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Controladores Lógicos Programables. Antecedentes y definición. La gran mayoría de los procesos industriales requieren algún tipo de coordinación, supervisión o control. La necesaria automatización de estas funciones puede ser llevada acabo de muy diferentes formas, pero hasta hace algunos años, la práctica común consistía en el control de secuencias de operación en base a cuadros de relés y lautilización de módulos especiales para control de variables continuas como la temperatura y tableros de indicadores (luminosos, por ejemplo) para proveer la interfaz con un operador supervisor. Lamentablemente, cuando debía cambiarse el proceso, era necesario realizar modificaciones substanciales en el sistema de control del proceso lo cual implicaba grandes costos y demoras. Se requería algún tipo de reconfigurabilidad en el mismo diseño inicial. Para llevar más allá la idea de la flexibilidad, se concibió la posibilidad de utilizar un computador especializado en el tipo de tareas que normalmente se requería de un control de un proceso industrial: sensar de contactos, actuación de relés, conteo, temporización, procesamiento de señales continuas, etc. El hecho de utilizar un computador permite, en la mayoría de los casos cambiar la funcionalidad del control del proceso sin más que cambiar el programa, ya que en general todos los "componentes" necesarios como relés auxiliares, temporizadores, etc. Se encuentran ya implementados en el software interno del mencionado computador que es ahora el control del proceso industrial. En los casos en que las modificaciones sean tantas que la capacidad de sistema inicial quede superada, por lo común será posible expandirlo con hardware adicional para cumplir con las nuevas exigencias. La "especialización" del computador es básicamente de dos tipos: por un lado, y para facilitar su uso como control de proceso, debe ser programable con facilidad por técnicos habituados al funcionamiento de los controles más tradicionales y disponer de manera simple de todos los componentes de un sistema de control, a los que se hacía referencia, listos para ser utilizados. Por otra parte, el tipo de construcción y su tolerancia a condiciones ambientales y eléctricas extremas, debe permitirle desempeñarse con confiabilidad en todo tipo de montaje industrial. Este computador fácilmente programable para tareas de control, y concebido para ser utilizado en un ambiente industrial, es lo que se conoce como PLC (Programmable Logic Controller), en español, controlador lógico programable. Los controladores lógicos programables, son dispositivos electrónicos digitales que fueron investigados en 1969 para reemplazar a los circuitos de relevadores (relés) electromecánicos, interruptores y otros componentes comúnmente utilizados para el control de los sistemas de lógica combinacional. En los sistemas de lógica combinacional , el estado de una salida queda determinado por el estado de una cierta combinación de entradas sin importar la historia de éstas. Los PLC's resultaron muy atractivos ya que, a diferencia de los antiguos circuitos permiten reprogramación, ocupan comparativamente muy poco espacio, consumen poca potencia, poseen auto-diagnóstico y tienen un costo competitivo. Sin embargo, fueron las innovaciones tecnológicas en microprocesadores y memorias lo que a hecho tan versátiles y populares a los PLC's. Así, los PLC's pueden realizar operaciones aritméticas, manipulaciones complejas de datos, tienen mayores capacidades de almacenamiento y pueden comunicarse más eficientemente con el programador y con otros controladores y computadoras en redes de área local. Además, ahora muchos PLC's incorporan instrucciones y módulos para manejar señales análogas y para realizar estrategias de control, más sofisticados que el simple ON-OFF, tales como el control PID, inclusive con múltiples procesadores.

Partes de un Controlador Lógico programable Un PLC está compuesto de tres partes, la sección entrada salida E/S, el procesador y el dispositivo de programación terminal. Sección entrada salida (E/S).-Esta sección del PLC se encarga del trabajo de intercomunicación entre los dispositivos industriales y los circuitos electrónicos de baja potencia que se almacenan y ejecutan el programa de control que es operado por el usuario. La sección E/S contiene módulos de entrada y salida, (nuestro PLC contiene 16 convertidores de señal o terminales del modulo de entrada, que reciben señales de 24 V ca). Cada dispositivo de conmutación de entrada(interruptor) está conectado a una terminal particular de entrada, por tanto si un interruptor es accionado, aparecen 24 V ca en la terminal de entrada correspondiente, donde un convertidor de señal convierte ese voltaje ca a 1 digital y lo envía al procesador por medio de un cable conector. Contrariamente si no aparece voltaje, es decir si el interruptor está abierto, el convertidor de señal lo expresará como 0 digital y los enviará al procesador, de esta manera se comportan las otras 15 terminales restantes del convertidor. El modulo de salida contiene 16 amplificadores para cada terminal de salida, y funciona de esta manera si el procesador manda una señal digital de 1 lógico a un amplificador de salida este responde aplicando 24 V ca, a su respectiva terminal de salida. También funciona de manera inversa cuando se trata de 0 lógico, y así también se comporta todo el modulo de salida. Las condiciones de entrada se almacenan en una parte de la memoria del procesador denominada archivo de imágenes de entrada. Esto es que cada terminal del modulo de entrada tiene su lugar dentro del archivo de imágenes de entrada. y este lugar solo sirve para guardar el ultimo registro de estado de un terminal de entrada(1 lógico o HI, 0 Lógico o LO) Las condiciones de salida se almacenan de manera similar en el archivo de imágenes de salida, y cuya función es idéntica al archivo de imágenes de entrada. La única diferencia es el flujo de información, mientras que en la salida, el flujo es del archivo de imágenes de salida al módulo de salida; en la entrada el flujo es del modulo de entrada al archivo de imágenes de entrada. Cada terminal de entrada o salida, tiene su lugar el archivo de imágenes correspondiente, ubicados en localidades e identificados respectivamente por direcciones, el sistema de direcciones para cada terminal salida y entrada varía según el fabricante para el PLC, (para nuestro PLC el fabricante es la empresa FESTO) por ejemplo una terminal de entrada se denomina I1.0, y una terminal de salida se denomina O2.0. Una subsección del procesador que se encarga de la ejecución del programa se denomina unidad de procesamiento central o simplemente CPU. Cuando el CPU ejecuta un programa de control, el archivo de imágenes de salida se está actualizando continuamente y de inmediato, esto es necesario pues las condiciones de salida afectan instrucciones posteriores del programa. Por tanto el archivo de imágenes de salida tiene doble función, la primera es la recepción inmediata de información del CPU, para después pasarla a los módulos E/S; por otra parte también tiene que ser capaz de pasar información de salida de regreso al CPU, en otras palabras cuando una instrucción del usuario que el CPU está procesando solicita un elemento de la información de salida. El archivo de imágenes de entrada no es de naturaleza doble pues su única misión es adquirir información de los terminales de entrada y pasar esta información al CPU. Otra parte importante del procesador es el que se usa para el almacenamiento de instrucciones del programa de control, denominado memoria del programa de usuario, puesto que el programa de control es modificado y operado por el usuario. Esta función de crear, modificar el programa de control, es el procedimiento para programar el PLC. A medida que el usuario ingresa instrucciones, automáticamente estas se guardan en localidades secuenciales en la memoria del programa de usuario, que es autocontrolado por el PLC; la cantidad de instrucciones varía según cuan complicado sea el proceso a controlar. Cuando el proceso de programación es completado se pasa al modo de ejecución, lo que hace que el CPU ejecute el programa de principio a fin repetidamente. En Resumen el procesador ejecuta las siguientes tareas explicadas en la figura mostrada en la parte superior de la página. Entonces siguiendo el gráfico el procesador, primero(1) trae las instrucciones de la memoria del programa usuario a la CPU, después(2) obtiene la información de E/S de los archivos de imágenes, y datos de la memoria de datos variable; para luego (3) ejecutar las instrucciones, que comprende (4) la toma de decisiones lógicas sobre los estados adecuados de las salidas, y causar que esos estados aparezcan en el archivo de imágenes de salida, y por

último el cálculo de los valores de datos variables y su almacenamiento en la memoria de datos variables. Ahora, pasando a un nuevo punto, cuando se dice que el CPU ejecuta un programa, lo hace en una serie repetitiva de eventos, de forma cíclica, por tal razón esta forma se conoce como ciclo de barrido completo; comenzando con la primera operación que es el barrido de entrada, durante este estado, el estado actual de cada terminal de entrada se almacena en el archivo de imágenes de entrada actualizándolo, el tiempo en el que el PLC realiza está operación depende de la cantidad de módulos, terminales en la sección E/S, la velocidad del CPU y otras características técnicas. Aproximadamente un sistema de 16 terminales tendrá un tiempo de barrido de unos cuantos cientos de microsegundos. Después del barrido de entrada, el procesador ejecuta el programa de control, que consiste empezando desde la primera instrucción, llevando a cabo su secuencia de ejecución para después pasar a la siguiente instrucción, y así hasta la última. Este proceso es llamado barrido de programa, cuyo tiempo de lectura está en el orden de los milisegundos. Cuando se ejecuta el programa de control, el procesador mantiene actualizado, el archivo de imágenes de salida, pero no las terminales de salida, entonces el proceso en que el archivo de imágenes de salida se transfiere a las terminales de salida se denomina barrido de salida. Hay ocasiones que durante la ejecución de un programa de control puede ser necesario actualizar de inmediato una terminal de salida. Algunos PLC tienen el mecanismo para hacer esto, su conjunto de instrucciones tiene una opción, que obedece a la instrucción de salida inmediata, que temporalmente suspende la operación normal del programa de actualizar la terminal de salida y regresar al programa. En la siguiente figura se puede apreciar el ciclo completo de barrido de un PLC, con sus tres pasos: barrido de entrada, ejecución del programa y barrido de salida.

Dispositivo de programación. Un parte esencial de un PLC es el dispositivo de programación, o terminal de programación. Algunos PLC están equipados con su propio dispositivo de programación construido por el fabricante del PLC. Pero en muchas instalaciones el dispositivo de programación es una computadora portátil o de escritorio que viene equipada con una tarjeta de interfaz de comunicación con el procesador del PLC unidos mediante un cable serial. La computadora además tiene que tener instalado un sofware especial instalado en el disco duro, que es proporcionado por el fabricante del PLC.

3. Diferentes sistemas de programación Con el fin de simplificar la tarea de programación, y de hacerla accesible a quienes no han tenido experiencia previa con computadores, se han concebido distintos métodos más o menos estándares de programación de PLC. El primero 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. Otro método consiste en la utilización de símbolos gráficos que representan determinadas operaciones básicas del PLC (Grafcet). La principal ventaja de este sistema es que está standarizado y que no depende de la marca de PLC que se esta programando. Además, existen programas para computadora personal que permiten contruir los programas de PLC de forma gráfica, por manipulación de estos símbolos. Finalmente, existe el método de programación Ladder, que dada su sencillez y similitud con un diagrama eléctrico es el más difundido.

Lenguajes de programación de PLC's Al inicio, la utilización de un lenguaje de programación con una estructura o representación similar a la de los arreglos de relevadores en escalera (diagramas de escalera), fue una buena elección ya que facilitaba el entrenamiento de los operadores que ya conocían estos diagramas. Así, el primer lenguaje de programación para PLC's, considerado de bajo nivel, fue el "Lenguaje de Escalera". Aún hoy se utiliza este lenguaje, así como el "lenguaje Booleano" que se basa en los mismos

principios del algebra booleana. Este último utiliza nemónicos (AND, OR, NOT, NAND, etc.) enteramente equivalentes al Lenguaje de Escalera. Cuando se comprendió el gran potencial de los PLC's , como poderosas computadoras que son y se dio la evolución de capacidades que ahora tienen, que no poseían los antiguos circuitos, aparecieron los lenguajes de alto nivel como el "lenguaje de escalera" pero, con la adición de funciones especiales complejas, que en el diagrama de escalera aparecen en el lugar de las salidas". Luego, se desarrollaron los Lenguajes Especiales de Computadora, también de alto nivel, que son muy similares a los lenguajes de programación de computadoras como el Basic y el C, para hacer cada vez más amigable la programación. Los lenguajes de lógica de relevadores en escalera (LLRE) que hemos mencionado, utilizan un marco de programación que obliga al programador a centrarse en cada salida individualmente, en lugar de hacerlo en el flujo y operación del proceso o sistema que se controla. La programación con un LLRE requiere el uso de soluciones de casos especiales, eliminando la posibilidad de una programación limpia, directa y elegante. Adicionalmente, muy a menudo los programas resultantes son difíciles de modificar por no tener una estructura modular. Para mejorar la programación en estos aspectos, se han propuesto metodologías de programación basadas en reglas como la lógica difusa y la lógica de estado. Lógica de Estado La lógica de estado es una metodología para el control de sistemas que no se basa en la lógica combinacional, sino en la teoría de la Máquina de Estado Finita. Los lenguajes de lógica de estado, son lenguajes de programación de muy alto nivel, cuyo poder y flexibilidad se derivan del ajuste fiel entre el problema a resolver y el modelo sobre el cual se basa. Con estos lenguajes, el desarrollo y modificación del sistema es mucho más fácil y rápida que con lenguajes de nivel más bajo. El programador puede olvidarse de los códigos simplemente concentrarse en la comprensión del sistema de control. Observemos primero que, cada proceso en un sistema real, atraviesa una secuencia de estados y cada máquina o proceso es una colección de dispositivos o componentes físicos. Además la operación de cualquiera de estos dispositivos, puede ser descrita como una secuencia de pasos con respecto al tiempo. Inclusive los procesos continuos pasan por estados, por ejemplo, fases de: arranque, manual (o automático), operación normal y parada. No resulta difícil, tampoco, expresar explícitamente las condiciones de prueba o eventos que causan que un dispositivo cambien de estado, por ejemplo: "si el nivel del tanque está por debajo del 50%, arranque la bomba # 1 y encienda la luz indicadora". Así, todas las actividades físicas pueden ser descritas en esta forma. El modelo de lógica de estado, en el cual se basan estos lenguajes, es un modelo jerárquico. Éste consiste de tareas (tasks), subdivididas en estados (states), los cuales son descritos por enunciados (statements) o comandos. Tareas: Son el elemento estructural primario del modelo de lógica de estado. Una tarea es una descripción de una actividad del proceso, expresada secuencialmete y en relación al tiempo. Si estuvíesemos describiendo el motor de un auto, las tareas serían: la tarea del sistema de arranque, la tarea del sistema de carga, la tarea del sistema eléctrico, etc., algunas de ellas pudiendo operar en forma paralela. ESTADOS: Describen la condición (status) o valor de una salida o grupo de salidas. Cada estado implica un conjunto de "tiempos" por los cuales pasa la tarea y cuya duración no es fijada en el modelo. Cada estado contiene también las reglas de transición de estados. ENUNCIADOS: Se usan para describir la actividad relacionada con la salida de cada estado. Es el conjunto de comandos que forman la descripción de los estados

4. Sistema de Programación 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. Cabe mencionar que en estos diagramas la línea vertical a la izquierda representa un conductor con tensión, y la línea vertical a la derecha representa tierra.

Usos Industriales de I/O "Automatización De Fábrica "Automatización Del Laboratorio "supervisión de proceso y control "máquina que supervisa y control "registración de datos networked o independiente "control del medio ambiente y control "Adquisición De Datos Alejada

Diferencias Básicas entre un PLC y una computadora. Aunque trabaja bajo los mismos principios que una computadora existen diferencias entre ambas como son : El PLC realiza funciones más específicas que una computadora. El PLC soporta tratos más rudos que la computadora. El PLC realiza solo una acción a la vez y la computadora realiza varias a la vez. El PLC solamente consta de un módulo de entradas un CPU y un modulo de salidas, y la computadora esta conformada por dispositivos de entrada y salida, memoria, memoria de acceso aleatorio, memoria únicamente de lectura, CPU, Unidad lógico aritmética, registros,etc.

Bibliografía - INTRODUCCIÓN A LA PROGRAMACIÓN DE PLC'S (Jorge M. Tirabasso). -Manual PLC Fanuc GE, 90-30 Series. http://wwwlhc.cern.ch/IndCtrl/PLC/Recomm.html

www.infodev.upc.edu.pe/ieee/La%20Rama/proyectos/Control%20Neumatico_PLC/CONT ROL_NEUMATICO_PLC.HTML www.fim.utp.ac.pa/Revista/vol1/plc.html