• Author / Uploaded
• Anonymous 0FaYDmm

Citation preview

Scientia et Technica Año XVIII, No 08, Mes 04 de Año17 Universidad Tecnológica de Pereira. ISSN 0122-1701

1



Informe de laboratorio, programación y uso del PLC Laboratory report, programming and use of the PLC Autor 1: Juan David Buitrago Autor 2: Juan David Mesa, Autor 3: Daniel Felipe Sepúlveda Autor 4: Juan Felipe Vargas Universidad Tecnológica de Pereira, Facultad de Tecnología Ingeniería Mecatrónica. Correo-e: [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]

incorporan ahora más pequeños tamaños, más velocidad de las CPU y redes y tecnologías de comunicación diferentes. Se puede pensar en un PLC como un pequeño computador industrial que ha sido altamente especializado para prestar la máxima confianza y máximo rendimiento en un ambiente industrial. En su esencia, un PLC mira sensores digitales y analógicos y switches (entradas), lee su programa de control, hace cálculos matemáticos y como resultado controla diferentes tipos de hardware (salidas) tales como válvulas, luces, relés, Palabras clave—PLC, automatización, programación, software, servomotores, etc. en un marco de tiempo de milisegundos. Resumen— El PLC se ha vuelto en una herramienta muy útil a la hora de automatizar los procesos industriales, su fácil manipulación y su programación son muy aptos para el uso pedagógico. Los PLC o Autómatas programables son elementos electrónicos que se usan en procesos productivos automáticos secuenciales, capaces de comandar elementos o aparatos en tiempo real, se pueden programar por software o consola de programación y cuando se quiera cambiar el diseño de producción o funcionamiento de los aparatos, se pueden reprogramar.

producción, elementos electrónicos. Abstract— The PLC has become a very useful tool when it comes to automating industrial processes, its easy manipulation and its programming are very suitable for pedagogical use. PLCs or programmable controllers are electronic elements that are used in sequential automatic production processes, capable of controlling device elements in real time, can be programmed by software or programming console and when you want to change the design of production or operation of the devices , Can be reprogrammed. Key Word — PLC, automation, programming, software, production, electronic elements.

I.

INTRODUCCIÓN

Los Controladores Lógicos Programables (PLC) continúan evolucionando a medida que las nuevas tecnologías se añaden a sus capacidades. El PLC se inició como un reemplazo para los bancos de relevos, poco a poco las matemáticas y la manipulación de funciones lógicas se añadieron, hoy en día son los cerebros de la inmensa mayoría de la automatización, procesos y máquinas especiales en la industria. Los PLC

Fecha de Recepción: 08 de Marzo de 2017 Fecha de Aceptación:

II.

CONTENIDO

1- Marco teórico Primero es importante saber que es la automatización; la automatización es un sistema donde se trasfieren tareas de producción, realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnológicos. Un sistema automatizado consta de dos partes principales: La Parte Operativa es la parte que actúa directamente sobre la máquina. Son los elementos que hacen que la máquina se mueva y realice la operación deseada. Los elementos que forman la parte operativa son los accionadores de las máquinas como motores, cilindros, compresores y los captadores como fotodiodos, finales de carrera. La Parte de Mando suele ser un autómata programable (tecnología programada), aunque hasta hace bien poco se utilizaban relés electromagnéticos, tarjetas electrónicas o módulos lógicos neumáticos (tecnología cableada) . En un sistema de fabricación automatizado el autómata programable esta en el centro del sistema. Este debe ser capaz de comunicarse con todos los constituyentes de sistema automatizado.

Scientia et Technica Año XVIII, No 08, Mes 04 de Año17 Universidad Tecnológica de Pereira. 2

Una de las herramientas actuales más utilizadas en la automatización es el PLC por su fácil programación y manejo, lo que ha facilitado en las industrias el manejo de sus procesos. Con la inclusión de los PLC se ha logrado mayor eficiencia a la hora de desarrollar todo tipo de procesos.

Figura 2.Partes del PLC

Figura 1. Controlador Lógico Programable PLC

EL PLC es un aparato electrónico operado digitalmente que usa una memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones las cuales implementan funciones específicas tales como lógicas, secuénciales, temporización, conteo y aritméticas, para controlar a través de módulos de entrada /salida digitales y analógicas, varios tipos de máquinas o procesos. Una computadora digital que es usada para ejecutar las funciones de un controlador programable.Se excluyen los controles secuenciales mecánicos. De una manera general podemos definir al controlador lógico programable a toda máquina electrónica, diseñada para controlar en tiempo real y en medio industrial procesos secuenciales de control. Su programación y manejo puede ser realizado por personal con conocimientos electrónicos sin previos conocimientos sobre informática. También se le puede definir como una "caja negra" en la que existen unas terminales de entrada a los que se conectaran pulsadores, finales de carrera, foto celdas, detectores, etc... Unos terminales de salida a los que se le conectaran bobinas de contactores, electro válvulas, lámparas., De tal forma que la actuación de estos último están en función de las señales de entrada que estén activadas en cada momento, según el programa almacenado.





Esto quiere decir auxiliares, relees de encallamiento, temporizadores, contadores... Son internos. La tarea del usuario se reduce a realizar el "programa que no es más que la relación entre las señales de entrada que se tienen cumplir para activar cada salida. Los Controladores Lógicos Programables, (PLC s, Programable Logic Controller), nacieron esencialmente como tales, a finales de la década de los 60s y principios de los 70s. Las industrias que propiciaron este desarrollo fueron las automotrices. Ellas usaban sistemas industriales basadas en reveladores, en sus sistemas de manufactura. Buscando reducir los costos de los sistemas de control por relevadores, la General Motor preparo en 1968 ciertas especificaciones detallando un "Controlador Lógico Programable", Estas especificaciones definían un sistema de control por relevadores que podían ser asociado no solamente a la industria automotriz, si no prácticamente a cualquier industria de manufactura. Los PLCs surgen como equipos electrónicos sustitutos de los sistemas de control basados en relevadores, que se hacían más complejos y esto arrojaba ciertas dificultades en cuanto a la instalación de los mismos, los altos costos de los equipos. Los altos costos de operación y mantenimiento y la foca Flexibilidad y confiabilidad de los equipos. Existen compactos y modulares, varían según el número de entradas y salidas, además las entradas pueden ser digitales o análogas, las salidas lentas o rápidas, otra variable es la capacidad de memoria. Por lo general sus partes se dividen en tres, el bloque de entradas, la CPU, el bloque de las salidas.

Scientia et Technica Año XVIII, No 08, Mes 04 de Año17 Universidad Tecnológica de Pereira..



3

En el caso de cableado para redes caseras, los dispositivos PLC se utilizan como sustitutivos de las redes Ethernet. Concretamente, el uso de varios dispositivos PLC equivale a una conexión Ethernet con medio de acceso compartido, esto es, es como si estuviéramos conectando los ordenadores a un concentrador en vez de a un conmutador.

Figura 3.Diagrama de bloques composición del PLC

Los primeros PLCs se usaron solamente como reemplazo de relevadores, es decir, su capacidad se reducía exclusivamente al control On -Off (de dos posiciones) en máquinas y procesos industriales. De hecho todavía se siguen usando en muchos casos como tales. La gran diferencia con los controles por relevador fue su facilidad de instalación, ocupan menor espacio, costo reducido, y proporcionan autodiagnósticos sencillos. 2- Funcionamiento Todos los PLC trabajan con corriente continua y por lo general 24 Volts, aunque existen en el mercado algunos modelos para 220 Volts corriente alterna, esto se debe a que el aparato trae en el interior su propia fuente de tensión. Las entradas trabajan con la misma tensión de alimentación que la CPU, en cambio las salidas pueden trabajar con cualquier tensión siempre y cuando no se exceda el dieléctrico del material de fabricación del PLC; el cable que comunica el PC con el PLC se llama Interface, por lo general los PLC se montan sobre un riel DIN, normalizado.

Figura 4. Cable para comunicación RS232

Algunos modelos de PLC tienen más de 100 temporizadores de diferentes tipos, también más de 100 contadores y serie de otras funciones especiales tales como salidas internas, comparadores de diversas características, relés de impulsos entre otros. ____________________________

Una vez que se pone en marcha, el procesador realiza una serie de tareas según el siguiente orden: a) Al encender el procesador ejecuta un auto-chequeo de encendido y bloquea las salidas. A continuación, si el chequeo ha resultado correcto, el PLC entra en el modo de operación normal. b) El siguiente paso lee el estado de las entradas y las almacena en una zona de la memoria que se llama tabla de imagen de entradas (hablaremos de ella mas adelante). c) En base a su programa de control, el PLC actualiza una zona de la memoria llamada tabla de imagen de salida. d) A continuación el procesador actualiza el estado de las salidas "copiando" hacia los módulos de salida el estado de la tabla de imagen de salidas (de este modo se controla el estado de los módulos de salida del PLC, relay, triacs, etc.). e) Vuelve a ejecutar el paso b) Cada ciclo de ejecución se llama ciclo de barrido (scan), el cual normalmente se divide en: • Verificación de las entradas y salidas • Ejecución del programa Para poder programar el PLC, es necesario hacer el programa en papel y este se realiza en diagrama escalera, usando contactos cerrados y o abiertos según corresponda, además se deben dibujar las salidas de acuerdo a lo que se requiera, para esto los contactos abiertos se dibujan con dos paralelas verticales y los contactos cerrados, con dos paralelas verticales atravesadas por una diagonal, las salidas a bobinas (salidas reales o internas) se representan con un paréntesis o en algunos casos con un pequeño circulo. 3- Programación Para la programación de los PLC se usa el lenguaje de Ladder, el lenguaje Ladder, diagrama de contactos, o diagrama en escalera, es un lenguaje de programación gráfico muy popular dentro de los autómatas programables debido a que está basado en los esquemas eléctricos de control clásicos. De este modo, con los conocimientos que todo técnico eléctrico posee, es muy fácil adaptarse a la programación en este tipo de lenguaje.

Scientia et Technica Año XVIII, No 08, Mes 04 de Año17 Universidad Tecnológica de Pereira. 4

lógico; su activación equivale a decir que tiene un cero lógico, su comportamiento es complementario al de la bobina NA. La Bobina SET una vez activa (1 lógico) no se puede desactivar (0 lógico) si no es por su correspondiente bobina en RESET. Sirve para memorizar bits. La Bobina JUMP permite saltarse instrucciones del programa e ir directamente a la etiqueta que se desee. Sirve para realizar subprogramas.

Figura 5. Ejemplo de programación en Lenguaje Ladder

Ladder es uno de los varios lenguajes de programación para los OLC estandarizados con IEC 61131-3. Para programar un autómata con Ladder, además de estar familiarizado con las reglas de los circuitos de conmutación, (también denominada Lógica de Contactos), es necesario conocer cada uno de los elementos que componen este lenguaje.

En la programación Ladder, se suele indicar mediante los caracteres B ó M y tienen tanto bobinas como contactos asociados a las mismas de los tipos vistos en el punto anterior. Su número de identificación suele oscilar, en general, entre 0 y 255. Su utilidad fundamental es la de almacenar información intermedia para simplificar esquemas y programación. En forma práctica, los contactos pueden representar, de acuerdo a la programación que se realice, la entrada de información, por ejemplo la activación de un sensor, o la activación de una memoria interna, comúnmente denominada M. Las Bobinas, representan a esas memorias M así como las salidas al exterior, activan o desactivan elementos como puede ser una luz, un motor eléctrico, o un solenoide de una válvula neumática. Temporizadores: El temporizador es un elemento que permite poner cuentas de tiempo con el fin de activar bobinas pasado un cierto tiempo desde la activación.

Figura 7.Temporizador

Figura 6. Elementos básicos en Ladder

El contacto NA (normalmente abierto) se activa cuando hay un uno lógico en el elemento que representa; esto es, una entrada, una variable interna o un bit de sistema. La Bobina NC (normalmente cerrada) se activa cuando la combinación que hay a su entrada (izquierda) da un cero





Podemos observar, en la figura 7el esquema de un temporizador, Tii, con dos entradas (E y C a la izquierda) y dos salidas (D y R a la derecha) con las siguientes características: • Entrada Enable (E): Tiene que estar activa (a 1 lógico) en todo momento durante el intervalo de tiempo, ya que si se desactiva (puesta a cero lógico) se interrumpe la cuenta de tibia (puesta a cero temporal). • Contadores:El contador es un elemento capaz de llevar el cómputo de las activaciones de sus entradas, por lo que resulta adecuado para memorizar sucesos que no tengan que ver con el tiempo pero que se necesiten realizar un determinado número de veces.

5

Scientia et Technica Año XVIII, No 08, Mes 04 de Año17 Universidad Tecnológica de Pereira..



El orden de ejecución es generalmente de arriba a bajo y de izquierda a derecha, primero los contactos y luego las bobinas, de manera que al llegar a éstas ya se conoce el valor de los contactos y se activan si procede. El orden de ejecución puede variar de un autómata a otro, pero siempre se respetará el orden de introducción del programa, de manera que se ejecuta lo que primero se introduce. Figura 8. Contador

En el contador de la figura 8, Ci, bastante usual, donde pueden distinguirse las siguientes entradas y salidas: • Entrada RESET (R): Permite poner a cero el contador cada vez que se activa. Se suele utilizar al principio de la ejecución asignándole los bits de arranque, de modo que quede a cero cada vez que se arranca el sistema. • Entrada PRESET (P). Permite poner la cuenta del contador a un valor determinado distinto de cero, que previamente se ha programado en Cip. • Entrada UP (U): Cada vez que se activa produce un incremento en una unidad de la cuenta que posea en ese momento el contador. • Entrada DOWN (D): Cada vez que se activa produce un decremento en una unidad de la cuenta que posea en ese momento el contador. • Salida FULL (F): Se activa al producirse un desbordamiento del valor del contador contando en sentido ascendente. • Salida DONE (D): Se activa cuando el valor del contador se iguala al valor preestablecido Cip. • Salida EMPTY (E): Se activa al producirse un desbordamiento del valor del contador contando en sentido descendente. Una vez conocidos los elementos que LADDER proporciona para su programación, resulta importante resaltar cómo se estructura un programa y cuál es el orden de ejecución.

Figura 9. Esquema que representa la estructura general de la distribución del programa Ladder (contactos a la izquierda y bobinas y otros elementos a la derecha).

En cuanto a su equivalencia eléctrica, podemos imaginar que la línea vertical de la izquierda representa el terminal de alimentación, mientras que la línea vertical de la derecha representa el terminal de masa.

____________________________

Sistemas combinacionales Aunque en los sistemas industriales la programación se centra en procesos secuenciales, no teniendo demasiado interés los procesos combinacionales, es necesario conocer la lógica combinacionál ya que en muchas ocasiones es necesaria en la programación secuencial. Una vez obtenida la función lógica de un problema combinacional, el paso a Ladder o esquema de contactos es muy sencillo. De acuerdo con el álgebra de Boole aplicada a la conmutación, las sumas serán contactos en paralelo, los productos contactos en serie y las negaciones contactos normalmente cerrados.

Figura 10. LADDER para la función M = A(B'+C)D'

Elementos de memoria La conexión tradicional para realizar una función de memoria en los circuitos con relés, es el circuito con auto alimentación. Esto se consigue mediante la conexión de un contacto NA del relé en paralelo con el pulsador de marcha.

Figura 11. a)Circuitos con autoalimentación con prioridad a la desconexión ab) Circuitos con autoalimentación con prioridad a la conexión

Figura 12. Circuito equivalente en Ladder.

Scientia et Technica Año XVIII, No 08, Mes 04 de Año17 Universidad Tecnológica de Pereira. 6

Sin embargo, con LADDER el esquema puede quedar mucho más sencillo si empleamos las bobinas de SET para la marcha y RESET para paro:

1 2 3 4 5 6 7

Figura 13.Circuito de marcha y paro con bobinas SET y RESET

8

En este caso la prioridad dependerá del PLC utilizado, aunque usualmente la función RESET tiene prioridad sobre la SET.

9

Tierra de chasis Recibe los datos (RD) Transmite los datos (TD) Terminal de Datos esta Listo (DTR) Tierra de señal Conjunto de Datos esta Listo (DSR) Solicita Permiso para Enviar Datos (RTS) Pista Libre para Enviar Datos (CTS) Timbre Telefónico (RI)

Tabla 1. Propósito de los pines DB9

Uso de las señales RS232 5. Comunicación La comunicación del PLC con la computadora se realiza mediante un cable de comunicación serial, este permite que ambos dispositivos se comuniquen.Este cable de comunicaciones respeta el estándar RS232.

Propósito Tierra de Chasis Recibe Datos (RD) Transmite Datos (TD) Terminal de Datos Listo (DTR) Tierra de señal Conjunto de Datos Listo (DSR)

Figura 14. Cable para comunicación RS232

Este estándar se ha logrado mediante un consenso entre los fabricantes de equipos eléctricos de los EEUU, quienes tienen una asociación que se llama la EIA Electronics Industry Association. Las 2 primeras siglas (RS) del nombre RS232, significa Recommended Standard o Estándar Recomendado. En otras palabras, no es obligatorio que se siga este estándar. En un extremo del cable de comunicaciones se encuentra un conector llamado DB9, el cuál es nombrado así por su forma de D y está compuesto por 9 pines. El Cable Adaptador USB a Serie RS232 permite conectar dispositivos de 9 pines (DB9) a un ordenador a través de un puerto USB, como si el ordenador ofreciera un puerto serie integrado. El cable integrado permite conectar el adaptador directamente desde el dispositivo de puerto serie al ordenador sin requerir cables adicionales. Propósito de los pines DB9 Pines Propósito





Solicita Permiso para Enviar Datos (RTS)

Pista Libre para Enviar Datos (CTS) Timbre Telefónico (RI)

Uso Se conecta internamente al chasis del dispositivo Por esta pin entran los datos del dispositivo externo al PLC Por esta pin salen los datos del PLC para ir al dispositivo externo Este pin realiza el control maestro del dispositivo externo. Cuando este pin esta en 1, el dispositivo externo no transmite ni recibe datos Esta pin es la referencia de señal para los voltajes. Por lo general, los dispositivos externos tienen esta pin con un valor permanente de 0. El PLC usa este valor para saber si que el dispositivo externo esta listo y en espera. Esta parte del hardware se usa para “estrecharse la mano” entre los dispositivos que se están comunicando. Cuando el PLC desea enviar datos al dispositivo externo, pone esta pata en 0. Es como si dijera: “Deseo enviarte datos, ¿estas de acuerdo?”. Si el dispositivo externo esta de acuerdo, pone un 0 en el pin que se llama Pista Libre para Enviar Datos (CTS). Entonces el PLC puede enviar datos. Esta es la otra mitad del hardware usado para “estrecharse la mano”. El dispositivo externo pone esta pata en 0 cuando esta lista para recibir datos del PLC. Esta pin se usa solo cuando el PLC esta conectado a un modem.

Tabla 2. Uso de las señales RS232

7

Scientia et Technica Año XVIII, No 08, Mes 04 de Año17 Universidad Tecnológica de Pereira..



Luego de hacer esta evaluación se realiza el respectivo plan de mantenimiento, pero en el caso de que sea necesario hacer un cambio del PLC en el sistema, se ilustra a continuación en sencillos pasos el desarrollo del cambio del PLC:

Figura 15. Esquema de construcción de cable para comunicación comunicación DB9 (hembra-macho)

6. Mantenimiento Como cualquier otra máquina, los PLC necesitan de un mantenimiento preventivo o inspección periódica; esta inspección ha de tener una periodicidad tanto más corta cuanto más complejo sea el sistema, y puede variar desde semanalmente hasta anualmente. Aunque la fiabilidad de estos sistemas es alta, las consecuencias derivadas de sus daños originan un alto coste, por lo que es necesario reducir esta posibilidad al mínimo. Por ser un elemento electrónico complejo y debido a la importancia que ha de darse a su rápida reparación. Es conveniente hacer un mantenimiento preventivo, para este en necesario disponer de una carpeta de mantenimiento con fichas en las cuales se haya confeccionado un cuadro que recoja los datos de las inspecciones periódicas, indicando fecha y, en apartado significativo, las averías detectadas y corregidas.

Figura 16. Operación de cambio de PLC

1.

Se deben retirar los tornillos de sujeción del PLC, los cuales están sobre el riel que sostiene al PLC.

Figura 17. Operación de cambio de PLC

2.

Tabla 3. Evaluación para mantenimiento preventivo

____________________________

Igualmente es necesario retirar los tornillos que sujetan la placa que uno al PLC con los cables de entrada y salida, de lo cuál obtenemos lo siguiente:

Scientia et Technica Año XVIII, No 08, Mes 04 de Año17 Universidad Tecnológica de Pereira. 8

III. CONCLUSIONES En procesos de producción periódicamente cambiantes, en donde programas en desuso, vuelven al cabo del tiempo a ser puestos en funcionamiento, juega un papel importante la posibilidad de grabación de archivos para su posible uso en el futuro, con su configuración actual, o con las correspondientes modificaciones que sean necesarias hacer, por eso el PLC y su programación son una herramienta muy útil en la industria y la automatización.

Figura 18. Operación de cambio de PLC

Los PLC presentan grandes ventajas sobre la lógica cableada ya que se cuenta con la posibilidad de introducir, borrar y modificar los programas, pero también la de poder grabarlos y almacenarlos. Para hacer la programación de los PLC, es muy útil conocer los componentes del entorno de programación o los software necesarios para desarrollar los programas. A la hora de realizar la lógica necesaria que será utilizada en los procesos que debemos optimizar y automatizar, es necesario conocer qué operación vamos a realizar y qué elementos serán los operadores (símbolos-parámetros). RECOMENDACIONES En la práctica y uso de los PLC, es necesario contar con un espacio en el que se pueda desarrollar un trabajo grupal y en el que todos los integrantes puedan manipular y manejar el PLC, por eso sería útil contar con más herramientas en el laboratorio para el desarrollo de las clases y las prácticas. REFERENCIAS

Figura 19. Operación de Cambio PLC

3.

Aquí se libera totalmente el PLC del sistema al que se encontraba conectado, se le debe hacer un análisis y una revisión e de sus componentes para revisar si se puede reparar o si es necesario hacer un cambio de PLC.

Figura 20. Operación de cambio de PLC



[1]. Allen – Bradley “Controladores Programables PLC” documento de literatura universitaria. [2]. Anderson Ramírez,”Comunicación serial RS232” (2013) Blog de investigación. Disponible en: http://andersonramirez.tripod.com/rs232.htm#Tierr a de Chasis [3]. Rocatek, “Qué es un PLC” (2004) Sitio Web Disponible en: http://www.rocatek.com/forum_plc1.php [4]. StartTech México “Cable RS232” (1987) Sitio Web Disponible en: https://www.startech.com/mx/Tarjetasperifericos/Tar jetas-Seriales/Cable-Adaptador-USB-a-Serie-RS232DB9-DB25-Macho-a-Macho~ICUSB232DB25 [5]. Norberto Molinari, “Curso sobre Controladores Lógicos Programables (PLC).” (2015) Curso virtual Disponible en: http://www.edudevices.com.ar/download/articulos /PLC/CURSO_PLC_007.pdf