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PLC JUAN CARLOS HERNANDEZ MELLIZO. CENTRO DE DISEÑO Y METROLOGIA, SERVICIO NACIONAL DE APREDIZAJE-SENA BOGOTA, COLOMBIA [email protected]

Abstract- este documento nos permite recoger las principales características, descripción, funcionamiento y normas generales de uno de los componentes más importantes en la automatización de procesos y maquinas herramientas los PLC. I.

INTRODUCCION.

HISTORIA DE LOS PLCs En 1969 la División Hydramatic de la General Motors instaló el primer PLC para reemplazar los sistemas inflexibles cableados usados entonces en sus líneas de producción. Ya en 1971, los PLCs se extendían a otras industrias y, en los ochentas, ya los componentes electrónicos permitieron un conjunto de operaciones en 16 bits, Comparados con los 4 de los 70s, en un pequeño volumen, lo que los popularizó en todo el mundo. En los 90s, aparecieron los microprocesadores de 32 bits con posibilidad de operaciones matemáticas complejas, y de comunicaciones entre PLCs de diferentes marcas y PCs, los que abrieron la posibilidad de fábricas completamente automatizadas y con comunicación a la Gerencia en "tiempo real". Un autómata programable suele emplearse en procesos industriales que tengan una o varias de las siguientes necesidades: Espacio reducido. Procesos de producción periódicamente cambiantes. Procesos secuenciales. Maquinaria de procesos variables.

Instalaciones de procesos complejos y amplios. Chequeo de programación centralizada de las partes del proceso. II.

CONTENIDOS.

A. QUE ES UN PLC? El término PLC proviene de las siglas en inglés para Programmable Logic Controler, que traducido al español se entiende como “Controlador Lógico Programable”. Se trata de un equipo electrónico, que, tal como su mismo nombre lo indica, se ha diseñado para programar y controlar procesos secuenciales entiempo real, por lo general, es posible encontrar este tipo de equipos en ambientes industriales. Para que un PLC logre cumplir con su función de controlar, es necesario programarlo con cierta información acerca de los procesos que se quiere secuenciar, esta información es recibida por captadores, que gracias al programa lógico interno, logran implementarla a través de los accionadores de la instalación.

B. FUNCIONES DEL PLC Reemplazar la lógica de relés para el comando de motores, máquinas,... Reemplazar temporizadores y contadores electromecánicos Controles sencillos de LA y/o LC Interface computador/proceso Control y comando de tareas repetitivas o peligrosas Detección de fallas y manejo de alarmas Regulación de aparatos remotos posibilidad para ambientes peligrosos

C. VENTAJAS Menor cableado Reducción de espacio Facilidad para mantenimiento y puesta a punto Flexibilidad de configuración y programación Reducción de costos Menor tiempo de elaboración de proyectos. Posibilidad de añadir modificaciones sin costo añadido en otros componentes. Menor costo de mano de obra. Mantenimiento económico. Posibilidad de gobernar varias máquinas con el mismo autómata. Menor tiempo de puesta en funcionamiento. Si el autómata queda pequeño para el proceso industrial puede seguir siendo de utilidad en otras máquinas o sistemas de producción D. APLICACIONES GENERALES Maniobra de máquinas. Maniobra de instalaciones. Señalización y control. E. INCONVENIENTES Adiestramiento de técnicos. Costo. F. ADAPTACION AL MEDIO Inmunidad al ruido eléctrico Rigidez dieléctrica Temperatura Humedad Vibraciones Shock (golpes) Radiofrecuencia Antiexplosivo Un PLC o Autómata Programable posee las herramientas necesarias, tanto de software como de hardware, para controlar dispositivos externos, recibir señales de sensores y tomar decisiones de acuerdo a un programa que el usuario elabore según el esquema del proceso a controlar

G. BLOQUES PRINCIPALES DEL PLC CPU Bloque de entrada Bloque de salida

H. CLASIFICACION DE LOS PLC Debido a la gran variedad de tipos distintos de PLC, tanto en sus funciones, en su capacidad, en el número de I/O, en su tamaño de memoria, en su aspecto físico y otros, es que es posible clasificar los distintos tipos en varias categorías. 1. PLC tipo Nano Generalmente PLC de tipo compacto (Fuente, CPU e I/O integradas) que puede manejar un conjunto reducido de I/O, generalmente en un número inferior a 100. Permiten manejar entradas y salidas digitales y algunos módulos especiales. 2. PLC tipo Compactos Estos PLC tienen incorporado la Fuente de Alimentación, su CPU y módulos de I/O en un solo módulo principal y permiten manejar desde unas pocas I/O hasta varios cientos ( alrededor de 500 I/O ) , su tamaño es superior a los Nano PLC y soportan una gran variedad de módulos especiales, tales como: Entradas y salidas análogas Módulos contadores rápidos Módulos de comunicaciones Interfaces de operador Expansiones de i/o

3. PLC tipo Modular Estos PLC se componen de un conjunto de elementos que conforman el controlador final, estos son: Rack Fuente de Alimentación CPU Módulos de I/O Comunicaciones. Contaje rápido. I. FUNCIONES ESPECIALES De estos tipos existen desde los denominados Micro PLC que soportan gran cantidad de I/O, hasta los PLC de grandes prestaciones que permiten manejar miles de I/O. J. BLOQUES NECESARIOS PARA EL FUNCIONAMIENTO DEL PLC Fuente de alimentación Consola de programación Periféricos Interfaces

PROGRAM: En esta posición, el PLC permite ser programado desde algún dispositivo externo. M. FUNCIONES DE LAS INDICACIONES LUMÍNICAS PWR: Muestra el estado de la fuente de alimentación. RUN: Indica que la CPU del PLC se encuentra en modo RUN CPU: La CPU hace diagnóstico de su estado de funcionamiento en forma automática. ERR: Señal que hubo un error durante la ejecución del programa. El error puede ser de programa o de funcionamiento del hardware del PLC. BATT: Indica el estado actual de la batería de respaldo de la fuente de alimentación. I/O: Esta luz sirve para indicar el estado de los módulos de entrada y salida. DIAG: Los autómatas pueden tener un sistema de diagnóstico propio. TXD: Es el indicador de transmisión de datos por los puertos de comunicaciones. RDX: Es el indicador de recepción de datos por los puertos de comunicaciones. N. MÓDULOS DE E/S ANALÓGICOS

K. LA CPU La Unidad Central de Procesos es el cerebro del sistema. En ella se ejecuta el programa de control el proceso, el cual fue cargado por medio de la consola de programación, lee las entradas. Y posteriormente procesa esta información para enviar respuestas al módulo de salidas. En su memoria se encuentra residente el programa destinado a controlar el proceso. L. SELECCIÓN DEL MODO DE OPERACIÓN RUN: En esta posición, el PLC empieza a ejecutar el programa STOP: Esta posición detiene el proceso que se esté ejecutando.

A. Módulos Especiales BCD Entradas y Salidas Entradas de Termocuplas Entradas de Termorresistencias (PT100) Salidas a Display Memoria de Datos B. Módulos Inteligentes Control de Motores a pasos Control PID Comunicación Lector Óptico Generación de frecuencias Contadores de pulsos rápidos Medidores de frecuencias y/o ancho de pulsos Remotos

O. ARQUITECTURA INTERNA DEL PLC Está constituida por: Fuente de alimentación Unidad central de proceso Memoria: a- Memorias internas b- Memorias de programa Interfaces de entrada/salida Buses de comunicación Batería de respaldo

.

Q. MEMORIA Es cualquier tipo de dispositivo que permita almacenar información en forma de bits (unos y ceros), los cuales pueden ser leídos posición a posición (bit a bit), o por bloques de 8 posiciones (byte) o dieciséis posiciones (Word).

P. CONEXIÓN MEDIANTE BUSES Si el PLC es de tipo modular, los módulos se comunican internamente a través de buses ubicados en el fondo del dispositivo o "rack" donde se ensambla la arquitectura deseada.

R. CLASIFICACIÓN Existen dos tipos fundamentales de memorias fabricadas con semiconductores, estas son:

Básicamente existen tres tipos de buses

RAM (Random Access Memory) ROM (Read Only Memory)

A. Bus de datos: Es el bus encargado de transportar la información que hace referencia a los datos propiamente dicho, tales como entradas y salidas. B. Bus de direcciones: Contiene la información del dispositivo que es afectado por los datos que actualmente viajen por el bus de datos. Esto es necesario ya que el bus de datos es el mismo para todos los dispositivos, pero no todos ellos deben tener en cuenta a la vez la misma información. C. Bus de control: Es el bus por donde viaja la información que indica al dispositivo seleccionado con el bus de direcciones, lo que debe hacer con los datos que viajan actualmente por el bus de datos. Por ejemplo, mediante el bus de control se indica si los datos son de entrada o de salida.

S. ANCHO DE LA MEMORIA Número de bits que conforman una posición de memoria; es usual que las memorias tengan anchos de 8 o 16 bits. En la tabla a continuación, se presentan las denominaciones dadas a grupos de bits; son nombres convencionales en el mundo informático, así como en la vida cotidiana, llamamos docena a un grupo de doce

Entradas y Salidas Digitales Fuentes de Poder. Carcasa. Control de Operario. Interfaz de Programación. Módulos de Expansión .LCCL 150 Cabe aclarar, que el término Word es usado implícitamente para grupos de 16 bits, sin embargo, cuando un fabricante utiliza grupos de bits no descritos en la tabla anterior puede emplear la expresión para describir el grupo siempre y cuando haga la salvedad de a cuantos bits se está refiriendo en sus documentos. Por ejemplo, en el caso de memorias con ancho de 14 bits, se pueden mencionar como palabras (Word) de 14 Bits. T. CAPACIDAD DE MEMORIA Indica la cantidad de posiciones que posee la memoria. Para estas cantidades también existen convenciones:

Los valores de capacidad y ancho se integran en una sola notación. Por ejemplo, si una memoria tiene 2.048 posiciones con un ancho de 8 bits se dice que su capacidad es de 2K Bytes o 2KB. A esta última, se le puede agregar la especificación del tipo de memoria. Así se puede hablar, por ejemplo, de una RAM de 8MB. U. CARACTERÍSTICAS DE LOS CONTADORES Existen dos tipos de Contadores: los Implementados en Memoria (llamados simplemente contadores) que ejercen la función de contar por medio de ordenes del programa de usuario y los Rápidos (o Módulos Contadores) que cuentan de manera automática sin la necesidad de ordenes de programa. V. ESTRUCTURA EXTERNA El PLC es una unidad electrónica que reemplaza a los dispositivos auxiliares de automatización y control desempeñando él mismo toda la lógica de automatización. Está compuesta por:

PLC CL 150 1. Indicaciones LED (diodo luminoso) 2. Interruptor Basculante Stop / Run... 3. Pulsador Copy / Battery 4. Interfaz V.24 para Conexión de Aparatos de Programación 5. Campo de Escritura para Entradas Digitales 6. Indicación de Estado para Entradas Digitales 7. Salidas de 24V para Abastecimiento de Sensor. 8. Campo de Escritura para Salidas Digitales 9. Indicación de Estado para Salidas Digitales 10. Potencial de Referencia de OV para Actuadores 11. Conector de Enchufe para Conexión de los Módulos B-10 12. Abastecimiento de OV para actuadores 13. Potencial de Referencia de OV para Tensiones de Abastecimiento 14. Tierra Funcional W. ENTRADAS Y SALIDAS DIGITALES Los PLC están provistos de entradas y salidas digitales que les permite conectarse a las diversas señales y actuadores de una aplicación especifica. A las entradas se

conectan diversos tipos de interruptores los cuales serán activados por el operario o directamente por la máquina, del tipo fin de carrera. De igual manera, se admite la conexión de sensores. Cuando se conecta un interruptor o sensor a una entrada, simplemente se está permitiendo que la tensión eléctrica del punto común se presente en la entrada cuando el interruptor está cerrado y que se ausente si el interruptor está abierto. A las salidas es usual acoplar lámparas, bobinas de contactores, de relevos, de electro válvulas, entre otros. El PLC activa una salida al colocar un voltaje al elemento colocado en el circuito. Como, el circuito de salida también incluye un punto común. Para el caso que estamos estudiando, tanto las salidas como las entradas admiten dos tipos de valores de tensión eléctrica: presente (activa) o ausente (inactiva). A esta bivalencia en los valores de tensión se le llama binaria; pues sólo puede reconocer dos valores distintos de señal; a las entradas y salidas binarias también se les llama entradas y salidas digitales.

Y. LENGUAJES Escalera (ladder) Listado de instrucciones (mnemónicos) Diagramas lógicos Lenguajes de alto nivel (grafcet, lenguaje de programación) Z.

MARCAS Y CLASES

SIEMENS CPU Controladores Simatic - S7200 S7300 S7400 HMI Consolas de Monitoreo - OP17, OP73, TD200, TP177 ServoDrive

-

SimoDrive

611,

Simoposmo, Sinamics Simotion Sistema de Control de Movimiento Motion Control Scada - PCs Industriales Monitores

X. PROGRAMACION DE LOS PLC

ALLEN BRADLEY Programable Controllers - MicroLogix 1000/1500, SLC 500 System, PLC5 System GuardLogixIntegrated SmartGuard600 Controler

Panel View Standard - Panel View Plus

Terminales Gráficos y Alfanuméricos -

ServoDrive - Power Flex 4/400, Power Flex

Magelis XBT ,R N T - XBT GTW

700, Power Flex Safety Drives

Altivar - 31 / 1000 Servomotores Lexium Supervision - Vijeo Citect

GE FANUC PLC - Series 90-30, 90-70, Proficy Machine Edition VersaMax PLC - Durus , VersaMax Micro MITSUBISHI Micro Controllers - Alpha 2 Compact PLC - Melsec FX3UC, Melsec FX3U Modular PLC - System Q( Q00J-Q25H) iQ Plataforma HMI - Series E, GOT, IPC1000

Motion Control - PacMotion, DSM324, DSM314, VersaMaxMicroMotion Control de Procesos Distribuido- Genius I/O, Versa Point, 8000 Process I/O Paneles HMI - QuickPanel View, QuickPanel Control Proficy HMI/SCADA – Cimplicity

ServoMotion - MR E Super, MR J3, MR J3 A/B

KLONER MOLLER PLC Compacto PS4 PLC Modular XC - 1.7 Pantallas Táctiles - MI4 , XV SCHNEIDER TELEMECANIQUE Controladores Modicon - TSX Micro, Premium, Quantum, Atrium, Momentum, M340

Pantalla HMI - MFD4 Easy HMI , Easy Control

Operador Interfaces - P40/P60 Series, C Series PicPro - Soluciones Integradas MMC for PC - Sercos System / Analog System

BOSH REXROTH Drive System - Indradrive Cs, Indradrive Mi PLC System - IndraLogic L, IndraLogic VEVS-VSP CNC System- IndraMotion MTX compact, standar, advanced Motion Logic System - IndraMotion MLC, MLD, MLP, NyCE4000 IndraMotion for Handling Synax 200 Control - IndraControl L, IndraControl P, PPC Frequency DC - Rexroth PSI 6000/6500,

HONEYWELL Master Logic PLC PDM Controler PlantScape TDC 2000/3000 HC900 Controll 900 Control Station Experion Vista (Scada)

ABB Industrial IT- Sistem 800 Control HMI 800 - Panel 800 GIDDING LEWIS MMC - Smart Drive Servo MMC D32/D64 - Stand Alone Controller MMC Block I/O Modules

AC800M - Compact Controler S800L I/O Safeguard 400 - Programable safety Controller Controladores - Advant Controller 160/450

Mod 300 - AC 410, AC 460, SC

TwinCat NC PTP - Point to Point axis

Serie 90 Controlers

Position

DELTA PLC PLC Delta - DVP Serie E, Serie S Servo Drives - ASDA-A/ASMT/ECMA/ Servo Drives - ASDA-B Terminales de Operador - TP-02-04-05-08

TwinCat NC I - Axis Interpolation TwinCat CNC - Solucion para Aplicaciones Complejas TwinCat I/O TwinCat CP - Driver Control Panels

III.

VIPA Automata VIPA System 200 V Automata VIPA System 300 V TouchPanels Automata Programable Modular

TWINCAT BECKHOFF Servo Drives AX 5000 Servo Drives AX 2000/2500 Control Panel Bus Terminal TwinCat PLC - Multi PLC

BIBLIOGRAFIA.

Controladores lógicos programables, Cátedra de sistemas de control, Facultad de Ingeniería, Universidad NCPBA, 2005. Bernal, Víctor Hugo, Guía de trabajo, Universidad de Cataluña, 2009. .Cano, Genaro, Automatización con PLC, Dpto. de Ingeniería Electrónica, Universidad de Antioquia, 2006. Clases y características de PLC, < http://www. ingeniec.com > Componentes de un PLC, < http://www.modicon.com> Componentes y partes de un PLC, < http:// www.ab.com/plclogic>