas: los Pasivos y los Activos.

Los Captadores Pasi os: son aquellos que cambian su estado l ógico, activado no activado, por medio de una acción mecánica. Estos son los Interruptores, pulsadores, finales de ca rera, etc.

Los Captadores Activos son dispositivos electrónicos que necesita n ser alimentados por una tensión para qu varíen su estado lógico. Este es el caso de los diferentes tipos de detectores (Indu ctivos, Capacitivos, Fotoeléctricos). Mucho s de estos aparatos pueden ser alimentados por la p opia fuente de alimentación del autó ata. El que conoce circuito de automatismos industriales realizados po contactores, sabrá que puede utiliz r, como captadores, contactos eléctricamen te abiertos o ____________________ _____________________________________ _________ I structor Yul Paradas Telf.: 0426 3512471 [email protected] , [email protected]

Tecnol gía de Producción INTRODUCCIÓN A L S PLCs _____________________ ________________________________________ __________________ _ _________________ ______________________ _ ___________ __________ __ eléctricamente cerrados dependiendo de su función en el circuito. Si embargo en circuitos automatizados por autómatas, los captadores son generalmente abiertos.

L s Salidas son dispositivos que esperan una señal, dato o informaci ón del PLC para realizar activaciones a los d ispositivos del campo. Las luces, alarmas sonoras, motores, y válvul as, son todos bueno ej mplos de dispositivos de salidas. Estos disp ositivos están puestos, asta que el PLC diga, “Usted necesita encen der ahora” o “Usted mejoraría abierto un poco más a su válvula,” etc . La información enviada por las entradas a la C PU, una vez procesad , se envía al módulo de salidas para que estas sean activadas y a la vez los actuadores que en ellas están co ectados. Según el tipo de proc so a controlar por el autómata, podemos utili zar diferentes módulos de salidas. Existen tres tipos bien diferenciados: - A relés. - A triac. - A transistores.

Salidas a relés. Son usados en circu itos de corriente continua y alterna. Están asados en la conmutación mecánica, or la bobina del relé, de un contacto eléctrico normalmente abierto.

Salidas a Triacs Se utilizan en circuit os de corriente continua y corriente alterna que necesiten maniobras de conmutaci n muy rápidas.



Salidas a Transistores a colector abierto.

El uso del este ipo t de módulos es exclusivo de los circ itos de c.c. Igualmente que en los d Triacs, es utilizado en circuitos que necesiten maniobras de conexión/desconexión m y rápidas.

Conexiones para las s alidas La forma de conectar lo actuadores a los módulos de salidas, depende á del tipo de módulo utilizado. Estos s on algunos ejemplos: ..

EJEMPLO

Un bombillo incandescente de techo y su interruptor de pared correspondiendo son buenos ejemplos cotidianos de entradas y salida. El interruptor de l pared es una entrada que provee una señal para encender la luz. El bombillo inc ndescente de techo espera hasta el int rruptor que envía una señal antes de que enci nda. En esta situación, el interruptor y " el bombillo se conectan al PLC en lu ar de que se conecten directamente entre ellos. Así, cuando usted pase el interr ptor a modo encendido, este enviará su señal de “enciende” al PLC. El PLC enviar una señal al bombillo para que entonces encienda.



Hay dos tipos básicos de entrada y dispositivos del rendimiento: • Discreto • Analógico Los dispositivos discretos son las entradas y salidas que tienen sólo dos estados: encendido y apagado Como resultado, ellos reciben y envían señales simple de un y para un PLC. Estas señales consisten en sólo 1s y 0s. Un 1 significa que el dispositivo esta Encendido y un 0 significa que el dispositivo esta apagado.

Los dispositivos analógicos son las entradas y salidas que pueden tener un número infinito de estados. Estos dispositivos no sólo pueden ser encendido y apagado, pero ellos pueden también tener un valor intermedio, aunque su comunicación se hace a bases de 1 y 0 su valor es diferente a estos. EJEMPLO Un bombillo y un interruptor nosotros apenas discutimos que ambos son ejemplos de dispositivos discretos. El interruptor sólo puede estar o totalmente encendido o totalmente apagado. Lo mismo es verdad para la luz. Un termómetro y una válvula de control son ejemplos de otro tipo de dispositivo de entrada / salida, son los analógicos. Un termómetro es un dispositivo de la entrada analógico porque proporciona datos que pueden tener un número infinito de estados. Temperatura no esta o totalmente caliente o totalmente frío. Puede tener una variedad de estados, incluyendo caliente, frió, moderado, fresco, etc. Una válvula de control es una salida analógica para el mismo. Puede estar totalmente abierto o totalmente cerrada, pero también puede tener un el número infinito posiciones entre estos dos estados.

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EL PROGRAMA DE CONTROL . E programa de control a es un programa de software en el la memoria de PLC. Es lo que pone el mando en un controlador programable. El usuario o el diseñador del sistema normalmente es el que desarrolla el programa de controlador. El programa del mando se compone de cosas llamadas Instrucciones. Las instrucciones son, en esencia, los pequeños códigos de la computadora que hacen que las entradas y salidas puedan hacer lo que usted quiere en el orden que usted quiere para conseguir el resulte que usted necesita. Hay diferentes tipos de instrucciones y ellos pueden hacer un PLC haga algo con dichas instrucciones (agregue y substraiga datos, tiempo y eventos de conteo y comparación de información, etc.). Todo lo que usted tiene que hacer es programar las instrucciones en el orden apropiado y asegurarse que ellas les digan a los dispositivos que hacer.... y usted ya tiene un sistema controlado por PLC. Y recuerde que cambiar el sistema es muy fácil. Si usted quiere que el sistema actué diferente, simplemente cambie las instrucciones en el programa del control. Diferentes PLCs, ofrecen diferentes tipos de instrucciones. Ésas partes son únicas de cada tipo de PLC. Sin embargo, todos los PLCs usan dos tipos básico de instrucciones: • Contactos • Bobinas Los contactos son instrucciones a las que se refieren a las condiciones de la entrada paral programa de control, esta información proporcionada por la entrada de los dispositivos de campo. Cada contacto en el de programa de control monitorea a cierto dispositivo del campo. El contacto espera que la entrada haga algo en particular (ejemplo: encienda, apague, etc. Esto todo dependen de qué tipo de contacto este usando). Entonces, el contacto dice al programa de control del PLC, “El dispositivo de la entrada esta haciendo lo que se supone que deba hacer. Usted deberá chequear si incide sobre cualquiera de los dispositivos de salida.” Las Bobinas son instrucciones que se refieren a salidas del programa de control, esto es que en particular cada dispositivo de salida haga lo se supone que hará en el sistema. Como en el contacto, cada bobina supervisa también un cierto dispositivo de campo. Sin embargo, a diferencia de el contacto que supervisa el dispositivo de campo y entonces le dice al PLC qué hacer, una bobina supervisa el programa control del PLC y entonces dice al dispositivo de campo qué hacer. Dice el dispositivo de salida, “Ey, el PLC me dijo que encendieras Ejemplo Hablemos de nuevo sobre el supuesto circuito en que se conectan un interruptor de pared y un bombillo de luz en el techo a un PLC. Digamos eso se ____________________________________________________________________


Tecnología de Producción INTRODUCCIÓN A LOS PLCs __________________________________________________________________________ __ ________________________________________ ___________________________________ __________________________________ supone que pasamos el interruptor y la luz enciende. En esta situación, el programa del control del PLC contendría un contacto que examina los dispositivos de entrada (el interruptor de pared) para una condición de encendido y una bobina que referencia la luz. Cuando el interruptor enciende, el contacto “energizara,” significando que le dirá al PLC que la condición que se es buscando ha pasado. El PLC relevará esta información al instrucción del rollo dándolo energía a. Este testamento permitió el rollo saber que necesita decir la luz de salida de referenceada encienden.

EJEMPLO

El PLC habla, este proceso del tres-paso de supervisar las entradas, ejecutando, los PLC controlan programa, y cambiando el estado del se llaman rendimientos de acuerdo on el examine. Durante el examine, un PLC…

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PROGRAMACION

CONCEPTO ¿ Cuál es la principal diferencia entre la implementación de un sistema de control de la forma tradicional (cuadro de relés, hardware especial, etc.) y la implementación con PLC ?. La diferencia es la misma que cuando una tarea relativamente compleja es realizada por varias personas trabajando a la vez, pasa a ser realizada por una sola persona. Si cada persona se encargaba de una parte pequeña de la tarea total (digamos: "Encienda el quemador si la temperatura baja de 60ºC y apáguelo si sube de 65ºC" ) podemos considerar que no será necesario entrenamiento ni instrucciones especiales para ejecutar esta parte del trabajo. Por el contrario, cuando una sola persona se encarga de todo el trabajo casi sin ninguna duda requerirá una lista de todas las actividades a realizar, como hacerlas, y que hacer en caso que sea imposible cumplir con el trabajo. En el primer caso tenemos un equipo de personas trabajando simultáneamente o "en paralelo", en el segundo caso, tenemos una sola persona atendiendo secuencialmente las distintas subtareas que forman la tarea total. Esta única persona representa al PLC, y la lista de instrucciones que usa como recordatorio es el PROGRAMA del PLC . De esta analogía, se pueden extraer algunas conclusiones adicionales. Primero: si la dinámica del proceso fuera tan rápida que cada una de las personas que lo atienden apenas alcanza a controlarlo, entonces no hay posibilidad de que una sola persona pueda hacer el trabajo de todas. Dicho de otra forma, el pasar de operación "en paralelo" o simultánea a operación serie o secuencial, impone condiciones a la velocidad de procesamiento del PLC. Segundo, el PLC no podrá atender situaciones en que se dependa de hacer dos o más cosas a la vez. LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN Cuando surgieron los autómatas programables, lo hicieron con la necesidad de sustituir a los enormes cuadros de maniobra construidos con contactores y relés. Por lo tanto, la comunicación hombre-maquina debería ser similar a la utilizada hasta ese momento. El lenguaje usado, debería ser interpretado, con facilidad, por los mismos técnicos electricistas que anteriormente estaban en contacto con la instalación. Estos lenguajes han evolucionado en los últimos tiempos, de tal forma que algunos de ellos ya no tienen nada que ver con el típico plano eléctrico a relés. Los lenguajes más significativos son:

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Lenguaje a contactos. ( D)

Es el que más simili udes tiene con el utilizado por un electricist a al elaborar cuadros de automatis os. Muchos autómatas incluyen módulos speciales de software para poder pro ramar gráficamente de esta forma.

Lenguaje por Lista de In strucciones. (IL) En los autómatas de ama baja, es el único modo de programació . Consiste en elaborar una lista de in trucciones o nemónicos que se asocian a los símbolos y su combinación en un circ ito eléctrico a contactos. También decir, qu este tipo de lenguaje es, en algunos l os casos, la forma más rápida de programació n e incluso la más potente.



Grafcet (SFC)

Es el llamado Gráfico de Orden Etapa Transición. Ha sido especialm ente diseñado para resolver problemas de automatismos secuenciales. Las acciones so n asociadas a las etapas y las condic iones a cumplir a las transiciones. Este le guaje resulta enormemente sencillo de interpretar por operarios sin cono imientos de automatismos eléctricos.. Muchos de los autómatas que existen e el mercado permiten la programación en GRAFCET, tanto en modo gráfico o com o por lista de instrucciones. También podemos uti izarlo para resolver problemas de automatiza ión de forma teórica y posteriormente convertirlo a plano de contactos.

Plano de Funciones. (F D) El plano de funciones ógicas, resulta especialmente cómodo de utiliz r, a técnicos habituados a trabajar co circuitos de puertas lógicas, ya que la simbol gía usada en ambos es equivalente.



DIFERENTES SISTEMAS DE PROGRAMACION

Con el fin de simplificar la tarea de programación, y de hacerla accesible a quienes no han tenido experiencia previa con computadoras, se han concebido distintos métodos más o menos Standard de programación de PLC. Uno de estos métodos, es la utilización de códigos de operación en la forma de listado que le indica al PLC la secuencia exacta de operaciones a realizar. Habitualmente estas operaciones son del tipo: "examine el estado de la entrada n", "active la salida m"; codificadas con siglas conocidas con el nombre de MNEMONICOS, del tipo LOD N, OUT M, etc. Otro método consiste en la utilización de símbolos gráficos que representan determinadas operaciones básicas del PLC. La principal ventaja de este sistema es que está estandarizado y que no depende de la marca de PLC que se esta programando. Además, existen programas para computadora personal que permiten construir los programas de PLC de forma gráfica, por manipulación de estos símbolos. Finalmente, el método de programación LADDER, que dada su sencillez y similaridad con un diagrama eléctrico es el más difundido.

SISTEMA DE PROGRAMACION LADDER El nombre de este método de programación (que significa escalera en inglés) proviene de su semejanza con el diagrama del mismo nombre que se utiliza para la documentación de circuitos eléctricos de máquinas, etc. Veamos uno de estos diagramas. Consideremos primero el diagrama como circuito eléctrico. Aquí la línea vertical a la izquierda representa un conductor con tensión, y la línea vertical a la derecha representa tierra o masa. Los corchetes --][-- representan contactos normalmente abiertos y los símbolos --]/[-- representan contactos normalmente cerrados. Los paréntesis --( )-- representan cargas, por lo general bobinas de relés, lámparas indicadoras, etc. Nótese que debido a que la carga puede ser la bobina de un relé cuyos contactos se encuentran en otros rungs, puede hacerse depender la conexión o activación de determinadas cargas del estado no solo de los contactos utilizados en el rung en el que se encuentra esa carga, si nó también de otros rungs. ____________________________________________________________________



Con esta simbología, la salida 1, en el primer renglón o RUNG, está permanentemente conectada, ya que esta alimentada entre tensión y masa independientemente de cualquier contacto. En el segundo rung, la carga 2 se activará solo cuando el contacto 10 esté cerrado (lo que para un contacto normalmente abierto como 10 significa que debe estar actuado), ya que solo así podrá circular corriente. En el tercer rung, las cargas 3 y 5 (conectadas en paralelo) se activarán cuando el contacto 30 no esté actuado (30 es un contacto normalmente cerrado, no debe estar actuado si queremos que por él circule corriente). El cuarto rung muestra la conexión en serie de dos contactos (los llamados 10 y 20) para que solo se conecte la carga cuando AMBOS se encuentren cerrados. En el último rung, la carga 6 se activará si el contacto 60 no está actuado y si ADEMAS están cerrados los contactos 20 ó 40 (o ambos). Cuando las cargas son bobinas de relés, sus contactos reciben el nombre de la carga. Veamos un ejemplo. La carga 1 se activará cuando estén actuados los contactos 30 y/o 1, y cuando el contacto 40 esté sin actuar. Supongamos que la carga no se encuentra activada, por lo que el contacto 1 está abierto y el contacto 40 esta cerrado. En estas condiciones se actúa momentáneamente el contacto 30, por lo que la carga 1 queda energizada y el contacto auxiliar 1 cerrado. Ahora, sise libera el contacto 30, sigue existiendo un camino para la corriente, por lo que una vez conectada la carga solo se la puede desconectar actuando el contacto 40. Este es el esquema eléctrico de un sistema de encendido y apagado con un pulsador de arranque y otro de parada. Los montajes de este tipo pueden presentar comportamientos inesperados. Obsérvese el diagrama siguiente: Si suponemos que inicialmente ninguna de las salidas está activada, ya que acabamos de alimentar al sistema, el contacto 201 permite el paso de corriente y se activa 200. Esto permite que se active la salida 201, el segundo rung. Al suceder esto, se interrumpe la alimentación de la bobina 200, con la consecuente liberación de su contacto auxiliar y la desconexión de la bobina 201. A partir de este momento el ciclo se repite indefinidamente. Hemos construido un oscilador a relés. Con este tipo de diagramas se describe normalmente la operación eléctrica de distinto tipo de máquinas, y puede utilizarse para sintetizar un sistema de control y, con las herramientas de software adecuadas, realizar la programación del PLC. Esto es particularmente útil para quienes están habituados a realizar proyecto o mantenimiento eléctrico de máquinas. No son muchas las diferencias ____________________________________________________________________



entre un diagrama como los anteriores y un programa de PLC. Solo debemos recordar que mientras que en el diagrama eléctrico todas las acciones ocurren simultáneamente, en el programa se realizan en forma secuencial, siguiendo el orden en el que los rungs fueron escritos, y que a diferencia de los relés y contactos reales (cuyo número está determinado por la implementación física de estos elementos), en el PLC podemos considerar que existen infinitos contactos auxiliares para cada entrada, salida, relé auxiliar o interno, etc. Además, todo PLC cumple con un determinado ciclo de operaciones que consiste en leer las entradas, ejecutar todo el programa una vez, y actualizar las salidas tal como hayan resultado de la ejecución del programa. Como consecuencia, si una determinada salida toma dos valores diferentes durante una pasada por el programa, solo aparecerá a la salida el último de los valores calculados

TIEMPO DE SCAN El tiempo empleado por el PLC para ejecutar determinado programa es lo que se conoce como TIEMPO DE SCAN (scan = barrido en inglés). Los fabricantes de PLC especifica este tiempo de diversas formas, siendo las más comunes indicar el tiempo necesario para ejecutar una sola instrucción y el tiempo para ejecutar un programa de la máxima longitud posible. Debemos tener en cuenta que cuando se habla del tiempo de ejecución de una sola instrucción, este NO es el mismo tiempo que el necesario para ejecutar un programa de una sola instrucción. Esta aparente incoherencia, se aclara recordando que una "vuelta" de programa incluye la lectura de las entradas, la actualización de las salidas y una serie de procesos internos que son invisibles al usuario.

ELEMENTOS Y SINTAXIS DE LA PROGRAMACION LADDER ENTRADAS, SALIDAS, TIMERS, CONTADORES Y REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO

Como ya hemos visto, el sistema de programación ladder tiene una gran similitud con un circuito eléctrico. Por supuesto, esto no es casual, ya que simplifica muchísimo el aprendizaje por parte de personas que tengan una mínima familiaridad con sistemas eléctricos, particularmente de relés. Todos los lenguajes sean naturales como el castellano o el inglés o artificiales como lo son todos los lenguajes de programación, tienen un vocabulario y un conjunto de reglas para combinar las palabras en sentencias comprensibles. El primer paso para comenzar la programación, es conocer el vocabulario (elementos disponibles por el programador para expresar lo que la máquina debe hacer) y la sintaxis del lenguaje que ha de utilizar (o sea, las formas permitidas de conectar los elementos para poder expresar acciones no ambiguas). Cada rung ____________________________________________________________________



del programa ladder, tiene en el margen izquierdo un conjunto de condiciones que deben cumplirse para activar las salidas que se encuentran en el margen derecho. Hemos visto también, que los elementos a evaluar para decidir si activar o no las salidas en determinado rung, son variables lógicas o binarias, que pueden tomar solo dos estados: presente o ausente, abierto o cerrado, 1 ó 0, y que provienen de entradas al PLC o relés internos del mismo. En la programación ladder, estas variables se representan por contactos, que justamente pueden estar en solo dos estados: abierto o cerrado.

FUNCIONES LOGICAS La combinación de las variables de entrada se realiza a través de las llamadas " Funciones Lógicas", que suelen representarse por cuadros conocidos como "Tablas de Verdad ". Existe una equivalencia entre las tablas de verdad, la lógica de contactos y la forma en que expresamos verbalmente la operación de una función lógica. Esta equivalencia se muestra en los cuadros siguientes. Para construir el diagrama de lógica de contactos puede razonarse de la siguiente forma: Nos fijamos en los renglones de la tabla de verdad en los que la salida debe estar activada. En caso de la función AND que significa “Y “ o sea que las entrada A AND B deben estar activadas para que se produzca un salida C en una comparación con el diagrama de Ladder (escalera) los contactos están en serie. En caso de la función OR que significa “O“ o sea que las entrada A OR B deben estar activadas para que se produzca un salida C en una comparación con el diagrama de Ladder (escalera) los contactos están en paralelo. En caso de la función EX OR Significa “O Exclusiva” o sea que si la entrada A y B tienen al mismo tiempo un estado lógico 0 o 1 la salida C será 0. La única forma de que la salida sea 1 es que una entrada sea 1 y la otra sea 0. Llevándolo a control eléctrico, se nota que el contacto A o B tienen un contacto en serie del contrario. Si el estado de sus contactos es 0 no produce salida por tener los contacto abiertos interrumpiendo el circuito y por el contrario es 1 los cerrado se abren y su salida es 0 pero si solo se activa un a entrada producirá una salida C. ____________________________________________________________________



Aún cuando es posible combinar más de dos variables en funciones lógicas más complejas, es suficiente comprender las funciones mostradas hasta aquí para poder realizar o entender cualquier programa.

Consideremos ahora las salidas. Las salidas de un programa ladder son equivalentes a las cargas (bobinas de relés, lámparas, etc.) en un circuito eléctrico. Como indica esta analogía, dos o más salidas pueden programarse en paralelo siempre que queramos activarlas y desactivarlas a la vez. Como salidas en el programa del PLC tomamos no solo a las salidas que el equipo provee físicamente hacia el exterior, sino también las que se conocen como "Relés Internos" o en términos de los PLC como BIT internos. Los relés internos son simplemente variables lógicas que podemos usar, por ejemplo, para memorizar estados o como acumuladores de resultados que utilizaremos posteriormente en el programa. Existen dos formas básicas de activar o desactivar las salidas: con retención y sin retención. La forma más común es la de salida no retenida, lo que significa que la salida es activada si se cumplen las condiciones del rung en el que está programada y se desactiva inmediatamente cuando las condiciones dejan de cumplirse. Las salidas retenidas, por el contrario, se activan y desactivan en rungs diferentes y por instrucciones diferentes. Cuando se cumple el rung en el que la salida debe activarse, ésta lo hace y permanece así, aún cuando la condición de activación deje de cumplirse. El único modo de apagar o desactivar la salida retenida es programar un rung con la correspondiente instrucción de apagado de la salida en cuestión. Las instrucciones de retención y liberación de salidas se usan siempre por pares. Veamos algunos ejemplos sencillos. Aquí, la parte de "condiciones" del rung es un solo contacto, la entrada 10. La salida 2 se activa solo mientras la entrada 10 está cerrada. Nótese que ahora las salidas se programan como -(S)- Set y -( R)- Reset para indicar que son retenidas y por pares: un rung para activar(setea la salida) y otro para desactivar (resetea la salida). El funcionamiento es el siguiente: si se cierra, aunque sea momentáneamente, el contacto 0 la salida 200 se activa y permanece así hasta que se active el contacto 1 el cual resetea la retención..

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TIMERS Otro elemento de los programas ladder tomado de los sistemas eléctricos es el timer. El timer más común en la programación de PLC es el de retardo a la conexión y desconexión instantánea o el llamado “On Delay”. Cuando se activa la entrada el timer comienza su operación llevando la cuenta del tiempo que la entrada está cerrada. Cuando este tiempo supera al programado entonces el timer activa su salida. Si la entrada se abre, la salida se desactiva instantáneamente. Ejemplo de Aplicación: Cuando la entrada 0 se active, el timer T0 comienza a contar. Cuando hayan pasado 10 segundos con la entrada 0 activada, la salida de T0 se activa, energizando la salida 200. A la vez, un contacto auxiliar de T0 habilita la entrada de T1 , que comienza a contar el tiempo. Cuando hayan pasado 5 segundos desde el inicio de la habilitación, T 1 activa su salida y energiza 201. Si en cualquier momento se abre la entrada 0, T0 cae y la salida 200 se apaga, el contacto auxiliar de T0 inhabilita a T1 con lo que la salida 201 también cae. El timer menos común pero si utilizado en la programación de PLC es el de conexión instantánea y retardo a la desconexión o el llamado “Off Delay”.

Ejemplo de Aplicación: Cuando la entrada 0 se active, el timer T0 instantáneamente da su salida, energizando la salida 200. La salida de T0 se activa, a la vez, un contacto auxiliar de T0 habilita la entrada de T1 , y este instantáneamente energiza 201. Si en cualquier momento se abre la entrada 0, T0 comienza a contar. Cuando hayan pasado 10 segundos con la entrada 0 desactivada, T0 desactiva inmediatamente a la salida 200, el contacto auxiliar T0 inhabilita a T1 este e comienza a contar el tiempo. Cuando hayan pasado 5 segundos desde la inhabilitación, T 1 desactiva su salida y cae, la salida 201 se apaga.

CONTADORES Todos los PLCs incorporan funciones que reemplazan a la aplicación de contadores en el sistema de control. Todos los contadores tienen una entrada de pulsos a contar, una entrada de RESET, que cuando es activada lleva al contador ____________________________________________________________________



a su estado inicial y una salida que se activa cuando la cuenta llega a su valor final o preseleccionado. El tipo más común de contador es el ascendente , en el que el estado inicial es: cuenta cero con la salida desactivada. Al ir recibiendo pulsos en la entrada de conteo, la cuenta aumenta siempre manteniendo la salida desactivada, hasta el momento en que la cuenta llega al valor preseteado en el programa y el contador deja de contar. Podemos encontrarnos también con contadores descendentes , en los que se programa un valor inicial distinto de cero y la salida se activa cuando luego de realizar un conteo descendente la cuenta llega a cero. Existe otro tipo de contador, el llamado ascendente-descendente, que posee una entrada adicional para gobernar el sentido del conteo. Asociadas a los contadores, se encuentran por lo general funciones que permiten la lectura del estado de estos, y su comparación con valores predeterminados por el programador.

REGISTROS DE DESPLAZAMIENTO Un registro de desplazamiento consiste en una cantidad variable de elementos de memoria conectados de tal modo que la salida de cada uno de ellos alimenta la entrada del siguiente. La entrada del registro es la entrada del primer elemento. Los registros de desplazamiento disponen de una entrada de pulsos cuya misión es indicar el instante en que cada elemento copia en su salida el valor lógico presente en su entrada, pasando a partir de ese momento a retener este estado hasta el próximo pulso. BREVES CONSIDERACIONES ACERCA DE ESTILO Y DOCUMENTACION DE PROGRAMAS ====================================================================

En los ejemplos precedentes hemos tratado de resolver problemas que ilustren diferentes aspectos de la programación de un PLC. Hemos tratado que la resolución, además de funcionar como se espera, permita la interpretación del funcionamiento en forma rápida. Este aspecto de la programación no debe descuidarse nunca, ya que es bastante común que para mantenimiento o modificaciones del sistema el programa deba ser cambiado. Estos cambios al sistema implican la necesidad de comprensión del programa por parte de la persona que los realice, que no siempre es quien escribió el programa original (aunque lo sea, es probable que algunos meses después de ejecutarla, un programador descuidado no comprenda su propia obra). Para facilitar la tarea de modificación o más importante es la documentación adecuada del programa. Algunas recomendaciones para esto pueden serlas siguientes: Tener siempre una copia del programa en uso fuera del PLC. Puede usarse papel o disquetes que serán mantenidos a resguardo. Ante todo cambio deben actualizarse las copias, en lo posible manteniendo las versiones anteriores, ya que sucede a ____________________________________________________________________



veces que una modificación produce efectos indeseables que no son notados hasta mucho tiempo después. Todo cambio debe ser documentado. Indicar los cambios en sí, las razones y toda otra información que pueda resultar de importancia.

Utilizar comentarios. Cuando el PLC y/o su software de programación lo permita podemos incluir los comentarios en el propio programa. Si esto no es posible, lo haremos en la documentación. El estilo a utilizar en los comentarios merece un párrafo aparte. El error más común en el uso de los comentarios es decir en palabras lo que ya dice el programa. Veamos un ejemplo: Si se cierra 10, activo 2

El programador no aclara nada que el programa ya no diga. No sabemos a que está conectada la entrada 1, ni que actúa la salida. Tampoco nos informa acerca de porque debe hacerse esto. Bastante mejor está el comentario siguiente: Fin de carrera expulsor.

OK.

Retraigo

Ahora entendemos que la entrada 1 esta conectada a un fin de carrera, que la salida 200 activa un cilindro y también cual es la función del rung en todo el ciclo de operación. Cada vez que el PLC o el software de programación lo permita, debemos asignar nombres significativos a entradas, salidas, timers, etc. a todos los elementos usados en el programa. Esto simplifica enormemente el seguimiento de la lógica del programa sin necesidad de referirnos a planos o documentación adicional. Esta técnica, que hace que el programa sea casi "auto descriptivo" no reemplaza al atinado uso de los comentarios que documentan la intención del programador y la relación de el rung con el resto del programa. Por supuesto, siempre es conveniente una descripción verbal de la idea general de implementación del programa. En cuanto a la forma de escribir el programa, podemos decir que para un determinado problema habrá casi tantas soluciones como programadores. ____________________________________________________________________



Ninguna de las soluciones será "mejor" que otra, salvo en lo que hace a un uso más racional de los recursos del PLC, posiblemente velocidad de ejecución. Para ilustrar esto, veamos que tan diferente puede ser la solución de uno de nuestros ejemplos precedentes cuando la realiza otra persona.

¿Puede el lector

determinar como funciona

este

Se trata, nuevamente, de nuestro Ejemplo 4. Al menos para quien esto escribe, la lógica con la que este programa fue implementado no resulta tan clara como la mostrada en la solución propuesta anteriormente. ¿Es mejor esta nueva solución?. Posiblemente sí en términos de menor longitud de programa (que implica mayor velocidad de ejecución) o por utilizar menos recursos del PLC, que quedan disponibles para otras operaciones del programa. Sin embargo, si tenemos suficiente velocidad y recursos disponibles con nuestra implementación original, sería economía mal entendida arriesgarse a complicar innecesariamente cualquier operación de mantenimiento o modificación posterior.

INSTALACION DE SISTEMAS Para ayudar a instalar correctamente una sistema, se dar án a continuación algunas recomendaciones relativas a seguridad, puesta a tierra, disipación de calor, protección de salidas, etc. El gabinete debe ser adecuado al ambiente en el que se utilice el sistema, recordar que un gabinete metálico adecuadamente instalado y puesto a tierra, protege al sistema de interferencia electromagnética. Puede ser necesario considerar cuestiones tales como protección contra polvo o contaminantes dispersados por el aire y refrigeración del sistema. Con respecto a esto último, debemos recordar que no debe introducirse al gabinete aire sin filtrar. En cualquier caso deberá verificarse que no se excedan las temperaturas máximas de operación, aún con elevada temperatura ambiente.

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programa?


La puesta a tierra del sistema debe ser cuidadosamente planeada y ejecutada, pues de ella depende gran parte de la seguridad y la tolerancia a interferencias electromagnéticas de la instalación. Algunas de las cuestiones más importantes son:

Cada elemento de la instalación debe estar conectado a tierra a través de un camino de baja impedancia. Preferiblemente con un conductor de tierra individual. Cuando por consideraciones de costo y/o comodidad de instalación no sea práctico utilizar un conductor por elemento, éstos deberán agruparse por tipo. Por ejemplo: gabinetes y estructuras por un lado, elementos de potencia por otro, sistemas que operen con bajas señales, el PLC en sí, etc. Estos grupos podrán tener cada uno su propio conductor de puesta a tierra separado de los demás y llevado al punto de tierra único. Los conductores de puesta a tierra deben estar dimensionados para tolerar la máxima corriente de falla que pueda atravesarlos, y además para soportar maltrato mecánico. Cuando sea importante un camino de baja impedancia a alta frecuencia, puede utilizarse malla metálica como conductor de masa. La puesta a tierra debe realizarse en UN SOLO PUNTO. Todos los conductores de masa deben terminar en un solo punto (por ejemplo una tira de cobre) que está conectada directamente a la jabalina a través de un conductor de sección adecuada. Debe prestarse atención a los puntos en donde se conecta el conductor de puesta a tierra al propio elemento. Deberá eliminarse todo rastro de pintura, óxido, etc. No debe confiarse en que las bisagras de un gabinete establezcan la conexión a tierra de las puertas, éstas deben ser conectadas de forma individual con conductores adecuados. Todos los sistemas deben proveer un método de desconexión rápida de las salidas y entradas, por ejemplo para paradas de emergencia. Desconectando solo entradas y salidas, el PLC sigue operando, por lo que todavía puede monitorear el estado del sistema. Habitualmente, se utiliza un relé o contactor, que suele llamarse relé maestro. Por razones de seguridad, la activación y desactivación de este relé NO DEBE ser realizada por el PLC. Solo se permite que el PLC indague la condición de conectado o desconectado, para actuar en consecuencia. La función del relé maestro consiste en alimentar los dispositivos de entrada y salida solo cuando el operador lo desee y no se han detectado problemas graves. La desconexión del relé maestro debe poder hacerse de forma manual segura y rápidamente. Este relé no es, ni puede reemplazar a, una llave o contactor general.

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A continuación se presenta un esquema eléctrico típico de instalación. Nótese que la desconexión de la fuente de CC se efectúa en su salida y no en su entrada, ya que por lo general este tipo de fuente posee un gran capacitor de filtro a la salida por lo que podría seguir alimentando a su carga por un tiempo considerable. Se recomienda que el PLC y sus módulos de entrada y salida estén alimentados de la misma fase, para minimizar interferencia y evita los problemas ocasionados por un PLC operando con los dispositivos controlados sin alimentar y viceversa. El transformador aislador del esquema anterior permite precisamente esto. Por lo general, el PLC puede seguir operando algún tiempo después del momento de apagado o pérdida de alimentación, por lo que puede ser importante, para no registrar cambios espurios en las entradas, sensar la presencia de alimentación y ejecutar el programa solo cuando ella esté dentro de especificaciones. Finalmente, la llave o contactor general debe desconectar toda fuente de energía, tanto eléctrica como hidráulica, neumática, etc. PROTECCION DE SALIDAS Ya hemos mencionado la necesidad de proteger las salidas del PLC, no importa de que tipo sean éstas, contra sobre tensiones producidas durante el apagado de las cargas a las que están conectadas. Cuando el PLC tiene salidas a relé, los fabricantes suelen especificar la vida de los contactos por dos parámetros: vida mecánica y vida eléctrica. La primera se refiere a la cantidad de ciclos de operación que se espera brinde el relé cuando la corriente que lo atraviesa es nula. La vida eléctrica hace referencia a la duración del contacto en sí y se especifica como la cantidad de ciclos de apertura y cierre con una determinada carga que resultan en una determinada degradación de la resistencia de contacto. Para poder llegar a valores cercanos a los especificados, es indispensable (además de no superar los valores de tensión y corriente nominales para el contacto) proteger la salida contra sobre tensiones. Cuanto más inductiva sea la carga que debemos manejar mayores serán las precauciones a tomar. Una carga resistiva casi pura como una resistencia calefactora dará pocos problemas en este aspecto, mientras que una bobina de contactor se encuentra entre las cargas más difíciles de manejar.

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Es importante reconocer que la principal fuente de sobre tensiones no suele ser la línea de alimentación como muchos suponen, sino el propio sistema. La razón de esto es simple: la mayoría de las cargas que se conectan a un PLC son de naturaleza INDUCTIVA (bobinas de contactores, electro válvulas, motores, etc.). Las cargas inductivas se caracterizan por tratar de impedir que se produzcan sobre ellas cambios de la corriente que las atraviesa. Esta resistencia al cambio se presenta tanto en el momento de la conexión de la carga (cuando la carga tiene corriente cero) como en el apagado (cuando la carga es atravesada por su corriente nominal). El transitorio de encendido no suele presentar inconveniente ya que lo que sucede es que la corriente no alcanza rápidamente el valor nominal. Por el contrario, una vez establecido este valor de corriente, la inductancia trata de hacer que esta siga circulando AUN CUANDO ESTEMOS ABRIENDO EL CIRCUITO. Para esto la carga eleva la tensión sobre sus bornes hasta que produzca una chispa, perfore un aislante, queme un transistor o se extinga la energía que almacenaba en su campo magnético. Evidentemente, debe hallarse un método para evitar estos inconvenientes. El método de protección es diferente según se trate de cargas de corriente continua o alterna. Para las primeras se recomienda un instalar un diodo de corriente y tensión nominal igual a las de la carga en paralelo con ella, de tal forma que NO CONDUZCA cuando esta se energiza. En funcionamiento normal, la corriente que excita la bobina circula desde el positivo de la fuente de alimentación hacia la llave y a través de ésta a masa, por lo que el diodo se encuentra polarizado en forma inversa (no circula corriente a través del mismo). Cuando se procede a abrir la llave, la bobina intenta mantener la circulación de la corriente que ya se había establecido, aumentando la tensión sobre sus bornes. Dado que la fuente de alimentación no puede cambiar instantáneamente su tensión de salida, lo que sucede es que aumenta la tensión del extremo de la bobina conectado a la llave, haciéndose positivo con respecto al extremo conectado a la fuente (la polaridad opuesta a la de funcionamiento normal). Con esta polaridad sobre la bobina, el diodo conduce, poniendo prácticamente en cortocircuito la bobina y limitando así la sobre tensión. Cuando la carga es de corriente alterna el método del diodo no es aplicable, por lo que se recomienda conectar en paralelo con la carga un circuito serie R-C. El capacitor sirve para almacenar la energía del campo magnético de la bobina limitando la sobre tensión y la resistencia sirve para disipar energía que de otra forma pasaría, con un proceso oscilatorio, de la bobina al capacitor y viceversa. Un método de protección de salidas aplicable tanto a CC como a CA es el uso de VARISTORES. El varistor es un dispositivo cuya resistencia varía en función inversa a la tensión que se le aplica: para tensiones pequeñas es casi un circuito abierto, por lo que no consume potencia de la fuente pero, al aumentar la tensión aplicada baja más y más su resistencia dejando pasar ____________________________________________________________________



cada vez más corriente, por lo que puede absorber la energía que de otra forma provocaría una sobre tensión peligrosa para la llave. Los varistores son capaces de disipar pulsos de energía de gran intensidad sin peligro de destrucción ya que este proceso se produce en todo el volumen del dispositivo y no un una zona muy pequeña (la juntura) como es el caso de un diodo ZENER.

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QUE ES UN SISTEMA SCADA-MMI

Un sistema MMI (del inglés Man Machine Interface) es el interfaz de unión entre el operario y la máquina . Puede ser un panel de operador o una computadora (PC), pero en ambos casos comunican y transmiten datos a y desde el PLC. En el caso de un Panel de Operador, este se compone de una pantalla con más o menos resolución de gráficos y teclas numéricas y de función o como en algunos casos pantalla táctil.

La pantalla puede ser en color o monocromo e indica el estado de los diferentes valores del proceso, con gráficos complejos o figuras sencillas permitiendo a su vez introducir valores para ajustar los parámetros de regulación del proceso o consignas del mismo. Se programan con un software propio, al igual que los PLCs, y diferente a estos aunque sean del mismo fabricante. Comunican con el PLC a través de un puerto de comunicación, que varía de unos a otros, pero siendo lo más frecuente una comunicación RS232 a 19.2 Kbaudios. Generalmente el frontal suele ser de un material plástico o similar con un alto grado de protección, IP65 o NEMA 12, ya que está expuesto a la intemperie o al ambiente agresivo del lugar de trabajo. Entre las funciones que pueden desarrollar estos paneles de operador están las siguientes: 1. Visualizar y parametrizar datos del proceso (lectura y escritura de variables) 2. Gestión de alarmas del proceso, con textos de ayuda al operario para la resolución de las mismas 3. Recopilación de alarmas sucedidas en el tiempo (histórico de alarmas) 4. Impresión de las citadas alarmas En el caso de una computadora (PC), esta es la encargada de comunicar con el PLC. Realiza las mismas funciones que un panel de operador y además puede trabajar como sistema SCADA (adquisición de datos) y con los nuevos controles disponibles e integrados en los sistemas operativos (Windows 95/98/NT) se puede hacer por ____________________________________________________________________



ejemplo que ante una alarma del sistema el PC marque un número telefónico o mande un mensaje a un móvil con un texto asociado al operario o personal de mantenimiento correspondiente. Para que un PC normal sea convertido a un PC SCADA-MMI son necesarios los siguientes elementos:

SOFTWARE SCADA: Es el programa de software que se instala en el PC y que hace trabajar al mismo como un sistema SCADA-MMI. Puede ser del mismo fabricante que el PLC o diferente.

TARJETA DE COMUNICACIÓN PC-PLC: La suministra normalmente el fabricante del PLC o el del software SCADA-MMI. Se coloca en un bus libre, ISA o PCI del PC y se configura con un software propio y diferente al del SCADA. DRIVER DE COMUNICACIÓN: Es el "traductor" entre el sistema SCADA MMI y el PLC. El driver de comunicación es un programa de software diferente al del SCADA y hace que el PC y el PLC se "entiendan" a través de la tarjeta de comunicación PC-PLC. Básicamente el programa SCADA crea una base de datos con los parámetros del proceso (TAGS) y el driver es el encargado de leer y escribir estos datos en el PLC. En este caso es sumamente recomendable utilizar tarjetas de comunicación del mismo fabricante que el PLC para evitar problemas de comunicación o evitar el eludir responsabilidades por parte de los fabricantes, ya que según ellos su equipo siempre trabaja perfectamente. ____________________________________________________________________



No hay ninguna regla para la elección de los PCs a la hora de instalar un sistema SCADA, pero si hay que insistir siempre con el fabricante en la compatibilidad del mismo con el software a instalar y sobre todo las tarjetas de comunicación, que algunas de ellas no son Plug&Play y crean conflicto con el sistema Plug&Play del PC a la hora de reservarse espacio en memoria para su funcionamiento (conflicto con los IRQs). Un sistema SCADA basado en PC tiene la ventaja de guardar en disco los parámetros deseados para utilizarlos posteriormente en análisis estadísticos. Con los nuevos sistemas de comunicación (ETHERNET) y los protocolos asociados puede además monitorizarse el sistema desde cualquier lugar de una red o incluso desde casa a través de un módem. Ambos sistemas, Panel de Operados y PC pueden asociarse haciendo un sistema sumamente completo.

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CRITERIOS BÁSICOS PARA LA ELECCIÓN DE UN PLC

A continuación se describen algunos criterios básicos para el diseño de un controlador lógico programable, tomando en cuenta únicamente el hardware y sin ahondar en los principios básicos de un microprocesador. Los criterios se refieren al chasis, entradas, salidas, comunicación, expansión, circuitos impresos, temperatura y protección eléctrica. Un PLC es un equipo de aplicación industrial, por lo que debe soportar condiciones ambientes pesados manteniendo su confiabilidad. A continuación se detallan algunos aspectos que se deben tomar en cuenta al diseñar el hardware de un PLC.

CHASIS Ante golpes fuertes el chasis puede deformarse pero no quebrarse Ante golpes extremos no debe desprenderse trozos del chasis ni permitir que salgan las partes internas del equipo, aunque este deje de funcionar, esto previene daños en partes externas al controlador. Debe ser aislante y debe prevenir cortocircuitos cuando un cable se desprende. Las salidas deben estar alejadas de las entradas, las tensiones altas deben estar alejadas de las tensiones bajas. Las teclas que el usuario pueda oprimir deben estar alejadas de los bornes. El material óptimo es el poli carbonato con aditivos retardantes de llama, para disminuir el riesgo de cortocircuitos los bornes deben estar rodeados con plástico y las entradas que generalmente son DC deben estar en la parte superior y las salidas en la inferior. Para estandarizar el montaje se deben usar rieles DIN. • •

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ENTRADAS El tipo de señal de entrada depende del dispositivo que la genere, pueden ser analógicas o digitales. Las digitales pueden ser generadas por los siguientes dispositivos: Interruptores de acción mecánica, para tener un margen de ruido amplio se pueden alimentar con 12Vdc Sensores capacitivos, inductivos, etc., con salidas transistorizadas (normalmente colector abierto) el rango típico de salida esta entre 5Vdc y 12Vdc. Señales provenientes de componentes electromecánicos de potencia o de líneas de potencia para ser monitorizadas. El rango es de 12Vac a 240Vac Para evitar daños en el PLC por posibles sobre tensiones en las entradas digitales y para evitar cortocircuitos a través del PLC es necesario ingresar la señal por medio de acopladores ópticos, si son acopladores bidireccionales •

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(con dos fotodiodos en paralelo) entonces puede detectar los dos semiciclos en señales AC.

Las analógicas pueden ser generadas por los siguientes dispositivos: Sensores tipo termistor, resistencia de platino (PT100), galgas extensométricas, etc.,Estos sensores necesitan circuitos acondicionadores antes de ser digitalizadas. Dispositivos sensores estándar, los cuales pueden medir diversos parámetros y con salidas de 4-20mA, 0-10V, etc. La resolución de la conversión ADC depende de la precisión requerida por la aplicación El aislamiento en señales analógicas puede ser por medio de acopladores ópticos especializados (normalmente incluyen convertidores sigma - delta), o por medio de transformadores. Una manera económica es usar convertidores ADC con interface serial, la cual estaría acoplada con dispositivos baratos. •

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SALIDAS Las salidas típicas son las siguientes: Digitales con transistor bipolar (colector abierto) Digitales con IGBT, usado en salidas PWM. Digitales con transistores MOSFET (open drain), tiene mejor rendimiento que los bipolares por soportar sobre corrientes instantáneas Digitales con TRIAC Analógicas con generación de señales estándar 4-20mA, 0-10V, etc. Analógicas con generación de niveles de corriente o tensión especiales Al igual que las entradas el aislamiento es crítico, se realiza normalmente con acopladores ópticos. • • •

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COMUNICACIÓN Muchas aplicaciones requieren distribuir el hardware en una planta o una máquina, por lo que se requiere comunicación entre varios PLC, entre un PLC y una computadora, entre un PLC y algún dispositivo especializado. Para disminuir costos se usa transmisión serial, también disminuye la probabilidad de falla al existir menos cables de transmisión en paralelo. En el caso de distancias cortas se puede usar la interface IEEE-488 (paralelo) El medio puede ser cobre, fibra óptica multimodal y el espacio (RF). En el caso de cables se puede usar interfaces RS232, RS422, CAN BUS y ethernet. En el caso de usar radiofrecuencia, se debe usar alguna banda pública. En los casos donde los dispositivos están cerca y no existe riesgo de cortocircuitos o sobre tensiones peligrosas se pueden usar interfaces SMBUS, I2C, ____________________________________________________________________



comunicación serial sincrónica o asincrónica con conexión directa entre los microprocesadores. Si se usa fibra óptica esta debe protegerse mecánicamente usando ductos o tubos metálicos. Si se desea comunicación dúplex deben usarse dos fibras, el diámetro típico de las fibras multimodo es de 1mm por lo que no se requiere de herramientas caras para utilizarla. El costo es comparable el de los cables blindados.

EXPANSIÓN Solo en el caso de los PLC más pequeños y económicos no existe la posibilidad de expansión. Para aumentar considerablemente la versatilidad del PLC es necesario contar con módulos de expansión de entradas, salidas y funciones especiales. Los siguientes son algunos aspectos que se deben tomar en cuenta para el diseño de los módulos: El módulo principal puede tener una cantidad limitada de puertos. Los módulos pueden tener registros y bufferes o bien un microcontrolador. Cada módulo debe tener una dirección única. Para comunicación rápida entre módulos se usa un bus paralelo Para aislar eléctricamente los módulos se usa un bus serial con acopladores ópticos, en este caso cada módulo debe tener un microcontrolador. El cable entre cada módulo debe estar protegido y blindado. Se pueden usar conectores rígidos entre los módulos, pero deben asegurarse. • • • • •

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CIRCUITOS IMPRESOS Los circuitos impresos deben ser de alta calidad, con la precisión necesaria para ubicar dispositivos de montaje en superficie con PITCH pequeños (típico: 0.5mm), deben ser con vías y ojetees metalizados, todo el cobre debe ser estañado y debe tener mascara de soldadura en ambas caras, si la frecuencia del bus es alta debe usarse un plano de tierra y otro de alimentación. El material del sustrato mas utilizado es fibra de vidrio FR4 de 1/16” de espesor con recubrimiento de cobre de 1 oz / pie 2. En algunas aplicaciones donde la densidad de corriente es alta, puede usarse el doble de recubrimiento de cobre o bien una capa de estaño adicional. Si las tensiones son muy altas y las pistas no pueden separarse lo suficiente, suele perforarse la tarjeta para aumentar el aislamiento y prevenir los efectos de la humedad y de los depósitos de sedimentos. En el caso de que la tarjeta este sometida a flexiones puede aumentarse el espesor del sustrato. TEMPERATURA La temperatura interna del PLC no es homogénea, cerca de los elementos de salida será mayor, cerca de componentes como pantallas LCD o teclados debe ser menor. La temperatura de operación de los componentes debe ser de 85?C, si existe ____________________________________________________________________



algún componente que resista menos tal como algunos LCD (50?C) se deben alejar al máximo de la parte mas caliente del interior. Los elementos que disipan mayor potencia deben evacuar el calor por medio de disipadores, en ocasiones es suficiente la disipación que brinda el mismo circuito impreso, y todo este calor debe evacuarse del chasis por medio de ventilaciones o por radiación. El chasis debe soportar al menos la temperatura más alta interna y proteger el interior de eventuales llamaradas o aumentos súbitos de la temperatura externa. Si alguna parte de alta potencia genera demasiado calor, debe ubicarse fuera del PLC como otro módulo.

PROTECCIÓN ELÉCTRICA Y RUIDO Entrada de alimentación: El ruido de alta frecuencia se elimina con filtros de línea en serie, con el cuidado de ponerlos en modo común. Las sobre tensiones se eliminan con varistores en paralelo, es mejor después del filtro de línea para disminuir la corriente máxima y así seleccionar un varistor pequeño, se asume que las sobre tensiones no tienen un impacto significativo en el filtro de línea, pues las bobinas están totalmente separadas. Opcionalmente se puede incluir un fusible de acción rápida en serie. •

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CONCLUSIÓN

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Para diseñar y construir un PLC es necesario decidir la capacidad de proceso de acuerdo a las aplicaciones a las que esta dirigido, luego seleccionar un conjunto de módulos estándar que sean útiles para la mayor cantidad de aplicaciones posibles. Todo el diseño debe estar en “sintonía”, para conservar la similitud entre los diversos módulos y así conservar su compatibilidad y la compatibilidad con módulos que se desarrollen en un futuro. El software que se debe desarrollar es un interpretador de instrucciones, aunque lo óptimo es desarrollar un compilador para aumentar la eficiencia en el procesamiento, sin embargo esto es muy costoso. El sistema debe trabajar en tiempo real.

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Anexo 1 Veamos un típico circ uito de automatismos. Un arrancador Estrella/ Triángulo con temporizador. La figura 1 muestra c mo es la técnica cableada. Por una parte tene os el circuito de fuerza, que alimenta el motor, y por otra el circuito auxiliar o d mando, que realiza la maniobra de a ranque de dicho motor .

La figura 2 muestra omo se realiza el mismo montaje de forma p ogramada. El circuito de fuerza es exa ctamente el mismo que en la técnica cableada. Sin embargo, el de mando será sus ituido por un autómata programable, al ual se unen eléctricamente los pulsa dores y las bobinas de los contactores. La maniobra de arranque la realizara el rograma que previamente se ha transferido al utómata.



Anexo 2

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Anexo 3

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Anexo 4

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curso plc

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