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Unidad V
AUTOM ATIZ ACIÓN L LÓGIC A P PR OGR AM ABLE
1.
TABLEROS ELÉCTRICOS DE AUTOMATIZACIÓN BASADOS EN RELÉS 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 5.1 Planta industrial
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1.1.
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EL 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. 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. 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.
1.2. 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. 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.
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•
•
• •
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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.
Figura 5.2 Tablero eléctrico convencional.
Figura 5.3 Relés auxiliares auxiliares en un tablero eléctrico convencional. convencional.
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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 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.
2.
EL PLC COMO ALTERNATIVA AL AUTOMATISMO 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. 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. 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.
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2.1. VENTAJAS DEL PLC 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.
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 resaltar, que el tiempo empleado en realizar modificaciones, comparado con la técnica por lógica cableada, es significante.
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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.
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 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.
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.
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 que mejor se familiariza. Sus instrucciones y comandos son transparentes y entendibles, requiriendo de poco tiempo para lograr ser un experto.
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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.
2.2.
FUNCIONES LÓGICAS 2.2.1.
FUNCIÓN LÓGICA Y (AND) Está función lógica tiene una equivalencia eléctrica tal como se muestra en el siguiente circuito eléctrico:
S1Q
S2Q
K1M
Figura 5.4
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.
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Realizar una lista de ordenamiento, esto es, una tabla donde indique la relación de simbologías entre la representación eléctrica y los operandos. 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 (byte) se encuentra en la posición adyacente a la CPU, o que se trata de un PLC compacto donde en un sólo bloque están incluidas la CPU y módulos de Entrada / Salida. El número “1” representa el terminal de conexión en el módulo de entrada. Una lista de ordenamiento tiene las siguientes partes
Designación
Descripción
Operando
Con el ejemplo veremos cómo se llena esta tabla. Luego se procederá a programar en dos representaciones: Diagrama de contactos. Plano de funciones.
• •
Para el circuito eléctrico se pide: 1 2 3 4
1.
Lista de ordenamiento Diagrama de contactos Plano de funciones Diagrama de conexiones
LISTA DE ORDENAMIENTO ENTRADAS
DESIGNACIÓN DESCRIPCIÓN S1Q S2Q
Pulsador N.A. Pulsador N.A.
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OPERANDO I0,1 I0,2
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SALIDAS DESIGNACIÓN DESCRIPCIÓN K1M
Contactor principal
OPERANDO O0,1
2. DIAGRAMA DE CONTACTOS
Figura 5.5
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
Figuras 5.6
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”.
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4. DIAGRAMA DE CONEXIONES
INPUT
OUTPUT
0
0
1
1 K1M
2
S1Q
3
S2Q
2
PLC
3
4
4
5
5
6
6
7
7
Figura 5.7
2.2.2.
FUNCIÓN LÓGICA O (OR) Análogamente a la función “Y”, veremos la solución de la función “O”
CIRCUITO ELÉCTRICO EQUIVALENTE
Figura 5.8
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Se pide: 1 2 3 4
Lista de ordenamiento Diagrama de contactos Plano de funciones Diagrama de conexiones
1. LISTA DE ORDENAMIENTO ENTRADAS DESIGNACIÓN S1Q S2Q
DESCRIPCIÓN Pulsador N.A. Pulsador N.A.
OPERANDO I0,1 I0,2
SALIDAS DESIGNACIÓN HIH
DESCRIPCIÓN Lámpara señalizadora
OPERANDO O0,1
2. DIAGRAMA DE CONTACTOS
Figura 5.9
Interpretación: “Para que la salida O0,1 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
Figura 5.10
Interpretación: “Para que la salida O0,1 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
Figura 5.11
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3.
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ARQUITECTURA DEL PLC 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). Módulos o interfases de entrada/salida (E/S). Módulos de memoria. Unidad de programación. Módulos inteligentes.
En la figura siguiente 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 5.12 Diagrama de bloques de un PLC gobernando un proceso.
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3.2.
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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. A la fuente de alimentación también se le conoce como la fuente de poder: Power Supply.
Figura 5.13 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.
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.
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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. ⇒ Los temporizadores. ⇒ Los contadores. ⇒ Los bits o memorias internas. ⇒ Base de datos.
Unidades de procesamiento central
Figura 5.14 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.
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. 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: las bobinas de las electroválvulas, los contactores principales, las lámparas indicadoras, etc.
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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 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.
3.4.1.
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.). 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 5.15
Figura 5.16
Figura 5.17 Módulos de entrada discreta de la familia Simatic-S5 (Cortesía de Siemens)
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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.
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 5.18 Circuito equivalente de una interfase de salida discreta en DC (Tipo transistor).
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.
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Figura 5.19 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.
Figura 5.20 Circuito equivalente de una interfase de salida discreta en AC (Tipo Relé).
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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 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 5.21 Módulo de entrada analógica (Cortesía Siemens).
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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
Figura 5.22 Módulo de salida análogo (Cortesía de Telemecanique)
3.5.
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:
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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 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.
MEMORIA EPROM (Enable 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 5.23 Módulo de memoria EPROM de 8 Kb (Cortesía de Siemens).
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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.
3.6.
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: •
•
•
•
•
•
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. 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.
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Figura 5.24 Programador tipo computadora.
3.7.
MEMORIAS INTERNAS Continuando con la programación, ahora veremos otra herramienta muy usadas en la solución de aplicaciones industriales. 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:
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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.
ESQUEMA TECNOLÓGICO
Figura 5.25
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Se pide: 1 2 3 4
Lista de ordenamiento Diagrama de contactos Plano de funciones Diagrama de conexiones
1. LISTA DE ORDENAMIENTO ENTRADAS DESIGNACIÓN S1 S2 S3 S4 S5 S6
DESCRIPCIÓN Pulsador N.A. Pulsador N.A. Interruptor final de Interruptor final de Interruptor final de Interruptor final de
carrera N.A. carrera N.A. carrera N.A. carrera N.A.
OPERANDO I0,1 I0,2 I0,3 I0,4 I0,5 I0,6
SALIDAS DESIGNACIÓN Y1 Y2
DESCRIPCIÓN Bobina de electroválvula Bobina de electroválvula
OPERANDO O0,1 O0,2
2. DIAGRAMA DE CONTACTOS
Figura 5.26
NOTA: Las memorias internas en Telemecanique, se representan desde B0 hasta B999.
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3. PLANO DE FUNCIONES
Figura 5.27
4. DIAGRAMA DE CONEXIONES
Figura 5.28
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MEMORIAS SET / RESET El principio de funcionamiento de esta memoria denominada SET / RESET consiste: 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 desactivarlo, 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.
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. •
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CIRCUITOS
Control
Fuerza
Figura 5.29
Se pide: 1 2 3 4
Lista de ordenamiento Diagrama de contactos Plano de funciones Diagrama de conexiones
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1. LISTA DE ORDENAMIENTO ENTRADAS DESIGNACIÓN F1F S2Q S3Q
DESCRIPCIÓN
OPERANDO
Relé térmico N.C. Pulsador de parada N.C. Pulsador de arranque N.A.
I0,0 I0,1 I0,2
SALIDAS DESIGNACIÓN K1M
DESCRIPCIÓN
OPERANDO
Contactor principal
O0,1
2. DIAGRAMA DE CONTACTOS I0,2
O0,1 S O0,1
I0,0
R I0,1
Figura 5.30
3. PLANO DE FUNCIONES I0,2
S
I0,0 R
I0,1
Figura 5.31
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O0,1
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4. DIAGRAMA DE CONEXIONES
Figura 5.32
4.
SISTEMAS DE CONFIGURACIÓN 4.1.
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-PLC para la marca Telemecanique, Micrologix 1000 para la marca Allen Bradley, etc.
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Por otro lado, su bajo costo permite 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 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.
Controlador Lógico Programable Compacto: TSX 07 (Cortesía de Telemecanique)
Figura 5.33
Controlador Lógico Programable Compacto: TSX 17 - 20 (Cortesía de Telemecanique)
Figura 5.34
4.2.
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.
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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 siguiente tabla comparativa se resume algunos datos técnicos de los PLC modulares existentes en el mercado local:
Valores comparativos de tres marcas de PLC en configuración modular. MARCA
PROCEDENCIA
SIEMENS (Simatic)
ALEMANIA
ALLEN-BRADLEY
SERIE
S5-100U SLC-500
U S A
GE
GENERAL ELECTRIC FANUC
90-30
CAPACIDAD DE MEMORIA (Kb)
SCAN * TIME (ms/Kb)
103 102 100 5/03 5/02 5/01 341 334
20 4 2 24 4 4 80 16
10 15 75 1 4,8 8 0,3 0,4
313/3 23
6
0,6
CPU
* 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: •
•
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.
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