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ELECTRICIDAD Y ELECTRONICA

ARQUITECTURA DE UN CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE (P.L.C) Funciones, esquemas de conecionado, lenguaje.

NOMBRE: Sebastian Godoy, Juan Ignacio Castro. CARRERA: Automatizacion y control industrial. ASIGNATURA: Automatas y controladores industriales. PROFESOR: Jorge Alberto Varas Gutiérrez FECHA: 09/04/2018 SECCION:744

Tabla de contenido ARQUITECTURA DE UN CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE (P.L.C) ............ 1 Funciones, esquemas de conecionado, lenguaje........................................................... 1 1

Introducción. ................................................................................................................. 3

2

Arquitectura de un Controlador Lógico Programable (P.L.C.) ............................... 4

3

Aplicaciones del P.L.C. ................................................................................................ 5

4

3.1

Investigación, entrenamiento y educación. .................................................................. 5

3.2

Control de gestion de agua y aguas residuales. .......................................................... 6

3.3

Sistema de segumiento solar. ........................................................................................ 7

Lenguajes de programación. ...................................................................................... 7 4.1

Lenguajes de alto nivel. ................................................................................................... 7

4.2

Diagrama escalera o ladder. ........................................................................................... 8

4.3

Diagrama de bloques. ...................................................................................................... 8

4.4

Lenguajes de bajo nive.l .................................................................................................. 9

4.5

Lista de instrucciones. .................................................................................................... 9

5 Software de programación, protocolos de comunicación e implementación de conexión entre PC y P.L.C................................................................................................ 10 5.1

Características del software de programación . ..........................................................10

5.2

Protocolos de comunicación. ........................................................................................10

5.3

Modbus. ............................................................................................................................10

5.4

Implementación de conexiones entre PC y P.L.C. ......................................................11

6

Conclusion. .................................................................................................................. 12

7

Referencias. ................................................................................................................. 12

1 Introducción. Los controladores lógicos programables [PLC] son dispositivos basados en computadoras, de estado sólido y de un solo procesador que emulan el comportamiento de un diagrama de escalera eléctrica [1] capaz de controlar muchos tipos de equipos industriales y sistemas automatizados completos [2]. Los PLC suelen ser una parte principal de los sistemas automáticos en la industria [3]. Son muy eficientes y fiables en aplicaciones que implican el control secuencial y la sincronización de procesos y elementos auxiliares en las industrias de fabricación, química y de procesos [4]. Además de tener las ventajas tecnológicas de usar PLC, también disminuyen los precios en el nivel avanzado y el sistema de control complejo. Hoy en día, la mayoría de los elementos de control utilizados para ejecutar la lógica de sistemas fueron sustituidos por los PLC El término lógica se usa porque la programación se ocupa principalmente operaciones de lógica y conmutación. Los dispositivos de entrada como los interruptores y los dispositivos de salida, como los motores, que se controlan están conectados al PLC y luego el controlador supervisa las entradas y salidas de acuerdo con la máquina o el proceso. Originalmente, los PLC se diseñaron como un reemplazo para los sistemas de control de lógica de temporizador y relé cableados. (Cableado duro significa que todos los componentes fueron conectados manualmente por cables). El PLC consta de dos partes, es decir, el hardware y la programación del PLC. Los autómatas se usaron por primera vez en la industria automotriz a fines de la década de 1960 [2], sus equipos automáticos se controlaban principalmente mediante circuitos discretos inflexibles que consistían en relés electromecánicos y bobinas cableadas en paneles. General Motors desarrolló las especificaciones para un controlador programable que podría reemplazar los circuitos de relés cableados [2,]. La idea más radical fue la implementación de un lenguaje de programación basado en un diagrama esquemático de relés, con entradas (desde interruptores de límite, pulsadores, etc.) representados por contacto de relé y salidas (a solenoides, arrancadores de motor, lámparas, etc.) representado por bobinas de retransmisión. La Fig. 1 (a) muestra un cilindro hidráulico simple que puede extenderse o retraerse mediante botones pulsadores. Su carrera se establece mediante interruptores de límite que se abren al final del recorrido, y los solenoides solo pueden operar si la bomba hidráulica está funcionando. Esto sería controlado por el programa de computadora de la Fig. 1 (b) que es idéntico al circuito de relevo necesario para controlar el cilindro. Estos programas se parecen a los peldaños de una escalera y, en consecuencia, se llamaron "Diagramas de escalera".

2 Arquitectura de un Controlador Lógico Programable (P.L.C.) Los autómatas programables también son conocidos como PLC (Programmable Logic Controller, Controlador Lógico Programable) o simplemente como relés programables si se tratan de autómatas domésticos compactos. Los autómatas programables están compuestos por diferentes partes imprescindibles para su buen funcionamiento, según su agrupamiento podemos encontrar autómatas o PLCs compactos, semicompactos o modulares. 1. Los autómatas o PLCs se componen de las siguientes partes escenciales : 2. CPU: Al igual que en un ordenador personal es la encargada de procesar la información. Se encarga de leer las entradas, procesarlas de acuerdo con el programa cargado en el autómata o PLC y finalmente activar las salidas correspondientes según proceda.

3. Memorias: Podemos encontrar memorias de dos tipos. Las memorias ROM (ROM, EPROM Y EEPROM) son lecturas de solo lectura que no pierden su información en caso de corte de energía. Por el contrario, las memorias RAM son memorias de lectura/escritura que pierden su información en caso de corte de energía. 4. Interface de Entrada: Es el módulo encargado de adaptar las señales de las entradas para que puedan ser procesadas por la CPU.

5. Interface de Salida: Es el módulo encargado de adaptar las señales de salida, procedentes de la CPU, para que puedan ser transmitidas y procesadas. 6. Interface de Periféricos: Es el encargado de facilitar la interacción con otros elementos que se pueden conectar al autómata, por ejemplo, impresoras, pantalla HMI, consolas, etc.

7. Fuente de Alimentación: Es la encargada de alimentar el autómata con una tensión de seguridad normalmente de 24 V CC, y en su defecto también las entradas/salidas del mismo según proceda.

3 Aplicaciones del P.L.C. Las aplicaciones del P.L.C son multiples y casi todas y cada una de ellas enfocadas hacia la industria. Mediante una revisíon de la literatura encontramos tanto para uso en industria como para eduacion e investigacion.

3.1 Investigación, entrenamiento y educación. Guler y Ata (2013) [5] desarrollaron un respirador mecánico de entrenamiento para médicos y estudiantes. El ventilador mecánico es ampliamente utilizado en anestesia y unidades de cuidados intensivos. Los pacientes generalmente están conectados con el ventilador a través de un tubo endotraqueal (ETT). El oxígeno, que es el gas más importante para mantener vivo al ser humano, se traslada a los pulmones de los pacientes mediante el uso de respiradores de acuerdo con la configuración de los médicos. Los médicos deben determinar el mejor tratamiento para los pacientes debido al hecho de que los ventiladores generalmente funcionan como control de lazo abierto. Por lo tanto, se diseñó e implementó un conjunto de ventiladores mecánicos de entrenamiento. El PLC fue utilizado para controlar el sistema. Controla las válvulas de inspiración / expiración y evalúa la información de presión recibida de los sensores de presión. El tiempo de inspiración / expiración y el modo de operación se pueden cambiar fácilmente en la pantalla. El conjunto diseñado e implementado es más económico que el ventilador utilizado en unidades de cuidados intensivos. Engin (2013) [6] diseñó un algoritmo de control PID para un sistema de control de nivel que se implementó utilizando un PLC para la formación educativa en la escuela. El resultado de los experimentos indica que el modo de autoajuste del sistema de control PID fue estable. Samin et al. (2011) [7] también usan un sistema de control PID implementado por un PLC para un tanque de calentamiento en una mini planta de automatización. Basándose en el resultado, el controlador fue capaz de manejar el sistema.

Mokhtarname et al (2015) [8] estudian el diseño y la implementación de un Controlador Predictivo Generalizado Industrial con la ayuda de redes neuronales artificiales (ANN) para procesos multivariables a través de PLC industriales. Sus resultados indican que las técnicas avanzadas se pueden implementar en PLC con potencia de cálculo normal sin soportar el alto costo de actualizar los PLC.

3.2 Control de gestion de agua y aguas residuales. Bayindir & Cetinceviz (2011) [9] describe un sistema de control de bombeo de agua diseñado para plantas de producción implementado en una instalación experimental en laboratorio Fig. 19. Estas plantas contienen ambientes hostiles en los que existen sustancias químicas, vibraciones o partes móviles, qué podría dañar el cableado o los cables que forman parte del sistema de control. Además, los datos deben transferirse a través de rutas accesibles al público. Los sistemas de control que utiliza son tecnologías PLC y de red de área local inalámbrica industrial (IWLAN). Se implementa mediante un PLC, un procesador de comunicación (CP), dos módulos IWLAN y un módulo de entrada / salida (E / S) distribuido, así como la bomba de agua y los sensores. La comunicación del sistema se basa en una Industrial Ethernet y utiliza el protocolo de control de transporte (Protocolo de Internet estándar para parametrización, configuración y diagnóstico). La función principal del PLC es enviar una señal digital a la bomba de agua para encenderla o apagarla, según el nivel del tanque, usando un transmisor de presión y entradas de interruptores de límite que indican el nivel de agua en el tanque.

Punal et al. (1999) [10] realizaron un estudio sobre el tratamiento anaeróbico de aguas residuales (AWT) a escala piloto industrial utilizando una combinación avanzada de sistema PLC-PC para monitorear y controlar el funcionamiento de una planta piloto industrial. El sistema demostró ser flexible y confiable. El PLC tiene su propio punto de ajuste, que facilita el control de la planta incluso cuando la unidad de control en la PC está fuera de servicio. El software, desarrollado e implementado en la PC, permitió una

adquisición de señal adecuada, se filtró para evitar el ruido y se almacenó para recuperar la información.

3.3 Sistema de segumiento solar. Ahmad et. al (2013) [11] llevó a cabo pruebas sobre la potencia generada y el consumo de energía de un sistema colector solar con posicionamiento solar basado en el tiempo y la fecha en bucle abierto bajo tres condiciones climáticas: día soleado y despejado, día nublado y lluvioso en Malasia en la ubicación E100 ° 11 ', N6 ° 26'. El sistema de seguimiento de dos ejes usó un PLC para maniobrar un módulo solar fotovoltaico basado en un seguimiento de ángulo de altitud de 10 ° y un seguimiento de 10 ángulos acimutales. Sungur (2009) [12] desarrolló un sistema de rastreo solar multiaxial con control de un PLC para paneles fotovoltaicos en Turquía. Estos ángulos se dieron mediante un sistema electromecánico que sigue al sol en ambos ejes y que se controla a través de un PLC. Al-Soud et al. (2010) [13], desarrollaron una cocina solar parabólica con sistema de seguimiento solar automático de dos ejes para superar la necesidad de seguimiento frecuente por una persona para seguir al sol. Para esto se utilizó un PLC para controlar el movimiento de la cocina solar. Como resultado de la prueba, la temperatura del agua dentro del tubo de la cocina alcanzó 90 ° C en días de verano, cuando la temperatura ambiente máxima registrada fue de 36C, evitando el seguimiento manual y pudiendo así generar un sistema autónomo sin necesidad de seguimiento solar manual.

4 Lenguajes de programación. Los lenguajes de programación permiten una comunicación de usuario con la máquina, en este caso con el PLC, dichos lenguajes de programación consisten en símbolos, caracteres y reglas de uso. Los lenguajes de programación pueden usarse para crear programas que controlen el comportamiento físico y lógico de una máquina, para expresar algoritmos con precisión, o como modo de comunicación humana. Los lenguajes de programación para los plc's pueden clasificarse principalmente en:

4.1 Lenguajes de alto nivel. Este tipo de lenguajes los prefieren profesionales en áreas de automatización industrial, mecánica y afines.

4.2 Diagrama escalera o ladder. Este tipo de lenguaje fue uno de los primeros en ser utilizados para la programación de los plc's, ya que se asemeja mucho con diagramas de relevadores. Se le llama escalera porque es similar a una escalera ya que contiene dos rieles verticales, y rieles horizontales que en este caso serían los escalones. Algunas de las principales características son: 

Los 2 rieles verticales son la alimentación del circuito para vcd unos son es el voltaje y el otro es la tierra, en caso de vca son L1 y L2.



Las instrucciones de entrada se colocan en el lado izquierdo



Las instrucciones de salida se colocan en el lado derecho



La mayoría de los PLC permiten colocar en paralelo varias salidas.



El procesador del PLC lee los datos de arriba a abajo y de izquierda a derecha

4.3 Diagrama de bloques. Generalmente utilizan símbolos lógicos para representar al bloque de función. Las salidas lógicas no requieren incorporar una bobina de salida, porque la salida es representada por una variable asignada a la salida del bloque. El diagrama de funciones lógicas resulta especialmente cómodo de utilizar, a técnicos habituados a trabajar con circuitos de puertas lógicas, ya que la simbología usada en ambos es equivalente. Características: 

Las salidas de los bloques funcionales no se conectarán entre sí.



La evaluación de una red estará terminada antes de la siguiente

4.4 Lenguajes de bajo nive.l Este tipo de lenguajes los prefieren profesionales en áreas como electrónica e informática.

4.5 Lista de instrucciones. Este tipo de lenguaje es el más antiguo y es la base para todos los demás lenguajes de programación que existen, es precursor del diagrama escalera ya que se usaba cuando las computadoras aun no tenían capacidad gráfica. Todos los lenguajes finalmente vana a ser traducidos a lista de instrucciones.

Características: 1. Todos los lenguajes se pueden traducir a lista de instrucciones, pero no al revés; 2. La programación es más compacta; 3. Este lenguaje es el más completo de todos los demás.

5

Software de programación, protocolos de comunicación e implementación de conexión entre PC y P.L.C.

5.1 Características del software de programación . 1. Señal de entrada: El PLC lee el estado de ON/OFF (activado / desactivado) de cada entrada y almacena el estado en la memoria antes de evaluar el programa de usuario. Una vez que el estado de la entrada externa es almacenado en la memoria interna, cualquier cambio hecho a las entradas externas no se actualizará hasta el inicio del próximo ciclo de exploración.

2. Programa: El PLC ejecuta instrucciones en el programa de usuario de arriba a abajo y de izquierda a derecha y luego almacena los datos evaluados en la memoria interna. Parte de esta memoria está enclavada.

3. Salida: Cuando se llega al comando FIN la evaluación del programa está completa. La memoria de salida se transfiere a las salidas físicas externas. Tiempo de exploración La duración del ciclo total de exploración (leer, evaluar, escribir) se llama “tiempo de exploración”. Con más entradas y salidas o un programa más largo, se extiende el tiempo de exploración.

5.2 Protocolos de comunicación. El P.L.C. de DELTA tiene grandes capacidades para comunicarse con diferentes tipos de equipos por medio del protocolo Modbus de comunicación. EL primer paso para la comunicación entre equipos es el de escoger el protocolo de comunicación que habrá entre los dispositivos, esto se hace de la siguiente forma: Primero hay que decidir porque puerto queremos efectuar la comunicación con el equipo, o en este caso con el Hyperterminal, el P.L.C. de DELTA de la serie DVP cuenta con dos puertos principales para la comunicación, el COM1 que está ubicado en la parte inferior del P.L.C., tiene un conector redondo de 9 pines y el USB se ubica justo al lado del COM

5.3 Modbus. Modbus permite el control de una red de dispositivos, por ejemplo, un sistema de medida de temperatura y humedad, y comunicar los resultados a un ordenador. Modbus también se usa para la conexión de un ordenador de supervisión con una unidad remota (RTU) en sistemas de supervisión adquisición de datos (SCADA). Existen versiones del protocolo Modbus para puerto serie y Ethernet (Modbus/TCP).

Existen dos variantes, con diferentes representaciones numéricas de los datos y detalles del protocolo ligeramente desiguales. Modbus RTU es una representación binaria compacta de los datos. Modbus ASCII es una representación legible del protocolo, pero menos eficiente. Ambas implementaciones del protocolo son serie. El formato RTU finaliza la trama con un suma de control de redundancia cíclica (CRC), mientras que el formato ASCII utiliza una suma de control de redundancia longitudinal (LRC). La versión Modbus/TCP es muy semejante al formato RTU, pero estableciendo la transmisión mediante paquetes TCP/IP (puerto del sistema 502, identificador asa-applproto).

5.4 Implementación de conexiones entre PC y P.L.C. Para comunicar el PLC con la PC se usa el módulo IFD8500 cuya única función es la de convertir datos de RS-485 a RS 232, pues se usa el COM 2 del PLC. También se puede conectar por el COM 1 de esa forma no es necesario usar el IFD8500 para ello cada vez que se vaya a cargar programas al PLC hay que desconectarlo de la PC, cortar alimentación al PLC por completo por 3 segundos poner el PLC en STOP con el interruptor que tiene en la parte superior y encender de nuevo. Una vez cargado el programa solo hay que conectarlo de nuevo a la PC y ponerlo en RUN, el procedimiento anterior es solo si se quiere usar el COM 1 para comunicarse con Hyperterminal.

Diagrama de coneccion.

6 Conclusion. El PLC se concibió por primera vez a finales de los 60 y ahora se ha convertido en un jugador importante en el sistema de automatización. En general, a partir del trabajo que se ha realizado, los PLC pueden ser totalmente adaptables para cualquier investigación, aplicaciones industriales, control de sistemas simples o avanzados, monitoreo e incluso control conjunto con cualquier otro controlador en el mercado. A medida que avanzamos en los PLC en el mercado actual, ya sea en el hardware o en la aplicación del software, podemos ver que cada vez más personas llegan a un acuerdo sobre el uso de PLC como su controlador principal en sus aplicaciones. El sistema de programación que utiliza (diagrama de escalera) en comparación con otro tipo de lenguajes de programación es muy beneficioso, ya que incluso una persona con un conocimiento limitado de programación podría entender y programar un PLC. La programación ya no es para programadores, sino que los simples usuarios pueden participar en la programación de P.L.C En un futuro cercano, podremos ver que los investigadores tenderán a utilizar los PLC como su principal controlador para cualquier campo de investigación, a pesar de que existen otros controladores disponibles en el mercado. Podemos concluir que los PLC se pueden aplicar a cualquier sistema, ya sea un sistema de control simple o complejo

7 Referencias. [1] Rullán A. Programmable logic controllers versus personal computers for process control. ComputInd Eng 1997;33(1–2):421–4. 2] Bartelt TLM. Industrial Electronics Devices, Systems and Applications. Albany, New York: Delmar Publishers; 1997. p. 329–413. [3] Bayindir R, Cetinceviz Y. A water pumping control system with a programmable logic controller (PLC) and industrial wireless modules for industrial [4] Saad N, Arrofiq M. A PLC-based modified-fuzzy controller for PWM-driven induction motor drive with constant V/Hz ratio control. Robot Computer-Integrated Manuf 2012;28(2):95–112. [5] Güler H, Ata F. Design and implementation of training mechanical ventilator set for clinicians and students. Procedia-soc Behav Sci 2013;83(0):493–6. 
 [6] Engin, D., M. Engin. Auto-tuning of PID parameters with programmable logic 
controller. in Mechatronics and Automation (ICMA), 2013 IEEE International 
Conference on. 2013
 [7] Mokhtarname, R., et al. Design and implementation of an industrial generalized predictive controller on multivariable processes via programmable logic 
controllers. in Control Conference (ASCC), 2015 10th Asian. 2015. 


[8] Bayindir R, Cetinceviz Y. A water pumping control system with a programmable logic controller (PLC) and industrial wireless modules for industrial plants-An experimental setup. ISA Trans 2011; 50:321–8. [9] Puñal A, et al. Advanced monitoring of an Anaerobic pilot plant treating high strength wastewaters. Water Sci Technol 1999;40(8):237–44.
 [10] Ahmad S, Shafie S, Ab Kadir MZA. Power feasibility of a low power consumption solar tracker. Proc Environ Sci 2013;17(0):494–502.
 [11] Sungur C. Multi-axes sun-tracking system with PLC control for photovoltaic panels in Turkey. Renew Energy 2009;34(4):1119–25.