Resumen PLC y Ladder

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIAS E INGENIERIAS PROGRAMA DE INGENIERIA ELECTRONICA MODULO DE AUTOMATIZACION INDUSTRIAL TRABAJO COLABORATIVO I

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL TRABAJO COLABORATIVO I

PRESENTADO POR: PEDRO ELIAS MUÑOZ SOLARTE

PRESENTADO AL TUTOR: INGENIERO. HUGO ORLANDO PEREZ NAVARRO.

PROGRAMA DE INGENIERIA ELECTRONICA UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA CEAD POPAYAN (ZONA CENTRO SUR) 24 DE ABRIL DE 2012 1. INTRODUCCION

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIAS E INGENIERIAS PROGRAMA DE INGENIERIA ELECTRONICA MODULO DE AUTOMATIZACION INDUSTRIAL TRABAJO COLABORATIVO I El mundo de la automatización está creciendo a un ritmo cada vez más acelerado, llegando cada vez más a nuestro entorno tanto, laboral como familiar. La automatización que hasta hace pocos años era una simple imaginación, hoy nos cubre de una manera sorprendente y nos muestra que hacia el futuro, sus alcances serán casi que incomprensibles. Aunque para muchos el concepto de automatización es aún un término no muy común en su léxico diario, sin darse cuenta convivimos con ella la mayor parte de nuestro tiempo. El grado de automatización que encontraremos en nuestros hogares hacia el futuro será cada vez mayor, e inevitablemente llegáremos a un punto en que un porcentaje muy elevado de nuestro entorno estará automatizado, buscando lograr que las tareas de los seres humanos sean cada vez más agradables y menos monótonas. Al conjunto de técnicas que se encargan de la regulación, el mando y el control de máquinas que realizan determinado trabajo, para el que fueron diseñadas, sin la intervención humana continua, se le denomina automatización. El presente trabajo pretende introducirnos en el conocimiento del principal elemento responsable del gran auge que ha tenido la automatización en los últimos años, el controlador lógico programable, también conocido como autómata programable o PLC. Para introducirnos en este concepto, responderemos unos interrogantes esenciales que nos llevaran a conocer mucho más de cerca a los PLCs, conoceremos desde su funcionalidad, sus principales componentes, como se realiza su programación y se introduce la programación en el dispositivo, finalizando por los lenguajes de programación más utilizados para programarlos. Profundizando un poco más sobre el tema, examinaremos ejemplos donde se podría aplicar automatización haciendo uso de los PLCs, buscando principalmente aumentar la eficiencia del proceso, incrementando parámetros como la velocidad, la calidad, la precisión, y acortando en mayor medida los riesgos que implicarían el desarrollo de dicho proceso de forma manual. Finalmente profundizaremos en algunos aspectos importantes del principal lenguaje utilizado hoy en día para la programación de PLCs, el


lenguaje de programación ladder, exploraremos los aspectos básicos del lenguaje y su principal simbología así como su funcionalidad respectiva.

2. DESARROLLO DE LAS PREGUNTAS SOLICITAS EN LA GUIA 1. DEFINA QUE ES UN PLC. Uno controlador lógico programable o PLC es un dispositivo electrónico programable diseñado para controlar en tiempo real tareas repetitivas ejecutadas de manera secuencial. Contiene en su interior como mínimo un microcontrolador o un microprocesador, aunque puede contener más de uno.

Los PLCs están compuestos por los siguientes bloques o módulos:

Unidad Central de Procesamiento. Este bloque es el cerebro del PLC, compuesto en esencia por un microcontrolador o un microprocesador, este bloque es el encargado del control interno y externo del PLC. Este módulo hace una imagen de las señales que llegan a las entradas del PLC, posteriormente lee las instrucciones del programa de usuario almacenado en la memoria y de acuerdo a esas instrucciones actualiza

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIAS E INGENIERIAS PROGRAMA DE INGENIERIA ELECTRONICA MODULO DE AUTOMATIZACION INDUSTRIAL TRABAJO COLABORATIVO I el estado de las señales enviadas hacia las salidas del PLC. Este bloque también se encarga del chequeo del sistema.

Memoria. Este bloque tiene tres tipos de memoria, la memoria ROM (de solo lectura), la memoria RAM (de lectura y escritura) y la memoria de ALMACENAMIENTO. En la memoria ROM se almacenan programas que se encargan de verificar el buen funcionamiento del sistema. La memoria RAM a su vez se divide en memoria de DATOS (donde se almacena información de la entradas/salidas y de las variables internas del PLC) y la memoria de USUARIO (donde se almacena el programa de usuario, que es el encargado de toda la lógica del PLC). Finalmente la memoria de ALMACENAMIENTO es una memoria externa donde se guarda el programa de usuario y la tabla de datos, normalmente es de tipo EEPROM o FLASH.

Entradas/Salidas. Este bloque es el encargado de recibir las señales provenientes de los sensores o interruptores y de enviar las señales hacia las salidas donde se conectan actuadores (Motores) o preactuadores (Contactores). Las entradas/salidas son comúnmente digitales, aunque en algunas ocasiones pueden también tener entradas/salidas analógicas, las cuales se encargan de convertir una señal analógica (temperatura, presión), en una señal binaria utilizando para ello conversores analógico/digitales. Los voltajes comúnmente manejados en las entradas/salidas son: 5VDC, 24VDC, 48VDC, 110VAC , 220AC. El programa de usuario se carga al PLC a través de un puerto de comunicaciones que se conecta generalmente al puerto COM (Serie) de un PC, el cual a su vez maneja una interfaz o software desde donde se hace la simulación, y pruebas del programa y desde donde finalmente de envía al programa al PLC a través de la interfaz de programación.


Fuente de Alimentación. Es la encargada de convertir la tensión de alimentación de la red, (110 VAC o 220 VAC), a corriente directa de baja tensión, normalmente 24 v, que es la tensión con la que trabajan los circuitos electrónicos que contiene el PLC.

2. CUAL ES LA DIFERENCIA MICROCONTROLADOR.

ENTRE

UN

PLC

Y

UN

Un PLC es un dispositivo electrónico para el manejo de control industrial mucho más robusto, que en su interior puede contener como mínimo un microcontrolador o un microprocesador. La diferencia más significativa entre un microcontrolador y un PLC, es que en los PLCs, tanto las entradas como las salidas del mismo están aisladas de la CPU, haciendo uso para este aislamiento de un circuito comúnmente con optoacopladores a las entradas y relevadores u optoacopladores a las salidas.

3. ¿UN PLC SIEMPRE DEBE TENER ENTRADAS Y SALIDAS?, JUSTIFIQUE LA RESPUESTA. Existen diferentes tipos de PLCs, de acuerdo a su estructura y composición, estos pueden ser compactos (cuando todos los bloques que lo conforman se encuentran alojados en un solo gabinete), o pueden ser modulares con estructura europea (cuando cada módulo cumple con una función o bloque especifico del PLC), o finalmente pueden ser modulares con estructura americana (donde solamente se separan las Entradas/Salidas en un módulo independiente del resto del PLC). Cualquiera que sea la estructura que tenga nuestro PLC, las interfaces de entrada y salida de nuestro PLC son las que permiten comunicar el autómata con el proceso que se está controlando y con el operador del sistema. Gracias a los elementos conectados a las entradas del autómata, como son sensores, este se entera del estado en que se encuentra el proceso (posición de un objeto, velocidad de un motor, nivel de un tanque, temperatura de un ambiente controlado, elementos activados, elementos desactivados, etc.). A su vez que los elementos que están conectados a las salidas, permiten al PLC actuar sobre el proceso mediante el accionamiento de actuadores o preactuadores conectados a las salidas del mismo, como lo son los motores o contactores respectivamente.


4. ¿A QUE SE DENOMINA AUTOMATA? La palabra autómata que proviene del griego automatos (espontáneo o con movimiento propio), hace referencia a una máquina que reproduce e imita los movimientos de un ser viviente.

Ahora después de tantas invenciones y adelantos tecnológicos se llega hoy en día a considerar los autómatas programables, que hacen referencia a equipos electrónicos con la capacidad de realizar tareas repetitivas y secuenciales de manera controlada de acuerdo a un programa lógico alojado en la memoria del autómata, y que es destinado principalmente para labores monótonas en ambientes industriales donde se requieren realizar tareas repetitivas donde el intelecto humano estaría subutilizado.


5. ¿QUE TIPO DE PROGRAMACION SE EMPLEA EN LOS PLCS COMERCIALES? Existen diferentes métodos para programar un PLC comercial, dentro de las más utilizadas son: Diagrama de contactos o programación LADDER (Escalera, la más utilizada), programación por puertas lógicas, programación mediante diagrama funcional, programación mediante diagramas de flujo, programación GRAFCET (otro método ampliamente utilizado), programación utilizando lenguaje booleano, programación mediante lista de instrucciones y finalmente programación mediante lenguajes de alto nivel. Debido a la limitación en espacio exigida para este informe mencionaremos únicamente tres de estos métodos de programación utilizados para los PLCs.

Programación

LADDER. Conocido igualmente con el nombre de

lenguaje de contactos o de escalera, es un lenguaje de programación gráfico muy popular dentro de los Controladores Lógicos Programables (PLC), debido a que está basado en los esquemas eléctricos de control clásicos. Este estilo de programación es muy intuitivo y de fácil asimilación para los técnicos eléctricos, haciendo que estos se adapten muy rápidamente a este estilo de programación. Su principal ventaja es que los símbolos básicos están normalizados según normas estandarizadas y son empleados por todos los fabricantes.


Diagrama Funcional. Consiste en hacer un circuito similar al de las puertas lógicas pero con bloques funcionales. Los símbolos más utilizados habitualmente en los bloques funcionales son:

GRAFCET .Es un método similar a los árboles de decisión en que puede haber etapas simultáneas (en paralelo). Antes de cada etapa hay una transición, una rayita horizontal que cruza la línea simple representa una transición. No se puede rebasar la transición hasta que no se ha cumplido la condición que se especifica en ella.

En el GRAFCET las etapas se representan con cuadrados, que son en línea doble si se trata de etapas iniciales. Las acciones a realizar en cada etapa se representan con rectángulos que salen lateralmente de las etapas. Las líneas simples son los caminos según los cuales evoluciona el automatismo y las dobles indican que los caminos se bifurcan para dar lugar a etapas en paralelo (simultáneas).


6. DE 5 EJEMPLOS EN LOS QUE UTILIZARIA UN PLC. a. Automatización de apertura y cierre de una puerta. Este tipo de automatización se puede encontrar hoy en día, en una infinidad de instalaciones, desde garajes en nuestras casas hasta instalaciones industriales. Básicamente las puertas automatizadas nos permiten ejecutar la apertura y cierre de forma automatizada, bien sea por medio de una acción programada o por medios optoelectrónicos. Dejando de lado aspectos como la.

b. Control de Nivel de líquido en un depósito. Se propone la tarea de automatizar la regulación del nivel de un depósito de líquido, de manera que pueda garantizarse el suministro a las instalaciones situadas a un nivel más bajo. Cuando la cantidad de líquido sea demasiado escasa o cuando se corra el riesgo de que el depósito rebose, será preciso introducir y gestionar unas alarmas, y abrir o cerrar las electroválvulas respectivas, que permitan el paso de flujo de agua desde o hacia el tanque de almacenamiento.

c. Bandas Transportadoras. La automatización de las bandas transportadoras constituye una aplicación básica para la automatización de una planta industrial. Estas bandas son generalmente accionadas utilizando para ello un motor eléctrico trifásico. Haciendo uso de un variador de velocidad es posible aumentar o disminuir las revoluciones del motor, para así aumentar o disminuir la velocidad de desplazamiento de la banda según se requiera.

d. Domotización de una Residencia. Diseño, instalación y puesta en marcha de un sistema domótico en una vivienda de uso familiar . La domótica representa una importante ayuda para las personas ya que les permite ganar tiempo libre, evitando tener que dedicarse a acciones repetitivas, les ayuda a ahorrar dinero aumentando el control y sobre todo le permite disfrutar de una vivienda más confortable y segura. Como ventajas adicionales: aumento de la seguridad en el hogar, les ayuda a ahorrar energía y facilita el control integral de la casa.

e. Estación de embotellado. Realizar el diseño, implementación de una estación de embotellado completamente automatizada, que permita ahorra tiempo, mejorar la calidad y aumentar la cantidad de producto envasado.


7. HAGA UN RESUMEN SOBRE LA PROGRAMACION LADDER. El entorno de programación en ladder es el lenguaje elemental de los PLC. Los controladores de lógica programable (PLC) fueron desarrollados para reemplazar sistemas de control lógicos que utilizaban relés, debido a esto el lenguaje inicial para su programación debería tener una semejanza cercana con los diagramas utilizados en la lógica para relés, es así como nace el lenguaje de programación ladder, que permitió tanto a los ingenieros, como a los técnicos entender este lenguaje de programación con una mínima capacitación. El lenguaje de programación LADDER permite representar mediante el uso de símbolos: contactos N.A. (normalmente abiertos), contactos N.C. (normalmente cerrados), temporizadores, contadores, registros de desplazamiento, relés, etc. La principal ventaja de este lenguaje de programación, es que los símbolos básicos están normalizados según el estándar IEC (Comisión Electrotécnica Internacional) y son empleados por todos los fabricantes. La programación de un PLC mediante lógica ladder consiste en la elaboración de un programa de manera similar a como se dibuja un circuito de control eléctrico. El diagrama de escalera consta de dos líneas verticales que representan las líneas de alimentación. Los circuitos se disponen como líneas horizontales, es decir, como si fueran los peldaños de una escalera.

Se debe tener en cuenta que mientras en el diagrama eléctrico real todas las acciones ocurren simultáneamente, en el programa ladder se ejecutan de manera secuencial, y el orden de ejecución de las instrucciones siempre es de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo.


Contactos N.A o N.C: Son los elementos a evaluar para decidir si activar o no las salidas, son variables lógicas o binarias, que pueden tomar solo dos estados: 1(Cerrado) ó 0, (Abierto). Estos estados pueden provenir de entradas al PLC o de relés internos del mismo. Los contactos asociados a las entradas se representan generalmente con la letra "I" y dos números que indicaran el modulo al cual pertenecen y la bornera o pin de la entrada correspondiente en el PLC. Ejemplo: %I0.3 (Entrada 3 del módulo 0). Análogamente los contactos asociados con las salidas se representan generalmente con la letra "Q" y dos números que indicaran el modulo al cual pertenecen y la bornera o pin de la salida correspondiente en el PLC. Ejemplo: %Q0.3 (Salida 3 del módulo 0). Los contactos N.A. al activarse se cerraran. Los contactos N.C. al activarse se abrirán. En la siguiente tabla encontramos los principales símbolos utilizados en la programación.

Símbolo

Nombre

Descripción

Representa a un contacto normalmente abierto. Este componente puede estar Contacto NA asociado con una entrada física del PLC o con un contacto lógico asociado a un relé interno (auxiliar) del PLC. Representa a un contacto normalmente cerrado. Este componente puede estar Contacto NC asociado con una entrada física del PLC o con un contacto lógico asociado a un relé interno (auxiliar) del PLC.

Representa a un dispositivo genérico de salida que puede estar asociado a una Bobina NA salida física del PLC o a una salida lógica del diagrama escalera (por ej. una bobina de un relé interno del PLC). Bobina SET Una vez activa (puesta a 1) no se puede desactivar (puesta a 0) si no es por su


Bobina RESET

correspondiente bobina en RESET. Sirve para memorizar bits y usada junto con la bobina RESET dan una enorme potencia en la programación. Permite desactivar una bobina SET previamente activada.

Temporizador con retardo a la desconexión. Colocando en ALTO la entrada IN, se activa la salida Q, luego colocando a IN en BAJO Temporizador se activa el temporizador con el tiempo TOF prefijado en PT, después de terminar este tiempo, la salida Q se desactiva. ET muestra el tiempo transcurrido Temporizador con retardo a la conexión. Después de colocar en ALTO la entrada IN, se activa el temporizador con el tiempo Temporizador programado en PT, después de transcurrido TON este tiempo la salida Q se activa.ET muestra el tiempo transcurrido. Temporizador Monoestable. Cuando una transición de flanco ascendente, es detectada en la entrada IN, la salida Q se Temporizador activa. Este tipo de temporizador permite PT elaborar un impulso de duración precisa. Esta duración es programable.

Un flanco ascendente en la entrada CD decrementará la cuenta en 1. La salida Q se activará cuando la cuenta actual sea igual o Contador menor que cero. Si se le aplica un nivel Descendente lógico alto en la entrada LD, el contador se cargará con el valor que tenga la entrada PV (carga asíncrona). El pin de salida CV indica el valor actual de la cuenta.

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIAS E INGENIERIAS PROGRAMA DE INGENIERIA ELECTRONICA MODULO DE AUTOMATIZACION INDUSTRIAL TRABAJO COLABORATIVO I Un flanco ascendente en la entrada CU incrementará la cuenta en 1. Cuando la cuenta actual alcance al valor fijado en la entrada PV, la salida Q se activará. Si se le aplica un nivel lógico alto en la entrada R, el Contador contador se pondrá en cero (puesta a cero Ascendente asíncrona). El pin de salida CV indica el valor actual de la cuenta. Un flanco ascendente en la entrada CU incrementará al contador en 1, mientras que un flanco ascendente en la entrada CD lo decrementará en 1. Si se le aplica un nivel lógico alto en la entrada R, el contador se Contador pondrá en cero. Un nivel lógico alto en la Ascendente entrada LD cargará al contador con el valor Descendente que tenga la entrada PV. La salida QU se Programable activa cuando la cuenta actual sea mayor o igual que el valor fijado en la entrada PV. La salida QD se activa cuando la cuenta actual sea menor o igual que cero. El pin de salida CV indica el valor actual de la cuenta.

8. PIENSE Y PLANTE EN UN PROCESO QUE LE GUSTARIA ESTUDIAR PARA AUTOMATIZAR. Edificios Inteligentes. (Automatización de Hogares). Se trata de diseñar edificios o estructuras inteligentes que traigan a sus ocupantes un aumento de la comodidad, de la seguridad, del ahorro energético y de las funciones de comunicación.

Ventajas de la implementación del sistema en Edificios o viviendas convencionales: 

Obtener control remoto dentro de la vivienda, a través de un sistema de comunicación, ganando tiempo en labores que son comúnmente repetitivas. (Control de calefacción, control de iluminación, música ambiental, accesos con seguridad, persianas automáticas, Riego automático, etc.)



Obtener Control remoto fuera de la vivienda, utilizando para ello un teléfono celular o un terminal informático con acceso a internet.

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIAS E INGENIERIAS PROGRAMA DE INGENIERIA ELECTRONICA MODULO DE AUTOMATIZACION INDUSTRIAL TRABAJO COLABORATIVO I 

Obtener acceso automático a servicios de seguridad, bomberos, policía, emergencias, etc.



Obtener detección de averías en accesos, ascensores, o producción de incendios, fugas de gas y agua, etc.



Obtener control sobre el consumo de energía eléctrica mediante la implementación de sensores de presencia y temporizadores.

3. CONCLUSIONES

Gracias a la elaboración del presente trabajo se obtuvieron los siguientes resultados:



Observamos que los principales componentes que constituyen un PLC son: Unidad de procesamiento central o CPU, que es el cerebro del sistema donde queda consignada toda la parte de control del dispositivo, el bloque de Memorias, compuesto por tres tipos de memoria, la memoria ROM, donde se almacena el programa de verificación del correcto funcionamiento del dispositivo, la memoria de Programa, donde se almacena el programa de usuario del dispositivo y la memoria del almacenamiento que sirve de respaldo para el programa de usuario y la tabla de datos con las imágenes de las entradas y de las salidas, y finalmente el bloque de las Entradas/Salidas, en cuyas entradas se conectan los sensores o interruptores que informan las condiciones iniciales al dispositivo, y en cuyas salidas se conectan los actuadores respectivos que ejecutaran las acciones de control respectivas.



Examinamos que entre los principales tipos de programación que existen para desarrollar la lógica de control de los PLCs están el lenguaje LADDER, el más utilizado, basado en la tecnología de relés, el Diagrama funcional, basado en bloques funcionales similares a las puertas lógicas, y finalmente el GRAFCET, que guardan una cierta similitud con los diagramas de flujo, pero únicamente manejan rectángulos.



Abordamos diferentes problemas que se pudieran solucionar utilizando autómatas programables y concluimos que para desarrollar todo automatismo son necesarias tres etapas fundamentales: captación de señales por parte de los sensores, procesamiento de dichas señales por parte de la CPU, de acuerdo a la

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIAS E INGENIERIAS PROGRAMA DE INGENIERIA ELECTRONICA MODULO DE AUTOMATIZACION INDUSTRIAL TRABAJO COLABORATIVO I lógica de control almacenada en el programa de usuario y finalmente la ejecución de acciones llevada a cabo por los actuadores.

4. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 1. Navarro, Pérez, H.O. (2011), MODULO AUTOMATIZACION INDUSTRIAL/ UNAD. 2. Navarro, Pérez, H.O. (2008), AUTOMATIZACION INDUSTRIAL / UNAD.

PROTOCOLO

ACADEMICO

3. Navarro, Pérez, H.O. (2012), FORO TRABAJO COLABORATIVO UNIDAD 1/ UNAD.


Resumen PLC y Ladder

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