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• Fredy Espinoza

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INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PÚBLICO “TUPAC AMARU”

ELECTRONICA INDUSTRIAL PROYECTO PRODUCTIVO MODULO EXPERIMENTAL PARA LA ENSENANZA DE CONTROL DE PROCESOS CON EL PLC SIEMENS S7 1200 CPU 1214C PRESENTADO POR:

FBC KYAV PARA OPTAR EL TITULO DE:

PROFESIONAL TECNICO EN ELECTRONICA INDUSTRIAL ASESOR:

Prof. Jorge Zenon Chevarria Mar Cusco – Peru 2014

Presentación

L

os sistemas automatizados han evolucionado desde el control a relés hasta los que usan facilidades computacionales desarrolladas en los tiempos presentes.

Actualmente el corazón del desarrollo de los sistemas automáticos lo representan esencialmente los Controladores Lógicos Programables (PLC). Cotejar la idea que tiene cada estudiante o profesional del área de automatización respecto a lo que es un PLC arrojaría un cúmulo de ideas distintas dependiendo por supuesto del conocimiento previo y el paradigma que cada individuo se haya formado respecto a este mismo tema. En este trabajo no se trata de unificar estas ideas o conceptos, sino más bien se trata de enriquecer el conocimiento que estudiantes y profesionales poseen hasta este momento.

De manera especial para estudiantes y profesionales del área de eléctrica, electrónica, computación y sistemas; es de primera necesidad tener conocimientos y un mediano entrenamiento en el tópico de los PLCs, ya que estos forman parte fundamental en sistemas de control, de adquisición de datos y de manejo de la información de un gran número de procesos y máquinas que se encuentran en su campo de trabajo.

Aunque existen textos (muy escasos) especializados en la temática de los PLCs, para no dejar el entrenamiento en lo meramente teórico, es necesario que el aprendiz acuda a los cursos de entrenamiento dictados por los propios fabricantes de los

equipos.

Estos

cursos

además

de

ser

costosos,

los

ofrecen

muy

esporádicamente a grupos especiales, y por lo general son poco amplios ya que tratan a un determinado tipo o marca de PLC.

Este trabajo combina los aspectos teóricos del software y del hardware de los PLCs, con paquetes computacionales de simulación para ofrecer al interesado la posibilidad de cumplir con un programa de auto entrenamiento que lo prepare mejor para ejecutar trabajos en el área de los PLCs. INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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Para lograr esta meta se aborda los aspectos filosóficos de la estructura y el funcionamiento de los PLCs, para luego cubrir los extensos tipos de conexiones e interfaces de entrada / salida.

Uno de los aspectos más importantes dentro del trabajo con PLCs es la programación de los mismos y la creación o configuración de las aplicaciones. Considerando lo anterior, el capítulo 6 cubre lo concerniente a las distintos lenguajes de programación tipificados en el estándar IEC 1131.

Introducción

E

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l presente trabajo sobre PLC y CONTROL DE PROCESOS, busca

cubrir

de alguna manera los vacíos existentes en estos campos del saber, de allí que el texto está dirigido a todos aquellos que se inician en el aprendizaje de estas aéreas. Debido al enorme material existente sobre PLC, hemos creído conveniente dividir el trabajo en diez capítulos.

Capítulo I

Generalidades

Capítulo II

El Comienzo

Capítulo III

Operación de los PLCs

Capítulo IV

Conexionado e interfaces de entrada / salida

Capítulo V

Principales Instrucciones

Capítulo VI

Lenguajes de programación

Capítulo VII

Creación de Programas en TIA PORTAL V 11

Capítulo VIII

Comunicaciones

Capitulo IX

PLC S7-1200, Actuadores y Sensores

Capitulo X

Control de procesos

Iniciamos presentando conceptos sobre PLCs. En lo que al refuerzo respecta damos a conocer los

elementos básicos integrantes de un sistema de PLC

utilizado en la

industria, dando información para el mejor conocimiento de estos.

En la segunda parte nos dedicaremos a tratar algunos conceptos subyacentes que son parte medular de la electrónica, una ciencia que a lo largo de su existencia demostró que es muy fácil invadir los campos del conocimiento humano. Por ejemplo, lo demostró invadiendo en el campo de la medicina creando bioingeniería, lo demostró también en el campo de la informática creando ingeniería de software y hoy nos sorprende invadiendo en las ramas más hermosas de la física, el control, dando origen a la ingeniería de la automatización.

Agradecimientos INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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Agradecemos infinitamente a quienes contribuyeron directa o indirectamente para llevar a terminar nuestra formación profesional:

En primer lugar a nuestros padres por brindarnos las oportunidad de estar aquí en estos momentos, al Instituto de Educación Superior Tecnológico Público Túpac Amaru de Cusco, en la persona del Señor director Eco. Lizandro Rosendo Ampuero Casquino;

Al Jefe del Área de la carrera profesional de Electrónica Industrial Lic. Juan Huamán Cahuana; a nuestros docentes Prof. Jorge, Prof(a). Roxana. Prof. Marco, Prof. Néstor, como también a los docentes de los módulos transversales que nos brindaron su apoyo durante la permanencia en nuestro prestigioso Instituto. Y un agradecimiento especial a nuestro compañero Ronny por su apoyo y paciencia.

LOS EGRESADOS

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Dedicatorias

El presente trabajo está dedicado a mis padres, quienes me supieron comprender durante nuestra formación profesional dando su apoyo incondicional en todo momento. Kevin Almirón Villafuerte

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A mis padres, hermanos y amigos quienes me dieron su apoyo incondicional en todos estos años en los que me formaba para la vida este trabajo es el producto de su confianza hacia mí y es a ellos a quien os agradezco eternamente. Frank BediaCaceres

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Nunca consideres el estudio como una obligación, sino como una oportunidad para penetrar en el bello y maravilloso mundo del saber.

Albert Einstein

INDICE PRESENTACION INTRODUCCION AGRADECIMIENTOS INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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DEDICATORIAS Páginas CAPITULO I 1. GENERALIDADES 1.1 ANTECEDENTES DE LA PROBLEMÁTICA 1.1. 1 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA 1.2 JUSTIFICACIÓN

14 14

1.3 OBJETIVOS 1.3.1

OBJETIVO GENERAL

15

1.3.2

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

15

1.4 FORMULACION DEL PROBLEMA

15

1.5 AMBITO DE TRABAJO

16

1.6 VALIDEZ DEL PROYECTO

16

CAPITULO II 2. EL COMIENZO 2.1 ¿QUE ES UN PLC?

18

2.2 HISTORIA DE LOS PLCs

19

2.3 CARACTERISTICAS SOBRESALIENTES DE LOS PLCs

20

2.4 VENTAJA DE LOS PLCs SOBRE LA LOGICA A RELES

23

2.5 LISTADO DE LOS PRINCIPALES FRABICANTES

24

CAPITULO III 3. OPERACIÓN DE LOS PLCs 3.1 ESTRUCTURA INTERNA

26

3.2 ESTRUCTURA EXTERNA

30

3.2 COMO TRABAJAN LOS PLCs

31

3.3 TIEMPO DE RESPUESTA DE LOS PLCs Y SUS EFECTOS

33

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3.4 FUENTES DE UN PLC

36

3.5 MODOS DE OPERACIÓN DEL PLC

37

CAPITULO IV 4. CONECCIONES E INTERFACES DE ENTRADA / SALIDA. 4.1 TIPOS DE ENTRADA / SALIDA A LOS PLCS.

39

4.2 ENTRADAS AL PLC

40

4.3 ENTRADAS DC

42

4.4 CONEXIONADO DE ENTRADAS DC

45

4.4.1 CONEXIONADO DE ENTRADAS TIPO NPN

46

4.4.2 CONEXIONADO DE ENTRADAS TIPO PN

47

4.4.3 CONEXIONADO DE SENSORES TIPO 2 HILOS

48

4.5 ENTRADAS AC

49

4.6 CONEXIONADO DE ENTRADAS AC

51

4.8 SALIDAS DEL PLC

52

4.8.1 SALIDAS A RELÉ

54

4.8.2 SALIDAS A TRANSISTORES

56

CAPITULO V 5. PRINCIPALES INSTRUCCIONES 5.1 CONTADORES 5.2 TEMPORIZADORES 5.3 CARGAR (LOAD) 5.4 CARGAR BARRA (LOADBAR) 5.6 SALIDA (OUT) 5.7 SALIDA BARRA (OUTBAR)

60 63 67 68 69 69

CAPITULO VI 6. LENGUAJES DE PROGRAMACION 6.1 LA NORMA IEC 1131-3

72

6.1.1 LENGUAJE LADDER

74

6.1.2 LENGUAJE BOOLEANO

74

6.1.3 DIAGRAMA DE FUNCIONES

75

6.1.4 LENGUAJE DE TEXTO EXTRUCTURADO

76

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6.1.5 SEQUENTIAL FUNCTION CHART

77

CAPITULO VII 7. CONFIGURACION Y CREACION DE PROGRAMAS EN TIA PORTAL V 11 7.1 PROGRAMA

80

7.2 PROGRAMAS DE APLICACIÓN Y DEL SISTEMA 7.3 PASOS PARA REALIZAR UN PROGRAMA

80 81

7.4 CONFIGURACION DE SOFTWARE TIA PORTAL 11

84

7.5 CREACION DE PROGRAMA PARA EL S7 1200

94

CAPITULO VIII 8. COMUNICACIONES. 8.1 COMUNICACIÓN RS-232

100

8.2 COMUNICACIÓN RS-485

103

8.3 INTERFAZ PROFINET

105

CAPITULO IX 9. PLC S7 1200 ACTUADORES Y SENSORES 9.1 PLC S7 1200 9.2 CARACTERISTICAS CPU 1214C 9.3 ACTUADORES 9.4 SENSORES

107 107 108 111

CAPITULO X 10. CONTROL DE PROCESOS 10.1 INTRODUCCION 10.2 CARACTERISTICAS DE PROCESO 10.3 TIPOS DE CONTROL

114 115 116

CONCLUSIONES

117

BIBLIOGRAFÍA

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ANEXOS

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CAPITULO I GENERALIDADES

1. ANTECEDENTES DE LA PROBLEMÁTICA 1.1 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA: El Profesional Técnico en Electrónica Industrial está relacionado directamente con el que hacer productivo. Es por esta razón que sin pretender que se convierta en un experto en Automatización debe poseer conocimientos sólidos de las Tecnologías que se aplican en este campo para poder estar en la capacidad de recomendar y evaluar soluciones que apuntan a una mejora sustancial del Proceso de Producción.

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El Instituto de Educación Superior Tecnológico Público “Túpac Amaru” de Cusco, específicamente en la carrera profesional de Electrónica Industrial, carece de muchos medios para una formación profesional actualizada y adecuada, esto debido a muchos factores que las podemos mencionar: a)

No cuenta con laboratorios especializados para el desarrollo de las Unidades Didácticas de PLC I y PLC II.

b)

Tampoco existe apoyo alguno por parte del gobierno central en implementar laboratorios de Institutos de Educación Superior. Viendo la imperiosa necesidad de contar con laboratorios en nuestra carrera con un “MODULO EXPERIMENTAL PARA LA ENSEÑANZA DE CONTROL DE PROCESOS CONEL PLC SIEMENS S7-1200” hago presente este proyecto tecnológico que será de gran beneficio para los estudiantes y para el Instituto.

1.2 JUSTIFICACIÓN: Es importante contar con este material educativo, en la Carrera Profesional de Electrónica Industrial para la participación activa de los estudiantes en los procesos de enseñanza y aprendizaje que permitirá a los estudiantes estar al frente de procesos reales. Se realizó un previo estudio de una de las necesidades de nuestro departamento, el cual es la falta de equipos de automatización y que este sea un reflejo de la existencia de equipos y maquinarias de las industrias de nuestra región así como de nuestro país, ya que vemos en nuestro medio como en las empresas industriales van modernizando sus instalaciones con sistemas neumáticos, hidráulicos y en general sistemas automatizados. Por tal razón planteamos la necesidad de implantar con equipos de automatización. El proyecto nos permitirá aplicar los conocimientos teóricos adquiridos en electrónica, control de procesos, automatización, conceptos de automatización, instrumentación y alguna otra asignatura en la cual desarrollamos temas como automatización e instrumentación y aplicar en los procesos de instalación, montaje, evaluación, análisis y estadística de las variables automáticas.

1.3 OBJETIVOS: INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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1.3.1 OBJETIVO GENERAL Implementar y difundir los conocimientos básicos relativos al funcionamiento y aplicación de los controladores lógicos programables (PLC), como también lo referente a los elementos, utilización de los periféricos y lenguajes de programación.

1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS  Optimizar los laboratorios con módulos para la programación de PLCs.  Facilitar el análisis de control de lazo cerrado y lazo abierto.  Operar funciones especiales del PLC para su programación y obtener mejor control del proceso.  Disminuir errores en el lenguaje de programación y evitar daños internos del PLC.  Desarrollar destrezas y habilidades para su programación en corto tiempo y con lenguaje apropiado.

1.4 FORMULACION DEL PROBLEMA: ¿Por qué existe falta de investigación, actualización, implementación de laboratorio de sistemas de automatización con PLC, en la carrera profesional de ELECTRÓNICA INDUSTRIAL?

1.5 AMBITO DE TRABAJO El mencionado proyecto se ejecutara básicamente en los lugares indicados: -

En los laboratorios de electrónica industrial del instituto

-

En talleres de metal mecánica

-

Otros centros especializados

1.6 VALIDEZ DEL PROYECTO -

Valida como tema de graduación

-

Obtención de título Profesional

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CAPITULO II EL COMIENZO

2.1 ¿QUE ES UN PLC? Un PLC (Controlador Lógico Programable) es un dispositivo electrónico de estado sólido que puede controlar un proceso o una máquina y que tiene la capacidad de ser programado o reprogramado rápidamente según la demanda de la aplicación. Fue inventado para remplazar los circuitos secuenciales basados en relés que eran necesarios para el control de las máquinas. El PLC funciona monitoreando sus entradas, y dependiendo de su estado, activando y desactivando sus salidas. El usuario introduce al PLC un programa, usualmente vía Software, lo que ocasiona que el PLC se comporte de la manera deseada.

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Aspecto físico de un PLC. Los PLCs son usados en muchas aplicaciones:

Maquinado de piezas,

Embaladoras, Manipulación de materiales, ensamblado automático, y en general cualquier tipo de aplicación que requiera de controles eléctricos puede usar.

Aplicación típica de un PLC.

Por ejemplo asúmase que cuando un switch se activa, deseamos también activar una válvula solenoide por un período de 5 segundos y luego apagarla sin importar el tiempo que el switch estuvo activado. Esto se puede hacer con un simple temporizador externo; pero, ¿Qué tal si el proceso incluye 10 switch y 10 solenoides? También, ¿Qué si en el proceso es necesario contar cuantas veces cada switch se activó? Obviamente se necesitarían una gran cantidad de contadores externos. Como se ve, mientras más grande el proceso, mayor es la necesidad de un PLC, y por ejemplo en el caso descrito bastaría con simplemente programar el PLC para que cuente sus entradas y mantenga activadas sus salidas por un cierto período de tiempo.

2.2 HISTORIA DE LOS PLCs INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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Los PLCs fueron introducidos por primera vez a finales de 1960. La razón principal para introducir tal dispositivo fue la de eliminar el gran costo que representaba remplazarlos sistemas de control basados en lógica de relés. En 1968, una expresa consultora llamada Bedford Associates (Bedford, MA) diseño para la General Motors un dispositivo de control que llamaron Controlador Digital Modular (Modular Digital Controller, MODICON) 084. Otras compañías al mismo tiempo propusieron esquemas de control basados en computadoras, uno de los cuales se basó en el PDP-8.ElMODICON 084 representó el primer PLC en el mundo dentro de la producción comercial. La razón principal que impulsó este nuevo tipo de control fue que cuando cambiaba los requerimientos de producción, también lo hacia el sistema de control, y esto se tornaba costoso sobre todo cuando los cambios eran frecuentes. También, como los relés son elementos mecánicos, ellos tienen un período de vida limitado y además requieren de un estricto programa de mantenimiento. Igualmente, la resolución de problemas en la lógica de control era muy tediosa sobre todo cuando estaban involucrados gran cantidad de relés; y los paneles de control de las máquinas incluían cada vez más funciones que si se utilizaba lógica a relés, estos incluirían cientos de ellos, lo que ocasiona el problema inicial del difícil cableado de los paneles. Estos nuevos controladores también tenían que ser fáciles de programar por los ingenieros de planta y de mantenimiento. El tiempo de vida tenía que ser largo y los cambios en la programación de las funciones debían ser fácilmente realizables. También, los nuevos controladores debían poseer cualidades para resistir a los severos ambientes industriales. La respuesta a este lote de planteamientos era usar técnicas de programación que ya le fueran familiares a los técnicos de plantas (diagramas de contacto: LADDER) y a la par remplazar los relés electromecánicos por unos que fueran de estado sólido.

2.3 CARACTERISTICAS SOBRESALIENTES DE LOS PLCs 

Poseen memoria volátil y no volátil. Tanto el programa de aplicación escrito por el usuario como los datos internos del PLCs, normalmente es guardado en una RAM (memoria volátil), lo que le permite tener un acceso más veloz a las instrucciones de programa y a los datos internos de registros,

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contadores, temporizadores, bits internos, etc. También, una vez que se ha depurado el programa de aplicación, los PLCs permiten la opción de salvaguardar el programa en memorias tipo EEPROM (no volátiles) para así recuperar el mismo en caso de un corte muy prolongado de energía que ocasiona una pérdida de datos de la RAM.

Tipos de memorias en un PLC. 

Capacidad modular de entradas / salidas. Esto permite la combinación de distintos niveles y tipos de señal de entrada, así como también el manejo de salidas para distintos tipos de carga. Igualmente si la aplicación crece, y se requiere mayor número de entradas / salidas, casi sin ningún problema los PLCs pueden adecuarse al nuevo requerimiento.

Capacidad modular de los PLCs. 

Auto diagnóstico de fallas. El PLC monitorea el funcionamiento de su CPU, Memoria y circuito de interfaces de entrada y de salida, e igualmente monitorea el correcto funcionamiento del programa de aplicación. En ambos

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casos señaliza por medio de LEDs en su cara frontal el estado respectivo. Obviamente esta capacidad es de gran utilidad para efectos de mantenimiento y corrección de fallas.

Visualizador de status del PLC.



Programación de la lógica de control. Esto permite la fácil adaptación a los cambios en la lógica de operación de las máquinas y procesos.

Lógica programada.



Capacidad para generar reportes y comunicarse con otros sistemas. Con esta facilidad se pueden integrar interfaces de explotación HombreMáquina, sacándole al sistema mayor cantidad de información. Igualmente los PLCs pueden participar en redes de datos comunicándose con otros PLCs para formar sistemas de control distribuidos, o integrándose a las redes administrativas de la producción.

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Capacidad de comunicación.

2.4 VENTAJA DE LOS PLCs SOBRE LA LOGICA A RELES LOGICA CON PLCs

LÓGICA A RELES

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

Flexibilidad de

configuración

y



Costosos cambios de hardware



Mayor tiempo de cambios en la

programación. 

Rápidos cambios de la lógica de control.



lógica de control

Amplia variedad de funciones: Relés, Contadores, Temp.,



Pocas funciones: Relés, Contadores, Temporizadores

Secuenciadores, Registros, etc. 

Reducción de espacio



Montaje fácil y rápido



Mayor espacio relativo



Localización fácil y rápida de



Montaje lento y tedioso



Búsqueda lenta y más difícil de

averías y fallas 

Alta confiabilidad. Elementos de

averías

estado sólido 

Múltiples contactos NO, NC



Poca

confiabilidad.

Partes

mecánicas Consumo de energía reducido

Máximo de 4 a 6 contactos

Reduccióndelcostoamedidaque

Mayor consumo de energía

aumenta la complejidad del proceso Apartir de 15 o 20 relés,el costo comparativo supera el costo con PLCs

2.5 LISTADO DE LOS PRINCIPALES FRABICANTES A continuación se muestra un listado de los principales fabricantes y vendedores de sistemas para control, automatismos y PLCs. INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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ABB : http://www.abb.com/products&contracting Alfa Laval Allen-Bradley : http://www.ab.com/ ALSTOM/Cegelec Aromat AutomationDirect/PLC Direct/Koyo/ : http://www.automationdirect.com/ B&R Industrial Automation Beck Electronic/Festo Berthel gmbh Cegelec/ALSTOM Fuji PLC Direct/Koyo/AutomationDirect : http://www.automationdirect.com/ Reliance Rockwell Automation : http://www.automation.rockwell.com/ Rockwell Software : http://www.software.rockwell.com/ SAIA-Burgess Samsung Schleicher : http://www.schleicher-de.com/ Schneider Automation : http://www.schneiderautomation.com/ Sharp Siemens : http://www.aut.sea.siemens.com/ Sigmatek Sixnet SoftPLC/Tele-Denken : http://www.softplc.com/ ETC…..

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CAPITULO III OPERACIÓN DE LOS PLCs

3.1 ESTRUCTURA INTERNA

Los PLCs constan principalmente de un CPU, área de memoria, y circuitería apropiada de entrada /salida de datos. Se puede considerar al PLC como una caja llena de cientos o miles de Relés independientes, contadores, temporizadores y INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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locaciones para almacenamiento de datos. Estos contadores, temporizadores, etc.; ¿realmente existen? No, Ellos no existen físicamente pero en vez de eso son simulados y se pueden considerar como contadores, temporizadores, etc. hechos a nivel de software. También los Relés internos son simulados mediante bits en registros del hardware del PLC.

Estructura general simplificada de un PLC.

Relés DE ENTRADA: Están conectados al mundo externo. Físicamente existen y reciben señal de los switches, sensores, etc. Típicamente no son relés pero si son transistores que funcionan como relés estáticos.

Relés INTERNOS: Estos no reciben señal desde el mundo exterior ni existen físicamente. Ellos son relés simulados y permiten al PLC eliminar los relés externos. También hay relés especiales que el PLC usa para realizar una tarea única. Algunos están siempre activados mientras que otros su estado normal es estar desactivados. Algunos se activan solamente durante el ciclo de arranque y son usados para la iniciación de los datos que fueron almacenados.

Contadores: estos no existen físicamente. Son contadores simulados mediante software y pueden ser programados para contar pulsos. Típicamente estos contadores cuentan en forma ascendente y descendente. Dado que estos contadores son simulados mediante software, su velocidad de contaje INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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está limitada. Algunos PLC incluyen también contadores de alta velocidad basados en hardware, es decir que son contadores que existen físicamente y cuentan ascendentemente, descendentemente, o en ambas direcciones.

Temporizadores: Estos no existen físicamente. Son de varios tipos (al reposo, al trabajo, etc.) y de varias resoluciones de temporización. Los tipos más comunes son los temporizadores al trabajo. Otros menos comunes son los temporizadores con retención. En general la resolución de temporización va desde 1ms hasta 1 segundo.

Relés de salida: Estos se conectan al mundo exterior al PLC. Físicamente existen y funcionan enviando señales de encendido / apagado a solenoides, luces, etc. Basados en hardware, pueden estar construidos con transistores, relés electromecánicos o TRIACS, según el modelo que se escoja.

Almacenamiento de datos: Típicamente hay registros del PLC que están asignados al simple almacenamiento de datos. Usualmente se usan para almacenamiento temporal para manipulación matemática o de datos. También son usados para almacenar datos cuando se corta el suministro de energía al PLC. Una vez regresa la energía, los registros disponen de los mismos datos que tenían cuando se cortó la energía.

Un diagrama de bloques más completo que describe la estructura de un PLC sería el siguiente.

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Estructura general de un PLC.

Unidad Central de procesamiento (CPU): Esta forma da por la unidad de control, la tabla imagen de proceso, y por los temporizadores, contadores y bits internos. La CPU se encarga del tratamiento de los datos internamente (sumas, operaciones lógicas, transferencias, etc), busca o escribe operandos en la memoria, lee o escribe datos en las unidades de entrada y salida ,etc.

Memoria: Es la circuitería electrónica capaz de almacenar el programa de aplicación escrito por el usuario, y los datos provenientes de la máquina o proceso controlado. También es la encargada de almacenar las variables internas generadas por la CPU y las variables de salida a ser transferidas a los periféricos.

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Memorias dentro del PLC. Periféricos: Corresponden a la circuitería de entrada / salida del PLC, o lo que representa lo mismo: su comunicación con el proceso o máquina a controlar y con el usuario u operador del sistema. Las señales de entrada provenientes de los sensores son de naturaleza diversa: Voltaje AC, Voltaje DC, Corriente, señales binarias, señales analógicas, etc. Es así como los periféricos son los encargados de convertir estas señales a información capaz de ser interpretada por la CPU, y de convertir las señales provenientes de la CPUa señales capaces de excitar los pre accionad ores de las máquinas.

3.2 EXTRUCTURA EXTERNA

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El término estructura externa o configuración externa de un Controlador Lógico programable industrial se refiere al aspecto físico exterior del mismo, bloques o elementos en que está dividido.

Actualmente son tres las estructuras más significativas que existen en el mercado:  Estructura compacta  Estructura semi modular. (Estructura Americana)  Estructura modular. (Estructura Europea)  EXTRUCTURA COMPACTA: Este tipo de Controlador Lógico Programable se distingue por presentar en un solo bloque todos sus elementos, esto es, fuente de alimentación, CPU, memorias, entradas/salidas, etc. Son los PLC de gama baja o nano autómatas los que suelen tener una estructura compacta. Su potencia de proceso suele ser muy limitada dedicándose a controlar máquinas muy pequeñas o cuadros de mando.  EXTRUCTURA SEMI MODULAR: Estos PLC tienen incorporada la fuente de alimentación, su CPU y los módulos de entrada y salida en un solo módulo principal y permiten manejar desde unas pocas entradas y salidas hasta varios cientos (alrededor de 500 entradas y salidas), su tamaño es superior a los PLC tipo Nano 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 entrada y salida

 EXTRUXTURA MODULAR: Estos PLC se componen de un conjunto de elementos que conforman el controlador final. Estos son:    

El Rack La fuente de alimentación La CPU Los módulos de entrada y salida

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De estos tipos de PLC existen desde los denominados Micro-PLC que soportan gran cantidad de entradas y salida, hasta los PLC de grandes prestaciones que permiten manejar miles de entradas y salidas. 3.2 COMO TRABAJAN LOS PLCs

Un PLC trabaja realizando continuamente un barrido(SCAN) sobre un programa. Este ciclo de barrido o scan consta principalmente de 3 pasos, aunque típicamente son más de tres ya que existen otros como el chequeo del sistema y la actualización de los contadores y temporizadores internos.

Ciclo de trabajo de un PLC.

Paso 1-DIAGNÓSTICO INTERNO: En este paso el PLC revisa su circuitería interna en busca de defectos de entradas, salidas, CPU, memorias y batería. También revisa el WATCHDOG y el desbordamiento de memoria para revisar fallas en el programa de aplicación.

Paso 2-CHEQUEAR EL ESTADO DE LAS ENTRADAS: Al principio el PLC accede cada una de las entradas para determinar si están activadas o desactivadas (on / off). Es decir, ¿Esta activado el sensor conectado a la primera entrada?, ¿El segundo?, ¿El tercero? … INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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Luego el PLC graba estos datos en la tabla imagen de proceso para usarlos en el próximo paso.

Paso 3-EJECUTAR EL PROGRAMA DE LA APLICACIÓN: El PLC ejecuta el programa de la aplicación creada por el usuario una instrucción a la vez. Por ejemplo, si el programa especifica que si la primera entrada esta “on” se debe activar la salida numero 2, el PLC graba este resultado para tomarlo en cuenta en el próximo paso. Como ya el PLC conoce cuales entradas están activadas o desactivadas (paso 2), él será capaz de decidir cuales salidas se deben activar basado en el estado de las entradas y en el estado de los contadores, temporizadores y bits internos. Como ya se dijo el PLC guarda este resultado para usarlo en el próximo paso.

Paso 4-ACTUALIZAR EL ESTADO DE LAS SALIDAS: Finalmente el PLC actualiza el estado de las salidas basado en los resultados lógicos del paso 3. Siguiendo el ejemplo del paso 3, el PLC activara en este tercer paso la salida numero 2 basado en el hecho que la primera entrada estaba en “on”. Después del cuarto paso el PLC vuelve al paso uno y repite la rutina continuamente. Así, un SCAN se define como el tiempo que toma el PLC para ejecutar los cuatro pasos descritos anteriormente.

Esquema de tiempos relativos dentro del SCAN del PLC

3.3 TIEMPO DE RESPUESTA DE LOS PLCs Y SUS EFECTOS

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El tiempo de respuesta total de un PLC es un hecho que se debe considerar al momento de adquirir un PLC. El mismo está formado por el tiempo de adquisición de entradas, el tiempo de ejecución de la lógica programada, y el tiempo para activar sus salidas. El PLC toma cierta cantidad de tiempo para realizar un auto diagnóstico de sus tarjetas electrónicas.

Tiempo típico de SCAN de un PLC.

Auto diagnóstico: Chequea para verificar que todas las tarjetas estén libres de falla, restaura el perro de guardia (WATCHDOGTIMER), etc. (El “WATCHDOG” causará un error e interrumpirá el funcionamiento del PLC sino es restaurado dentro de un período corto de tiempo. Esto indicaría que la lógica del programa no está siendo escaneada normalmente).

Barrido de Entradas: Lee los valores de entrada disponibles en los chips de las tarjetas de entrada y copia sus valores en la memoria. Esto hace al PLC más rápido y evita casos donde una entrada cambia entre el principio y el final del programa. Existen también funciones especiales de los PLCs que leen las entradas directamente y evitan el uso de las tablas de imagen.

Ejecución de la Lógica: Basado en la tabla de imagen de entradas, el programa es ejecutado un paso a la vez, y al mismo tiempo se va actualizando en memoria la tabla de imagen de salida.

Barrido de Salidas: La tabla de imagen de salida es copiada desde la memoria hacia los chips de salida. Estos chips de salida entonces accionan los dispositivos de salida (relés, transistores, etc).

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El PLC pude ver la entrada on / off solamente durante el tiempo de barrido de entrada. En otras palabras, él solamente ve sus entradas durante la parte del scan correspondiente al chequeo de entradas.

Error en el barrido de entradas.

En el diagrama, la entrada 1 no es vista sino hasta el scan 2. Esto se debe a que cuando la entrada 1 está en alto, el scan 1 ya ha finalizado su tiempo de chequeo de entradas. La entrada 2 no es vista sino hasta el scan 3 por la misma razón anterior. La entrada 3 nunca es vista o validada como activa ya que cuando el scan 3 estaba haciendo el barrido sobre las entradas, la misma no estaba aun en on, ya de más cambia a off antes de que el scan 4 active su tiempo de chequeo de entradas. Por tanto, la entrada 3 nunca es vista por el PLC. Para evitar lo que ocurre con la entrada 3 del ejemplo anterior, se debe establecer que la entrada este activa al menos por 1 tiempo de barrido de entradas + un tiempo de barrido de programa o Scan.

Tiempo de entrada activa.

Pero, ¿Qué pasa si no es posible que la entrada se mantenga durante el período especificado?, Entonces el PLC no valida la entrada como activa. Para resolver este tipo de problemas, actualmente existen 2 métodos. INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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Función alargamiento del pulso: Esta función extiende la duración de la señal de entrada hasta que el PLC la lea en el próximo scan.

Alargamiento de pulso.

Función interrupción: Esta función interrumpe el scan para procesar una rutina especial que el usuario haya programado. Esto es que tan pronto como la entrada se activa, sin importar en que parte del scan este, el PLC inmediatamente para lo que está haciendo y ejecuta una rutina de interrupción. (Una rutina puede ser interpretada como un mini programa aparte del programa principal). Después de realizar la rutina de interrupción, el PLC regresa al mismo punto donde dejo el hilo principal y continúa el proceso normal del scan.

Interrupción.

Considerando ahora el máximo tiempo para que una salida se active, asúmase que cuando un switch se activa se necesita activar una carga conectada a la salida del PLC. El diagrama siguiente muestra el mayor retardo (El peor caso ya que la entrada no es vista sino hasta el scan 2) para que la salida se active después de que la entrada relacionada se ha activado. El máximo retardo es: INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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2 ciclos de scan–1 tiempo retardo de la entrada.

Máximo retardo de operación.

3.4 FUENTES DE UN PLC La

fuente

de

alimentación

proporciona

las

tensiones

necesarias

para

el

funcionamiento de los distintos circuitos del sistema. La alimentación a la CPU puede ser de continua a 24 Vcc, tensión muy frecuente en cuadros de distribución, o en alterna a 110 / 220 Vca. En cualquier caso es la propia CPU la que alimenta las interfaces conectadas a través del bus interno. La alimentación a los circuitos E/S puede realizarse, según tipos, en alterna a 48/110/220 Vca o en continua a 12/24/48 Vcc. La fuente de alimentación del Controlador Lógico Programable puede incorporar una batería de reserva, que se utiliza para el mantenimiento de algunas posiciones internas y del programa usuario en memoria RAM, o cuando falla la alimentación o se apaga el Controlador Lógico Programable.

3.5 MODOS DE OPERACIÓN DEL PLC Los cuatro son los modos de operación genéricos de los PLC: RUN, STOP, ERROR y POWER-ON. RUN: El PLC ejecuta el programa de usuario como modo normal de operación, se cumple el ciclo de funcionamiento explicado con anterioridad. INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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STOP: El PLC ignora el programa de usuario y efectúa sus programas internos. En éste modo el usuario puede monitorear y / o programar el PLC desde un PC. ERROR: El PLC detiene la ejecución del programa de usuario, pues sus programas internos encuentran un error de programación o de hardware. Como en el caso del modo STOP, se inactiva todas las salidas y no se permite llevar a cabo el modo RUN hasta tanto no se resuelva el problema que causó el error. POWER-ON: Este modo ocurre a partir del momento en que se energiza el PLC; este utiliza el modo POWER-ON para auto configurarse y hacer comprobaciones de estado del sistema. Una vez realizadas las rutinas de inicio asumen según las condiciones del sistema, uno de los otros tres modos Las reglas siguientes permiten que el programa interno pase de un modo a otro el PLC: Pasa a modo ERROR desde cualquiera de los otros tres modos, si se ha encontrado un error. De modo STOP a RUN y viceversa según se indique en el control de operario dispuesto para tal fin o desde el PC. De modo POWER-ON a modo STOP o RUN según se indique en el control de operario dispuesto para tal fin o desde el PC. Sale de modo ERROR a modo STOP o RUN según se indique en el control de operario dispuesto para tal fin o desde el PC, una vez se haya solventado el error.

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CAPITULO IV CONECCIONES E INTERFACES DE ENTRADA / SALIDA

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4.1 TIPOS DE ENTRADA / SALIDA A LOS PLCs. Las entradas y salidas a un PLC le sirven para controlar y monitorear las máquinas y procesos. Existen básicamente dos tipos de entradas / salidas a los PLCs: Entradas-Salidas discretas, y Entradas – Salidas analógicas. Las entradas discretas, también conocidas como entradas digitales, son las que poseen dos estados: ON u OFF. Provienen de Push bottons, detectores de proximidad, interruptores de posición, etc. En la condición de ON, una entrada discreta puede ser llamada como un 1 o como un ALTO, mientras que en la condición de OFF se conoce como un 0 o como un BAJO.

Entradas– Salidas discretas al PLC.

Las salidas discretas tienen también dos condiciones posibles: ON u OFF. Ellas van a servir a las bobinas de los contactores, a válvulas solenoides, a luces pilotos, etc.

Por su parte las entradas analógicas son voltajes o corrientes continuas que proviene en de procesos de control de temperatura, presión, flujo, nivel, etc. INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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Típicamente son señales cuyo rango es de 4 a 20m ADC, o señales de rango de 0 a 10voltiosDC.

Entradas– Salidas analógicas al PLC.

Las salidas analógicas son señales de corriente o voltaje continuo. Pueden ser tan simples como un nivel de 0 a 10 voltios que maneje un voltímetro analógico, o un poco más complejas como señales de corriente que manejen convertidores corriente –presión de aire que a su vez sirvan a actuadores como lo son Servo válvulas para el control de flujo. Igualmente, con la interface adecuada, servirían a otros tipos de actuadores dentro de esos mismos procesos como lo son: servomotores, controles de potencia de hornos, etc.

4.2 ENTRADAS AL PLC

Las entradas a los PLCs son poco variadas. Las más populares son las DC (Fuente o Sumidero) y las AC. Los rangos típicos de voltajes de entrada listados en orden de popularidad son los siguientes:

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12–24Vdc 100-120Vac 5 Vdc(TTL) 200-240Vac 48Vdc 24Vac El PLC debe convertir esta variedad de niveles lógicos de voltaje a niveles de voltaje de lógica TTL (5Vdc). Para lograr esto utilizados interfaces circuitales típicas: DC a TTL y AC a TTL.

Interface típica de conversión DC a TTL.

Los opto acopladores son usados para aislar la circuitería interna de las tensiones de alimentación externas.

Esto elimina la posibilidad de que

cualquier voltaje dañino o cualquier ruido alcance los circuitos lógicos internos del PLC. Los opto acopladores convierten la señal eléctrica de corriente o voltaje a una señal luminosa, y luego la transforman de luminosa a eléctrica para que así los circuitos lógicos del PLC puedan procesarla.

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Interface típica de conversión AC a TTL.

Una primera vista comparativa del uso de entradas DCo AC se da a continuación: 

Los voltajes DC usualmente son más bajos (12–24V) y por lo tanto es menos riesgoso operar con ellos.



Las entradas DC son muy rápidas. Las entradas AC requieren de un tiempo mayor para ser reconocida.



Los voltajes DC pueden ser conectados a una gran variedad de equipos y sistemas eléctricos.

 Las señales AC son más inmunes al ruido que las señales DC,por eso pueden cubrir mayor distanciay ambientes ruidosos. 

El suministro AC es más fácil y menos costoso al momento de alimentar equipos eléctricos.



Las señales AC son muy comunes en muchos equipos de automatización.

4.3 ENTRADAS DC

Típicamente existen módulos de entradas DC que trabajan a 5, 12, 24, o 48 voltios, pero el de uso más populares el de 24VDC. Los módulos de entradas DC permiten conectar sensores transistorizados del tipo PNP (fuente) o NPN (sumidero) .Si se está usando un switch convencional (interruptores o push button) no hay cuidado si las entradas son NPN o PNP. Sin embargo, si se está usando un sensor electrónico INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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(fotoeléctricos, de proximidad, etc.) se debe tener cuidado que su configuración de salida sea compatible con el tipo de entrada (NPN o PNP) del PLC. La diferencia entre los dos tipos es que la carga (en este caso el PLC) es con mutada a tierra o es conectado a un voltaje positivo. Un sensor tipo NPN conmuta la carga a tierra, mientas que un sensor tipo PNP suministra a la carga un voltaje positivo.

Etapa de salida de un sensor tipo NPN (Sumidero).

En este tipo de sensor se conecta uno de los terminales de salida al PLC, mientras que el otro se conecta a la referencia de la fuente de alimentación. Si el sensor no es alimentado de la misma fuente que alimenta al PLC, los negativos de ambas fuentes deben unirse entre sí para formar un terminal de referencia común. Los sensores NPN son de uso común más que todo en Norte América.

En los sensores tipo PNP se conecta uno de los terminales de salida al positivo de la fuente, mientras que el otro se conecta a la correspondiente entrada del PLC. Si el sensor no es alimentado por la misma fuente que alimenta al PLC, se deben conectar ambos V+'s entre sí. Los sensores tipo PNP son más comúnmente usados en Europa.

Etapa de salida de un sensor tipo PNP (Fuente). INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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Dentro del sensor el transistor actúa como un switch estático. Es decir, la circuitería interna de procesamiento del sensor habilita al transistor de salida para que se active cuando por ejemplo sea detectada la presencia de un objetivo. De esta manera el transistor cerrará el circuito entre las 2 conexiones que se muestra arriba (V+y entrada del PLC).

Interface DC de entrada al PLC.

En el PLC, lo único accesible al usuario son los terminales nombrados como COMÚN, ENTRADA 0000, ENTRADA 0001, ENTRADA xxxx... El terminal común debe conectarse a V+ o a tierra, dependiendo del tipo de sensor que se esté usando. Cuando se usan sensor es tipo NPN el terminal se conecta a V+, mientras que cuando se usan sensores tipo PNP el terminal común se conectada 0V (tierra).

Un switch ordinario como por ejemplo un limit switch, push button, selector, etc.; debe ser conectado a las entradas del PLC de una manera similar a la conexión de los sensores descritos anteriormente. Un terminal del switch debe ser conectado directamente a V+, mientras que el otro se debe conectara la entrada del PLC, si se asume compatibilidad PNP. Es decir esta conexión asume que el común está conectado a 0v. Si por el contrario el común está conectado a V+ (compatibilidad NPN) entonces un extremo del switch debe ser conectado a 0V (ground) mientras que el otro va al terminal de entrada en el PLC. INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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4.4 CONEXIONADO DE ENTRADAS DC

Cuando un sensor detecta un cambio lógico, él debe señalar ese cambio al PLC. Esto típicamente lo consigue mediante la conmutación de un voltaje o de una corriente de “ON” a “OFF” o viceversa. En este sentido existen sensores con distintos tipos de salida: 

Salida tipo Switcho relé: Conmutan un voltaje DCo AC.

Salida tipo relé.

Salida tipo TTL: Transistor Transistor Logic.

Salida tipo TTL.

Salida DC tipo Sumidero: Conmutan corriente a tierra.

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Salida tipo NPN

4.4.1 CONEXIONADO DE ENTRADAS TIPO NPN. Cuando el sensor detecta un cambio lógico, permite que por dentro de él fluya corriente en un camino hacia el común. Conmutando corriente en lugar de voltaje, se resuelven muchos de los problemas del ruido eléctrico. La salida de un sensor tipo sumidero está compuesta por un transistor tipo NPN. En forma simple estos sensores se conocen como tipo NPN, y los mismos necesitan de una fuente de alimentación para poder funcionar.

Sensor NPN simplificado.

Si el sensor ha detectado algún fenómeno, activa el transistor permitiendo así el flujo de corriente hacia el común. Cuando se tiene una tarjeta de entrada que tiene un +V (no un común), entonces se pude usar sensores tipo NPN. En este caso la corriente sale de la tarjeta (Fuente) y el sensor la conmuta a tierra.

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Tarjeta simplificada del PLC para sensor tipo NPN.

4.4.2 CONEXIONADO DE ENTRADAS TIPO PN Cuando el sensor detecta un cambio lógico, permite que desde el +V salga una corriente que fluyendo a través de él, active una carga o la entrada de un PLC. Complementario al sensor tipo sumidero, la salida de un sensor tipo fuente consta de un transistor tipo PNP. En forma simple estos sensores se conocen como tipo PNP, e igualmente necesitan de una fuente de alimentación para poder operar.

Sensor tipo PNP simplificado.

Si el sensor ha detectado algún fenómeno, activa el transistor permitiendo así que el flujo de corriente salga por el transistor. Cuando se tiene una tarjeta de entrada que tiene un COM (común), entonces se pude usar sensores tipo PNP. En este caso la corriente fluye hacia la tarjeta buscada el común de la fuente de alimentación. INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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Tarjeta simplificada del PLC para sensor tipo PNP.

4.4.3 CONEXIONADO DE SENSORES TIPO 2 HILOS. Los sensores NPN o PNP a dos hilos se han hecho populares ya que ellos reducen el cableado en las aplicaciones de PLCs. Un sensor a dos hilos puede ser usado como Fuente o como sumidero. Necesita sólo de una pequeña corriente para mantenerse polarizado, aunque cuando se activa permite un mayor flujo de corriente.

Conexión de sensores de2 hilos tipo PNP y NPN.

Finalmente, la conexión de sensores tipo 2 hilos requiere que la tarjeta de entrada de los PLCs permita una cierta corriente de fuga, que sería la necesaria para que el sensor opere en stand-by.

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Resumen de conexión de sensores DC tipo NPN.

Resumen de conexión de sensores DC tipo PNP.

4.5 ENTRADAS AC. U n voltaje AC es uno que no posee polaridad, es decir, no hay positivo o negativo por el cual preocuparse al ahora de la conexión. Sin embargo este tipo de entrada posee la desventaja de ser algo peligrosa (SHOCK eléctrico)

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si no se toman las precauciones debidas. Los módulos de entrada AC que existen típicamente trabajan con voltajes de 24, 48,110, y 220 voltios. Los módulos de entradas AC son menos comunes que los de entrada DC. La razón es que la gran mayoría de los sensores actuales utilizan salidas transistorizadas (NPN o PNP), y un transistor no trabaja con polarizaciones AC.

Entrada AC al PLC.

La conexión típica de los elementos de entrada AC a los módulos del PLC se muestra en la figura de arriba. Comúnmente la línea activa (fase) se conecta a los switch, mientras que el neutro se conecta a la entrada común del PLC. El terminal de aterramiento de la red AC debe ser conectado a la carcasa del PLC. Los únicos terminales accesibles al usuario son los marcados como COMÚN, ENTRADA 0000, ENTRADA xxxx. Un switch ordinario como por ejemplo un limit switch,

pushbutton,

etc;

debe

ser

conectado

directamente a los terminales de entrada. Un terminal del switch se conecta al conductor activo y el otro terminal va a la entrada del PLC. Esto por supuesto asume que el terminal común está conectado al neutro.

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Finalmente, vale mencionar que típicamente una entrada AC toma más tiempo para que el PLC la vea que la que toma para una entrada DC. Sin embargo en muchos casos esto no representa un problema ya que normalmente los elementos de entrada AC son switch o elementos mecánicos que son bastantes lentos en su reacción. Es común que un PLC requiera que la entrada este ON por 25 o más milisegundos antes de que él la valide. Estos tiempo son requeridos para efectos de filtrado de las entradas del PLC.

4.6 CONEXIONADO DE ENTRADAS AC Pocas veces los PLCs incluyen la fuente para excitar las entradas y para alimentar los sensores. Por esa razón hay que disponer de una fuente externa.

Tarjeta de entrada AC típica. La tarjeta de entrada compara el voltaje con la referencia (COM), si está dentro de cierto rango, la entrada se activa. En este caso, el neutro es el punto de referencia de voltaje (COM), por lo que sí existen otras fuentes hay que unir todos los neutros. También, se debe tomar en cuenta que Tierra NO es igual a COM, el aterramiento es usado para prevenir “shocks” eléctricos daños de los equipos.

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4.7 SALIDAS DEL PLC Los módulos de salida raras veces o nunca suplen potencia a las cargas, más bien ellos actúan como switches. Fuentes externas son conectadas a las tarjetas de salida de los PLCs y entonces ellas se encargan de conmutar la potencia (ON u OFF) hacia cada salida. Los rangos típicos de voltajes típicos que son conmutados en los módulos de salida son lo que se listan a continuación: 120 VAC 24 VDC 220 VAC 12–48 VAC 12–48 VDC 5 VDC (TTL) Los módulos de salida normalmente tienen de 8 a 16 salidas de un mismo tipo: a relés, a transistores, o a TRIACs. Los PLCs deben convertirlos niveles lógicos TTL (5VDC) presente en el bus de datos a niveles de voltaje externos. Esto se logra con el uso de circuitos de interface como los mostrados a continuación, los cuales además de usar básicamente un opto acoplador para conmutar la circuitería externa, también utilizan algunos componentes para proteger la circuitería de voltajes excesivos y de polaridad inversa.

Interface típica para salida a relé. INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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Las salidas a relé son las más flexibles con respectos al uso. Ellas son capaces de conmutar tanto cargas AC como cargas DC. Sin embargo este tipo de salida es bastante lenta (Tiempo de conmutación típico: 10ms), de mayor tamaño, de mayor costo, y de tiempo de vida más corto. Cuando se dedica un relé separado por cada salida, a menudo se le conoce como contactos secos. Esto permite mezclar voltajes (AC o DC a distintos niveles de tensión), así como también permite aislar las salidas, protegiendo las mismas y al PLC mismo. Este método es menos sensitivo a las variaciones y a los picos de voltaje.

Interface típica para salida a transistor.

Interface típica para salida a TRIAC.

Las salidas a transistores usan del tipo NPN o PNP y están limitadas a servir cargas DC hasta 1 amp, mientras que las salidas a TRIACs sirven a cargas INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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AC típicamentehasta1Amp.LassalidasatransistoresoaTRIACs son conocidas como salidas conmutadas o salidas estáticas, y su tiempo de conmutación esta normalmente por debajo de 1 ms...

4.8.1 SALIDAS A RELÉ. Uno de los tipos más populares de salidas disponibles son las de relé. Esto se debe a que un relé puede ser usado tanto con cargas AC como con cargas DC. Algunas de las formas más comunes de cargas son solenoides, lámparas, motores, etc; las cuales vienen en muchos tamaños eléctricos. Por esta razón siempre hay que chequear las especificaciones de la carga antes de conectarla a la salida del PLC, a fin de asegurar que la corriente máxima que ellas consumen estará dentro de los límites permitidos en las especificaciones de las salidas del PLC.

Existe un tipo descarga a las que se le debe prestar especial atención: las llamadas cargas inductivas. Este tipo de carga tiene la tendencia de desarrollar una sobre corriente al energizarlas, y lo que es peor, desarrollan un sobre impulso de

voltaje inverso

cuando son

desactivadas. Esta corriente y voltaje inverso propensa el daño de la salida a relés del PLC. Típicamente se deben usar diodos, varistores o circuitos "snubber" para ayudar a combatir el daño de los relés de salida del PLC.

Módulo de salidas a relés. INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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Los relés de salida están dentro del PLC. La figura de arriba muestra un diagrama circuital típico de las salidas a relés. Cuando la lógica del programa de aplicación indica que se debe activar una salida física, entonces el PLC aplica un voltaje a la bobina del relé correspondiente. Esto a su vez causará el cierre de los contactos del relé activado. Luego, cuando los contactos cierran se permite el flujo de corriente a través de la carga conectada en la salida en cuestión. Contrariamente, cuando la lógica programada indica que se debe desactivar la salida física, el PLC interrumpe el suministro de voltaje a la bobina del relé, causando la inminente apertura de los contactos del mismo, y con ello la desactivación de la carga conectada a esta salida.

Conexión típica de un módulo de salidas a relés.

La figura de arriba muestra el modo típico de conexión de las salidas a relés de los PLCs. Aunque la figura muestra sólo la conexión en circuitos DC, también se puede conectar de manera similar en circuitos AC; ya que un relé es un elemento de salida no polarizado y en INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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consecuencia él puede conmutar tanto AC como DC. En este caso se trata de salidas a contactos secos.

Un resumen de las salidas a relés es el siguiente: son relativamente lentas, pueden conmutar corrientes algo grandes, tiene tiempo de vida relativamente corto y trabajan tanto en AC como en DC.

4.8.2 SALIDAS A TRANSISTORES Un transistor solo puede conmutar en circuitos de corriente directa. Por esta razón el transistor no puede ser usado con voltajes de corriente alterna (AC). En este tipo de aplicación, el transistor es tratado como un switch de estado sólido. Una pequeña corriente aplicada a la “base” del transistor permite conmutar una corriente considerablemente mayor a través de su unión Colector- Emisor. Basado en este fundamento, Cuando la lógica programada en el PLC indica que se debe activar una salida física, el PLC aplica una pequeña corriente a la base del transistor de la salida en cuestión y así la misma “cierra sus contactos”. Una vez establecido el flujo eléctrico a través de los contactos de la salida activada, la carga conectada a esta salida se activara también.

En general existen dos tipos de transistores usados en la etapa de salida de los PLCs: Transistores NPN y transistores PNP. El tipo “físico” de transistor usado también varía de fabricante a fabricante. Algunos de los tipos más comúnmente usados son los BJT y los MOSFET. Un transistor tipo BJT (Bipolar Junction Transistor)

generalmente tiene

menos capacidad de conmutación (Puede manejar menos corriente) que uno tipo MOS-FET (Metal Oxide Semiconductor - Field Effect Transistor). Sin embargo, el BJT tiene un tiempo de conmutación ligeramente más pequeño que el tiempo de los MOS-FET. Al igual que con las salidas a relés, hay que chequear las especificaciones dadas por el fabricante acerca de un grupo de salidas a transistores en particular, a fin de verificar que la máxima corriente de carga no exceda la del transistor. INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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La figura que se muestra a continuación incluye un típico diagrama circuital de salida para una del tipo NPN.

Salida a transistor.

Aquí también se muestra una foto acopladora cuya función es aislar los voltajes y corrientes del mundo exterior de la circuitería interna del PLC. Cuando la lógica programada indica que se debe activar esta salida, el circuito interno aplica un pequeño voltaje al LED del foto acoplador el cual emite entonces una luz que causa que el fototransistor permita el flujo de una pequeña corriente hacia la base del transistor conectado a la salida 0500. De aquí que lo que esté conectado entre el COM y el terminal 0500 se active. Cuando la lógica programada indica que se debe desactivar la salida 0500, entonces se deja de aplicar el voltaje al foto acoplador lo que causa que ya el LED pare de emitir luz y así el transistor de salida conectado entre 0500y COM se desactivara “abriendo” sus contactos.

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Conexión típica de un módulo de salidas a transistores La figura anterior muestra la forma típica de conectar una salida a transistor. Nótese que se trata de un transistor tipo PNP. Si la salida mostrada fuese una tipo NPN, el terminal común estaría conectado a – V, mientras que el terminal final de cada carga estaría conectado a +V.

Una cuestión importante ha denotar es que el transistor por lo general no puede conmutar cargas tan altas como las que conmuta un relé. Para reparar esta situación, si la carga a conmutar excede la permisible a través del transistor, entonces se debe conectar un relé de interposición a la salida del PLC, y luego conectar la carga a los terminales de este relé. Un resumen de las salidas a transistor sería el siguiente: son rápidas, conmutan sólo corrientes relativamente pequeñas, poseen largo tiempo de vida y trabajan solamente con DC.

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CAPITULO V PRINCIPALES INSTRUCCIONES

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5.1 CONTADORES Un contador es un elemento diseñado simplemente para contar eventos, sin embargo dependiendo del fabricante pueden existir en general tres tipos de contadores: 

Contadores

ascendentes

los

cuales

cuentan

solamente

ascendentemente (1, 2,3,…) y que usualmente se denotan como CTU (countup); 

Contadores

descendentes

los

cuales

cuentan

solamente

descendentemente (9,8, 7,…) y que usualmente se denotan como CTD (countdown); y 

Contadores

bidireccionales

los

cuales

cuentan

tanto

ascendente como descendentemente (1, 2, 3, 4, 3, 2, 3, 4,5,...) y que usualmente se denotan como UDC (up-down counter) o simplemente C.

También, muchos fabricantes incluyen un número limitado de contadores de alta velocidad denotados usualmente como HSC (high - speed counter). Típicamente el contador rápido es un dispositivo del hardware del PLC, mientras

que

los

contadores

mencionados

anteriormente

son

implementados mediante software. Es decir, mientras que los contadores ordinarios no existen físicamente sino que son simulados en el programa monitor del PLC, los contadores de alta velocidad si existen como elemento del hardware y funciona de esta manera en forma independiente del tiempo de scan del PLC.

Una buena regla práctica es simplemente usar los contadores normales (Software) cuando los pulsos que se estén contando arriben con periodos mayores a 2 veces el tiempo del SCAN. Por ejemplo, si el tiempo de SCAN es 2 ms y los pulsos que se están contado llegan cada 4 ms o más, es INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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posible usar los contadores normales. Si al contrario los pulsos arriban cada 3 ms hay que hacer uso de los contadores rápidos.

Típicamente los contadores de 16 bits pueden contar desde 0 hasta 9999 usando BCD (decimal codificado en binario), -32,768 hasta +32,767 o 0 hasta 65535 usando codificación binaria normal. Cuando el programa esta corriendo en el PLC, el Valor actual o el acumulado del contador puede ser visualizado en la consola de programación y ajuste del PLC. A continuación se pueden ver algunos ejemplos de la instrucción del contador.

Bloque contador típico.

Este contador usa 2 entradas: la primera es la entrada de RESET la cual al activarse restaura a cero el valor actual o el acumulado del PLC. La segunda entrada es por donde entrarían los pulsos que se desean contar. Por ejemplo si se esta contando cuantas piezas pasan por el frente de un detector inductivo que esta físicamente conectado a la entrada 0001, entonces se debe colocar un contacto al cierre con la dirección 0001 en la segunda línea de entrada (pulse).

Cxxx es la dirección o el nombre del contador. Si se desea nombrarlo como el contador cero (0), se debe colocar ahí "C000".

Yyyyy es el preset o el número de pulso que se desean contar antes de que el contador active su salida. Por ejemplo, si se desean contar 5 piezas antes de que se active la salida física que activa el mecanismo de embalaje de las piezas, habrá que colocar ahí el número5 en decimal. Cuando el contador ha INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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alcanzad el valor del preset entonces él activara un conjunto de contactos etiquetados también con la dirección C000 y que pueden ser utilizados en cualquier parte del programa de la aplicación.

.

Uso del Bloque contador en un diagrama escalera.

En el diagrama escalera anterior se puede apreciar como el contador C000 debecontar100pulsosprovenientesdelaentrada0001antesdeactivarlasalida 0500. El sensor 0002 es el encargado de restaurar a cero el contador.

Símbolo típico de un contador bidireccional.

En este tipo de contador se requieren 3 entradas: La entrada de RESET la cual tiene la misma función que en el contador mencionado anteriormente, la entrada UP para contar ascendentemente y la entrada DOWN para avanzar INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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descendentemente. En este ejemplo se llamara al contador como UDC000 y se le pondrá un valor de preset igual a 1000. (Se desean contar 1000 piezas. El diagrama escalera correspondiente se muestra a continuación.

Uso del Bloque contador bidireccional en un diagrama escalera.

5.2 TEMPORIZADORES Los temporizadores son instrucciones que aguardan una predeterminada cantidad de tiempo antes de ejecutar una acción. Existen diferentes tipos de temporizadores según el fabricante. Los más comunes son los siguientes:

Temporizadores al trabajo (On-Delaytimer)- Este tipo de temporizador simplemente retrasa el encendido. En otras palabras, después que un sensor (entrada) activa la temporización, el temporizador espera por un tiempo predeterminado antes de activar su salida. Este es el más común de los temporizadores y usualmente se denota como TON (timeron-delay), TIM (timer) o TMR (timer).

Temporizadores al reposo (Off-Delaytimer)- Este temporizador retarda la desactivación de una salida. Por ejemplo, después que un sensor detecta un objetivo, se activa inmediatamente una salida, y luego cuando ya el INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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sensor no está detectando más el objetivo, la salida se mantiene encendida por un tiempo determinado antes de desactivarla. El símbolo para este tipo de temporizadores es TOF (timer off-delay) y es menos común que el temporizador ON-DELAY.

Temporizador acumulativo o de retención- Este tipo de temporizador requiere de dos entradas. Una de las entradas inicia la temporización y la otra la restaura a cero. La temporización de los mencionados anteriormente es restaurada a cero una vez que la entrada del sensor que los activa cambia de estado sin que haya concluido la temporización, mientras que este tipo de temporizador mantiene el tiempo de temporización que haya transcurrido cuando el mismo sea desactivado a mitad del ciclo de temporización. Por ejemplo, si se desea conocer cuánto tiempo estuvo un

sensor

activado durante el intervalo de una hora, hay que usar

temporizador acumulativo ya que si se usan los ordinarios (on/off delay) el temporizador que lleva la cuenta del tiempo se mantendría reseteado cada vez que el sensor se desactive / active. Un símbolo para este tipo de temporizador es RTO (retentive timer) o TMRA (accumulating timer).

Finalmente, mientras el programa de aplicación está corriendo en el PLC, se puede acceder mediante la consola de programación al tiempo de temporización transcurrido o al acumulado según corresponda. Estos tiempos mencionados se expresan en pulsos de reloj que de acuerdo al fabricante se ofrecen en varias bases de tiempo, siendo las más típicas: 1, 10, 100 mseg, 1 seg y 1 min. Los valores de preselección para las funciones de temporización van desde0hasta9999,o desde 0 hasta 65535 pulsos de reloj.

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Símbolo básico de una instrucción de temporización. Este temporizador es uno del tipo on-delay direccionado como Txxx. Cuando la entrada de activación (enable) se pone en un nivel alto comienza la temporización. Cuando los pulsos de temporización han alcanzado el valor de preselección yyyyy, él activará sus contactos que se podrán usar en cualquier forma y punto del programa de aplicación. Hay que recordar que la duración de cada pulso de reloj depende del tiempo base usada el cual se ajusta para cada temporizador con la ayuda de la consola de programación.

Uso del temporizador on delay en el diagrama escalera.

En este diagrama cuando la entrada 0001 se activa, el temporizador T000 (un temporizador con base de tiempo igual a 100ms) comienza a contar los pulsos de base de tiempo hasta que alcance los 100 pulsos que son el valor de preselección. Como cada pulso corresponde a 100 ms, entonces la temporización total será de 10 seg (100 pulsos X 100ms = 10,000ms =10 segundos). Cuando los 10 segundos se han agotado, el contacto de T000 cierra activando así la salida 0500. También, cuando la entrada 0001 cae a cero el temporizador T000 se restaura a cero causando la apertura de su contacto, y con ello la desactivación de la salida 0500.

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Figura animación uso del bloque temporizador on delay.

Un temporizador de acumulación típico sería como el siguiente.

Símbolo básico de un temporizador acumulativo.

Este temporizador es direccionado como Txxx. Cuando la entrada de activación (enable) se pone en un nivel alto comienza la temporización. Cuando los pulsos de temporización han alcanzado el valor de pre selección yyyyy, él activará sus contactos que se podrán usar en cualquier forma y punto del programa de aplicación. Si por ejemplo, la entrada ENABLE cae a cero antes de que termine la temporización, el valor en curso se conservará, y cuando la entrada vuelva a su nivel alto continuará la temporización tomando en cuenta el tiempo ya computado. La única manera de forzar al

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temporizador a que comience la temporización desde el principio es poner un nivel alto en la entrada de RESET.

A continuación esta la instrucción de temporización en el diagrama escalera.

Uso del temporizador acumulativo en el diagrama escalera.

En este diagrama cuando la entrada 0002 se activa, el temporizador T000 de base de tiempo 10 ms comienza a contar pulsos hasta alcanzar 100 unidades que corresponden a 1 segundo (100 pulsos X 10ms = 1,000ms= 1 segundo). Cuando se alcanzalatemporizaciónde1segundosecierraelcontacto T000, activando de esta manera la salida 0500. Si la entrada 0002 cae hasta cero el tiempo contabilizado hasta el momento se retendrá hasta que la misma vuelva al nivel alto continuando la temporización en el punto que se dejó, o hasta que se active la entrada 0001 (RESET) con lo que se restauraría a cero el tiempo contabilizado y se iniciaría desde cero cuando se active 0002.

5.3 Cargar (Load): La instrucción cargar o “Load” (LD) se refiere a un contacto abierto. En otros casos se describe como la instrucción “examinar sí esta on”. El símbolo usado es el siguiente:

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Símbolo para la instrucción “Load”

Este símbolo es usado cuando se requiere que la señal este presente para que el símbolo este lógicamente activo. Cuando la entrada física esta activa o en alto se puede decir que la condición lógica del símbolo es “Cierta”. El PLC examina si la señal de entrada está en “on”, es decir, si la entrada física está “on” entonces el símbolo también estará “on”. Una condición “on” también se conoce como un estado lógico “1”o un “alto”. Este símbolo normalmente puede ser usado con entradas internas, entradas externas y contactos de salida externos.

5.4 Cargar Barra (LoadBar): La instrucción “LoaDBar” se refiere a un contacto cerrado. También es conocida como “examinar si está cerrado” y como “Cargar negado” (LoaDNot: LDN). Esto es examinar si la entrada física esta desactivada. El símbolo para la instrucción LoadBar es el siguiente:

Símbolo para la instrucción LoaDBar.

Es usado cuando se requiere que el símbolo este activo en ausencia de señal. Esto es, cuando la señal física está en “off” o en un nivel “bajo”, entonces el símbolo tiene la condición lógica “cierto”. En otras palabras, el PLC examina si la entrada física esta “off” y luego asigna al símbolo el estado lógico “on”. Una condición “off” también se trata de un estado lógico “0”. Este símbolo es usado con entradas internas, entradas externas y algunas veces con contactos de salida externos.

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NOTA: En muchos PLCs las instrucciones LoaD y LoaDBar deben ser obligatorio que sean el primer símbolo a la izquierda del diagrama escalera.

Estado Lógico

Load

LoadBar

0

Falso

Cierto

1

Cierto

Falso

Resultados lógicos de las instrucciones LOAD y LOADBAR.

5.6 Salida (Out): La instrucción Out conocida en algunos casos como Energice la salida es similar a la bobina de un relé. El símbolo usado es el siguiente:

Símbolo OUT (Bobina de salida) Cuando en un “peldaño” existe una secuencia de símbolos con condición lógica “cierta” que precede esta instrucción, entonces se activa la salida física correspondiente a la dirección indicada en la instrucción OUT. Esto es equivalente a una salida que esta normalmente des energizada. Esta instrucción es usada tanto en bobinas internas que son simuladas (no existen físicamente) como en salidas hacia el mundo exterior.

5.7 Salida Barra (Outbar): La instrucción Outbar se conoce también como salida negada (OutNot).Es similar a la bobina de un relé que esta normalmente

energizada.

El símbolo

usado

para

esta

instrucción

corresponde a:

Símbolo instrucción (Bobina normalmente energizada) Cuando en un “peldaño” existe una secuencia de símbolos con condición lógica “Falso” que preceden esta instrucción, entonces se activa la salida INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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física correspondiente a la dirección indicada en la instrucción OUTBar. Esto es equivalenteaunasalidaqueestanormalmenteenergizada.Estainstrucciónes usada tanto en bobinas internas que son simuladas (no existen físicamente) como en salidas hacia el mundo exterior.

Estado Lógico

Out

OutBar

0

Falso

Cierto

1 Cierto Falso Resultados lógicos de las instrucciones OUT y OUTBAR.

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CAPITULO VI LENGUAJES DE PROGRAMACION

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En la actualidad cada fabricante diseña su propio software de programación, lo que significa que existe una gran variedad comparable con la cantidad de PLCs que hay en el mercado. No obstante, actualmente existen tres tipos de lenguajes de programación de PLCs como los más difundidos a nivel mundial; estos son: - Lenguaje de contactos o Ladder - Lenguaje Booleano (Lista de instrucciones) - Diagrama de funciones Es obvio, que la gran diversidad de lenguajes de programación da lugar a que cada fabricante tenga su propia representación, originando cierta incomodidad al usuario cuando programa más de un PLC. 6.1 LA NORMA IEC 1131-3 La Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) desarrolló el estándar IEC 1131, en un esfuerzo para estandarizar los Controladores Programables. Uno de los objetivos del Comité fue crear un conjunto común de instrucciones que podría ser usado en todos los PLCs. Aunque el estándar 1131 alcanzó el estado de estándar internacional en agosto de 1992, el esfuerzo para crear un PLC estándar global ha sido una tarea muy difícil debido a la diversidad de fabricantes de PLCs y a los problemas de incompatibilidad de programas entre marcas de PLCs. El estándar IEC 1131 para controladores programables consiste de cinco partes, una de las cuales hace referencia a los lenguajes de programación y es referida como la IEC 1131-3. El estándar IEC 1131-3 define dos lenguajes gráficos y dos lenguajes basados en texto, para la programación de PLCs. Los lenguajes gráficos utilizan símbolos para programar las instrucciones de control, mientras los lenguajes basados en texto, usan cadenas de caracteres para programar las instrucciones. 

Lenguajes Gráficos

o Diagrama Ladder (LD) o Diagrama de Bloques de Funciones (FBD) 

Lenguajes Textuales

o Lista de Instrucciones (IL) o Texto Estructurado (ST)

Adicionalmente, el estándar IEC 1131-3 incluye una forma de programación orientada a objetos llamada Sequential Function Chart (SFC). SFC es a menudo categorizado como un lenguaje IEC 1131-3, pero éste es realmente una estructura organizacional que coordina los cuatro lenguajes estándares de

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programación (LD, FBD, IL y ST). La estructura del SFC tuvo sus raíces en el primer estándar francés de Grafcet (IEC 848). 6.1.1 LENGUAJE LADDER El LADDER, también denominado 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. De este modo, con los conocimientos que todo técnico eléctrico posee, es muy fácil adaptarse a la programación en este tipo de lenguaje. Su principal ventaja es que los símbolos básicos están normalizados según normas NEMA y son empleados por todos los fabricantes.  Elementos de programación Para programar un PLC con LADDER, además de estar familiarizado con las reglas de los circuitos de conmutación, es necesario conocer cada uno de los elementos de que consta este lenguaje. En la siguiente tabla podemos observar los símbolos de los elementos básicos junto con sus respectivas descripciones. Símbolo

Nombre

Descripción

Se activa cuando hay un uno lógico en el elemento que Contacto representa, esto es, una entrada (para captar NA información del proceso a controlar), una variable interna o un bit de sistema. Su función es similar al contacto NA anterior, pero en Contacto este caso se activa cuando hay un cero lógico, cosa que NC deberá de tenerse muy en cuenta a la hora de su utilización.

Bobina NA

Se activa cuando la combinación que hay a su entrada (izquierda) da un uno lógico. Su activación equivale a decir que tiene un uno lógico. Suele representar elementos de salida, aunque a veces puede hacer el papel de variable interna.

Bobina NC

Se activa cuando la combinación que hay a su entrada (izquierda) da un cero lógico. Su activación equivale a decir que tiene un cero lógico. Su comportamiento es complementario al de la bobina NA.

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

Bobina SET

Una vez activa (puesta a 1) no se puede desactivar (puesta a 0) si no es por su correspondiente bobina en RESET. Sirve para memorizar bits y usada junto con la bina RESET dan una enorme potencia en la programación.

Bobina SET

Permite desactivar activada.

una

bobina

SET

previamente

Programación

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. El siguiente esquema representa la estructura general de la distribución de todo programa LADDER, contactos a la izquierda y bobinas y otros elementos a la derecha.

En cuanto a su equivalencia eléctrica, podemos imaginar que las líneas verticales representan las líneas de alimentación de un circuito de control eléctrico. El orden de ejecución es generalmente de arriba hacia abajo 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 controlador a otro, pero siempre se respetará el orden de introducción del programa, de manera que se ejecuta primero lo que primero se introduce.

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 Variables internas y bits de sistema Las variables internas son bits auxiliares que pueden ser usados según convenga, sin necesidad de que representen ningún elemento del autómata. Se suele indicar mediante los caracteres B ó M y tienen tanto bobinas como contactos asociados a las mismas. 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. Los bits de sistema son contactos que el propio autómata activa cuando conviene o cuando se dan unas circunstancias determinadas. Existe una gran variedad, siendo los más importantes los de arranque y los de reloj, que permiten que empiece la ejecución desde un sitio en concreto y formar una base de tiempos respectivamente. Su nomenclatura es muy diversa, dependiendo siempre del tipo de autómata y fabricante 6.1.2 LENGUAJE BOOLEANO (Lista de Instrucciones)

El lenguaje Booleano utiliza la sintaxis del Álgebra de Boole para ingresar y explicar la lógica de control. Consiste en elaborar una lista de instrucciones o nemónicos, haciendo uso de operadores Booleanos (AND, OR, NOT, etc.) y otras instrucciones nemónicas, para implementar el circuito de control. El lenguaje “Lista de Instrucciones” (IL) de la Norma IEC 1131-3, es una forma de lenguaje Booleano. Ejemplo de programación Booleana: A A O =

I I I Q

2.3 4.1 3.2 1.6

6.1.3 DIAGRAMA DE FUNCIONES (FBD) Es un lenguaje gráfico que permite al usuario programar elementos (bloque de funciones del PLC) en tal forma que ellos aparecen interconectados al igual que un circuito eléctrico. 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. INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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Adicionalmente a las funciones lógicas estándares y específicas del vendedor, el lenguaje FBD de la Norma IEC 1131-3 permite al usuario construir sus propios bloques de funciones, de acuerdo a los requerimientos del programa de control. Ejemplo de programación mediante diagrama de funciones:

I 2.3 I 4.1

& ≥1 Q 1.6

I 3.2

6.1.4 LENGUAJE DE TEXTO ESTRUCTURADO (ST)

Texto estructurado (ST) es un lenguaje de alto nivel que permite la programación estructurada, lo que significa que muchas tareas complejas pueden ser divididas en unidades más pequeñas. ST se parece mucho a los lenguajes de computadoras BASIC o PASCAL, que usa subrutinas para llevar a cabo diferentes partes de las funciones de control y paso de parámetros y valores entre las diferentes secciones del programa. Al igual que LD, FBD e IL, el lenguaje de texto estructurado utiliza la definición de variables para identificar entradas y salidas de dispositivos de campo y cualquier otra variable creada internamente. Incluye estructuras de cálculo repetitivo y condicional, tales como: FOR... TO; REPEAT..... UNTIL X; WHILE X...; IF... THEN...ELSE. Además soporta operaciones Booleanas (AND, OR, etc.) y una variedad de datos específicos, tales como fecha, hora. La programación en Texto Estructurado es apropiada para aplicaciones que involucran manipulación de datos, ordenamiento computacional y aplicaciones matemáticas que utilizan valores de punto flotante. ST es el mejor lenguaje para la implementación de aplicaciones de inteligencia artificial, lógica difusa, toma de decisiones, etc. Ejemplo:

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IF Manual AND Alarm THEN Level = Manual_Level; Mixer = Start AND NOT Reset ELSE IF

Other_Mode THEN Level = Max_level;

ELSE

Level = (Level_Indic X100)/Scale;

END IF;

6.1.5 SEQUENTIAL FUNCTION CHART (SFC) Es un “lenguaje” gráfico que provee una representación diagramática de secuencias de control en un programa. Básicamente, SFC es similar a un diagrama de flujo, en el que se puede organizar los subprogramas o subrutinas (programadas en LD, FBD, IL y/o ST) que forman el programa de control. SFC es particularmente útil para operaciones de control secuencial, donde un programa fluye de un punto a otro una vez que una condición ha sido satisfecha (cierta o falsa). El marco de programación de SFC contiene tres principales elementos que organizan el programa de control:   

Pasos (etapas) Transiciones (condiciones) Acciones

El programa irá activando cada una de las etapas y desactivando la anterior conforme se vayan cumpliendo cada una de las condiciones. Las acciones se realizarán en función de la etapa activa a la que están asociadas. Por ejemplo, la etapa 1 activa tras arrancar el programa, al cumplirse la "Condición 1", se activará la etapa 2, se desactivará la 1, y se realizará la "Acción 1".

Ejemplo:

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Como se mencionó anteriormente, el lenguaje SFC tiene su origen en el estándar francés GRAFCET (GRAFica de Control de Etapas de Transición). El grafcet también utiliza etapas, transiciones y acciones, que operan de la misma manera como en SFC.

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CAPITULO VII CONFIGURACION Y CREACION DE PROGRAMAS EN TIA PORAL V11

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7.1 PROGRAMA Se puede definir un programa como un conjunto de instrucciones, órdenes y símbolos reconocibles por el PLC, a través de su unidad de programación, que le permiten ejecutar una secuencia de control deseada. El Lenguaje de Programación en cambio, permite al usuario ingresar un programa de control en la memoria del PLC, usando una sintaxis establecida. Al igual como los PLCs se han desarrollado y expandido, los lenguajes de programación también se han desarrollado con ellos. Los lenguajes de hoy en día tienen nuevas y más versátiles instrucciones y con mayor poder de computación. Por ejemplo, los PLCs pueden transferir bloques de datos de una localización de memoria a otra, mientras al mismo tiempo llevan cabo operaciones lógicas y matemáticas en otro bloque. Como resultado de estas nuevas y expandidas instrucciones, los programas de control pueden ahora manejar datos más fácilmente.

7.2 PROGRAMAS DE APLICACIÓN Y DEL SISTEMA Los programas de aplicación que crean los usuarios están orientados a ejecutar, a través del controlador, tareas de automatización y control. Para ello, el usuario escribe el programa en el lenguaje de programación que mejor se adapte a su trabajo y con el que sienta poseer un mejor dominio. En este punto es importante señalar, que algunos fabricantes no ofrecen todas las formas de representación de lenguajes de programación, por lo que el usuario deberá adaptarse a la representación disponible Por otro lado, el conjunto de programas que realizan funciones operativas internas del controlador, incluyendo los traductores de lenguaje, reciben la denominación de programas del sistema o software del sistema. Un elemento importante de éste, es el sistema operativo, cuyos servicios incluyen el manejo de los dispositivos de entrada y salida del PLC, el almacenamiento de la información durante largos períodos, el procesamiento de los programas del usuario, etc. Estos programas ya vienen escritos y están almacenados en una memoria No volátil dentro de la CPU, por lo tanto no se pierden ni alteran en caso de pérdida de alimentación al equipo. El usuario No tiene acceso a ellos.

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7.3 PASOS PARA REALIZAR UN PROGRAMA El principal propósito de los PLCs es remplazar los relés del mundo real. El relé es un switch electromagnético. Aplicando un voltaje a la bobina, se genera un campo magnético que atrae la armadura que sostiene los contactos, causando entonces que los mismos produzcan la conexión. La unión de los contactos permite que la corriente fluya entra los dos puntos estableciendo así un circuito eléctrico.

Relé electromecánico.

Aquí se muestra el simple encendido de una campana cuando se cierra el switch. Existe 3 partes del mundo real: Un switch, un relé y una campana. Siempre que el switch se cierre se aplica una corriente eléctrica a la campana ocasionando que la misma suene.

Circuito de control por relé.

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Nótese que existen 2 circuitos separados. El inferior que es la parte DC, y el superior que es la parte AC. Aquí se está usando un relé DC para controlar un circuito AC, que es justamente la función de los relés.

Ahora, usemos un PLC en lugar de un relé. Lo primero por hacer es crear lo que se conoce como un diagrama escalera (LADDER). Aunque los PLC son computadoras

que

solo

reconocen

códigos

de

programación,

afortunadamente muchos de ellos poseen software con el cual puede convertir el diagrama escalera a código de máquina.

Primer paso: se deben convertir todo el ítem del diagrama de control de la aplicación a símbolos que el PLC entiende. El PLC no entiende de switch, relés o campanas, más bien él interpreta entradas, bobinas de salida, contactos, etc.

Primero se remplazará la batería con un símbolo. Este símbolo es común en todos los diagramas escalera y son llamados barras de potencial. Las mismas son simplemente dos líneas verticales, una a cada lada del diagrama. Se puede pensar que la de la izquierda es el potencial “+”, mientras que la de la derecha es el potencial “-“. Así el flujo lógico será de izquierda hacia la derecha.

Luego se colocará el símbolo de las entradas. En el ejemplo que se trata se tiene una entrada del mundo real (el switch) el cual se representará con el símbolo siguiente. Este símbolo también se puede usar para representar el contacto de un relé.

Símbolo de un contacto.

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Luego se debe colocar el símbolo de las salidas. En este ejemplo existe una salida del mundo real (La campana). La salida estará físicamente conectada a la campana. Dicha salida usa el siguiente símbolo.

Símbolo de una bobina.

El suministro de AC es una fuente externa y por lo tanto no se coloca en el diagrama escalera. El PLC sólo tiene que ver con encender sus salidas sin importar que esté físicamente conectado a ellas.

Segundo paso: Debemos decir al PLC donde están ubicadas cada una de las entradas y salidas mencionadas. En otras palabras debemos dar todas las direcciones correspondientes a cada símbolo. Esto es:¿Dónde está físicamente conectado el switch?, ¿Dónde está conectada la campana? Cada fabricante de PLCs

tiene

su

manera

diferente

de

indicar

estas

direcciones, pero por ahora asúmase que la entrada tiene la dirección “0000” y que la salida tiene la dirección “500”

Paso final: Se debe convertir el esquemático de control en una secuencia lógica de eventos. Esto es que el programa que se escribirá dirá al PLC que hacer cuando ciertos eventos aparezcan en su contexto. En este ejemplo, se debe indicar al PLC que hacer cuando el operador active el switch. %I0.0

%Q0.0

Diagrama escalera del ejemplo

La figura anterior representa la conversión del esquemático de control aun diagrama escalera. INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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7.4 CONFIGURACION DE SOFTWARE TIAL PORTAL 11 Este documento pretende ser una guía de iniciación para aprender a manejarnos, paso a paso, por el entorno de programación del S7-1200. El STEP7 Basic v11, es la herramienta con la que vamos a configurar, administrar y programar nuestros S7-1200. Todo bajo un mismo entorno de forma rápida y sencilla.

La herramienta es bastante intuitiva ya que esta guía la he ido haciendo mientras me conectaba por primera vez al Step 7 Basic, lo que demuestra que el software ha ganado mucho en sencillez. Paso 1:“Abrir Aplicación” Ejecutamos la aplicación de Step 7 Basic v10.5

“Ejecutar Aplicación”

Paso2:“Crear Proyecto Nuevo” Dentro de la pantalla de inicio nos aparece seleccionado por defecto la opción de “Abrir proyecto existente”. En la tabla os aparecerán los proyectos que tengas guardados en el PG/PC. Nosotros comenzaremos un proyecto desde cero, por lo que seleccionaremos “Crear proyecto”.

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“Dar al botón de crear proyecto nuevo”

Paso3:”Información del Proyecto”

Al seleccionar esta opción le

daremos el nombre al proyecto, quien es el autor, etc... Y le damos al botón de “Crear”.

“Rellenar información del proyecto” INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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Paso4:”Primeros Pasos” Cuando le damos a crear nos aparece la “Vista Portal” y nos selecciona por defecto “Primeros pasos”. Desde aquí tenemos las siguientes opciones: a) Para “configurar un dispositivo”, b)

“Crear programa PLC” y

c)

“Configurar una imagen HMI”. Nosotros empezaremos por lo básico configurando el HW de nuestro equipo para lo que le daremos a configurar dispositivo.

“Click en configurar equipo” Paso5: “Seleccionar CPU” Al darle a “Agregar Dispositivo” nos salen dos opciones: PLC o el Panel HMI. Nosotros comenzaremos por el PLC. Le damos al botón del PLC y nos aparecerá en la ventana de la derecha todas las CPU donde tendremos que seleccionar la que tengamos. Y le daremos a Agregar.

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“Click SIMATIC PLC”

“Seleccionar CPU”

Paso 6: “Configuración de Hardware” Nos aparece la ventana de configuración del equipo. Lo que tenemos que hacer ahora es meter los módulos que tenemos en nuestro equipo físicamente: módulos de I/O, módulos de comunicación, etc…Para ello seleccionaremos del catálogo de la derecha los módulos correspondientes y los iremos arrastrando y soltando en su posición correcta. En el SIMATICS7-1200 los módulos de comunicación se insertan a la izquierda de la CPU y los módulos de I/O se meten a la derecha. Como máximo puede haber 3 módulos de comunicación y 8 de I/O.

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Comunicaciones Max. 3

Ampliación I/O Max.8

“S7-1200–Módulos de Expansión”

“Rellenar Información del Proyecto”

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Pinchando en la flecha de la parte superior izquierda de la CPU nos saca los slots para meter los módulos de comunicación. (Nota: el módulo CSM 1277 no se mete en la configuración hardware del equipo ya que se trata de un elemento de red indiferente para el PLC). En la parte de debajo de la pantalla según vamos insertando los módulos nos podemos meter en las propiedades del módulo y ver sus propiedades, el direccionamiento, etc.…

“Insertar módulos”

Paso7:“Transferir

Configuración”

Para

seleccionamos la CPU y se nos habilita el icono

transferir

la

configuración

que es para transferir pero

antes de esto comprobaremos la dirección IP del PC y del PLC.

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“Ver Propiedades-Direccionamiento”

Primero la IP del PC, introducimos la IP 192.168.0.25 o la que sea del rango que no coincida ni con el PLC. (Por defecto, el rango suele ser “192.168.0.XXX”).

“Dar dirección IP al PG/PC”

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En el PLC, la dirección IP se le da pinchando sobre la CPU y en la ventana de propiedades en la parte inferior dentro de la opción PROFINET interface. Ahí es donde le daremos la IP y la máscara de subred que queramos a nuestro PLC.

“Dar dirección al PLC S7-1200”

Un truco es comprobar que estaciones son accesibles. Simplemente en el Menú de Online en la opción de “dispositivos accesibles”.

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“Ver estaciones Accesibles”

Nos aparecerá la siguiente pantalla donde sí nos encuentra dispositivos nos aparecerán listados en la tabla con el tipo de dispositivo, su dirección IP y la MAC. En este caso me ha encontrado tanto la pantalla como el PLC por lo que voy a estar seguro de que podré comunicar contra el PLC. Seleccionar siempre el interface correcto del PG/PC, la tarjeta de Ethernet que se esté utilizando (te la detecta automáticamente).

“Estaciones Accesibles desde nuestro PG/PC”

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Al hacer esto en la ventana de jerarquía, en la carpeta de “online access” de la parte izquierda nos aparece nuestro PLC con su IP.

“Acceso On Line del equipo”

Una vez comprobado que nos comunica correctamente con el PLC nos disponemos a transferir la configuración HW. Le daremos al botón de transferir

(siempre seleccionando la CPU sino

nos aparecerá este icono deshabilitado) y nos aparecerá la siguiente pantalla donde deberemos seleccionar el interface de comunicación de la PG/PC y por TCP/IP. Después en la ventana que nos aparece le damos al botón de “Cargar”.

“Transferir Configuración” INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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Cuando le damos realiza una compilación del proyecto para ver que todo es correcto. Si está todo bien le damos otra vez a Cargar y si está todo bien nos saldrá una nueva ventana de que todo ha ido bien.

“Ventana de Aceptación”

7.5 CREACION DE PROGRAMA PARA EL S7 1200

Paso8:“Editor de Bloques” Una vez hecha la parte HW, nos vamos a meter con la parte de programación. Para ello vamos a hacer un pequeño programa para comprobar que funciona todo correctamente. Nos vamos en la ventana de árbol de la izquierda dentro de nuestro equipo en la carpeta de bloques de programa. Dentro de esta carpeta tenemos ya creado un bloque por defecto que es el Main[OB1]. Click dos veces sobre este para editarlo. Si quisiéramos editar/crear otro bloque le daríamos a “agregar nuevo bloque”.

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“Bloques de Programa”

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“Editor de Bloques” En la parte de la derecha tenemos el catálogo donde iremos insertando los distintos elementos para programar. Podremos definir cuales son los elementos que más utilizamos en la parte de favoritos que está en la parte superior derecha. Las propiedades del bloque y de los elementos que insertemos estarán en la ventana de propiedades.

“Insertar Instrucciones” INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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Paso9: “Transferir Programa”

Una vez hecho nuestro programa de

prueba le damos al botón de transferir, y en las ventanas que nos salgan le damos a “Cargar”. Cuando transferimos podemos transferir sólo el bloque que estamos editando o si seleccionamos en la ventana del proyecto “Bloques de Programa” transferirá todos los bloques, y si seleccionamos el PLC transferirá tanto el Hardware como el programa completo.

“Transferir el Programa”

“Ventana de Aceptación” INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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Y con esto ya habremos hecho nuestro primer proyecto completo para la parte del PLC. Para comprobar que nuestro programa funciona correctamente nos podremos poner en Online y ver el estado que tienen las variables en todo momento.

Paso10:“Visualización OnLine”

Para ponernos en Online y visualizar el

estado de las variables. Simplemente le daremos al botón de “establecer conexión online” y nos pondrá en On Line donde se pondrá la pantalla de color naranja y si todavía no vemos el estado que tienen las variables le daremos a las gafas una vez más. Esto es porque necesita estar en On Line para poder visualizar el estado de las variables.

“Ponernos en OnLine”

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CAPITULO VIII COMUNICACIONES

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8.1 COMUNICACIÓN RS-232 La comunicación a través de un puerto de comunicaciones RS-232 es el método más popular para la comunicación de los PLCs con dispositivos externos. Este es un método de comunicación asincrónica que usa el sistema binario (1's y 0's) para transmitir los datos en un formato ASCII (American Standard Code for Information Interchange). Este código traduce el código humano (letras / números) a un código legible por las computadoras (1's y 0's). La transmisión y recepción de los datos se hace a través del puerto serial de los PLCs. Este puerto trabaja enviando y recibiendo señales de voltaje. Un voltaje positivo se conoce como una MARCA, mientras que un voltaje negativo es un ESPACIO. Típicamente los PLCs trabajan con +/15 voltios.

Existen2 tipos de dispositivos RS-232. El primero es llamado DTE (Data Terminal Equipment) y un ejemplo de él es un computador. El segundo tipo de dispositivo es llamado DCE (Data Communications Equipment) y un ejemplo de él es un MODEM (Modulador / Demodulador). Los PLCs pueden ser tanto DTE como DCE.

El puerto serial del PLC trabaja poniendo algún pin en on (ALTO) mientras pone algún otro en off (BAJO). Cada uno de estos pines esta dedicado

a

un propósito específico .El puerto serial viene en dos

presentaciones: un tipo de 25 pines y otro de 9 pines. Los pines y sus propósitos se muestran a continuación. (Esta tabla asume que el equipo es un DTE).

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9-PIN 25-PIN PROPÓSITO 1

1

Aterramiento de la carcasa

2

3

Recepción de datos (RD: Receive data)

3

2

Transmisión de datos (TD: Transmit data)

4

20

Terminal listo (DTR: data terminal ready)

5

7

Referencia de la señal

6

6

Equipo OK (DSR: data set ready)

7

4

Listo para transmitir (RTS: request to send)

8

5

Listo para recibir (CTS: cleartosend)

9

22

Indicador de tono (RI: ring indicator) *Sólo para MODEMs* Tabla asignación de pines del puertoRS-232.

Aterramiento- Este pin debe ser conectado internamente al chasis del dispositivo. Recepción de datos- este pin es por entra los datos provenientes de un dispositivo externo. Transmisión de datos- Este pin es por donde salen los datos rumbo a un dispositivo externo. Terminal listo- Este pin es el control maestro para el dispositivo externo. Cuando este pin esta en 1 el dispositivo externo ni transmite ni recibe datos. Referencia de la señal- Ya que los datos son enviados como voltajes positivos o como voltajes negativos, este pin sirve como referencia a ambas señales. Equipo OK- Usualmente los dispositivos externos mantienen este pin permanentemente en 0 y el PLC lo usa básicamente para determinar si el dispositivo externo esta encendido y listo. Listo para transmitir- este es parte de la sincronización del hardware. Cuando el PLC desea enviar datos a un dispositivo externo, el pone este pin en 0. En otras palabras, el PLC pone este bits en 0 para indicar que “desea enviar datos”, y el dispositivo externo INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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responde poniendo el pin CLEAR TO SEND a 0 indicando así que “está listo”. Entonces, el PLC envía los datos. Listo para el envío- Esta es la otra mita de la sincronización del hardware. Como se vio anteriormente, el dispositivo externo pone este pin en0 para indicar que esta listo para recibir datos. Indicador de tono- Se usa solamente cuando el PLC esta conectado a un modem.

¿Qué pasaría si tanto el PLC como el dispositivo externos on DTE o si ambos son DCE? No podrán comunicarse uno con el otro.

La figura siguiente muestra porque 2 dispositivos del mismo tipo no pueden comunicarse entre sí.

Conexión incorrecta.

Nótese que en la figura de arriba la línea de recepción de datos (pin 2) del primerdispositivoestaconectadaconlalíneaderecepcióndedatosdelsegundo dispositivo. Con la línea de transmisión de datos pasa algo similar excepto que es para la transmisión sobre el pin 3.La solución a este problema es usar una conexión tipo null-modem como la mostrada a continuación.

Conexión Null-Modem.

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Como resumen, considere este ejemplo donde ambos dispositivos están encendí doy el PLC es un DTE, mientras que otro dispositivo externo es un DCE.

El dispositivo externo activa su pin DSR lo cual dice al PLC que está ahí y que está encendido. El PLC activa su pin RTS lo cual es igual que preguntar al dispositivo externo “Estas listo para recibir algunos datos”. El dispositivo externo responde activando su pin CTS con lo cual dice que esta OK que el PLC envíe datos. El PLC envía datos usando su pin TD terminal y el dispositivo externo la recibe por su pin RD. Algunos datos son enviados y recibidos. Después de un tiempo, El dispositivo externo no puede procesar los datos tan rápidamente, y por eso pone a 0 su pin CTS y el PLC congela el envío de datos. El dispositivo externo se pone al corriente y entonces pone nuevamente a 1 su pin CTS . El PLC reanuda el envío de datos a trabesdelterminalTDterminalyeldispositivoexternolosrecibeatrabesde

su

terminal RD. El PLC se le acaban los datos por enviar y entonces pone a cero su pin RTS.El dispositivo externo para de recibir y entonces aguarda por mas datos futuros.

8.2 COMUNICACIÓN RS-485 RS-485 o también conocido como EIA-485, que lleva el nombre del comité que lo convirtió en estándar en 1983. Es un estándar de comunicaciones en bus de la capa física del Modelo OSI. Está definido como un sistema en bus de transmisión multipunto diferencial, es ideal para transmitir a altas velocidades sobre largas distancias (35 Mbit/s hasta 10 metros y 100 kbit/s en 1200 metros) y a través de canales ruidosos, ya que reduce los ruidos que aparecen en los voltajes producidos en la línea de transmisión. El medio físico de transmisión es un par entrelazado que admite hasta 32 estaciones en 1 solo hilo, con una longitud máxima de 1200 metros operando entre 300 y 19 200 bit/s y la comunicación halfduplex (semiduplex). Soporta 32 transmisiones y 32 receptores. La transmisión diferencial permite múltiples drivers dando la posibilidad de una configuración

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multipunto. Al tratarse de un estándar bastante abierto permite muchas y muy diferentes configuraciones y utilizaciones. Desde 2003 está siendo administrado por la Telecommunications Industry Association (TIA) y titulado como TIA-485-A.222. ESPESIFICACIONES  Interfaz

diferencial

 Conexión

multipunto

 Alimentación

única de +5V

 Hasta

32 estaciones (ya existen interfaces que permiten conectar 256 estaciones)

 Velocidad  Longitud  Rango

máxima de 10 Mbit/s (a 12 metros)

máxima de alcance de 1200 metros (a 100 kbit/s)

de bus de -7V a +12V

APLICACIONES 

SCSI -2 y SCSI-3 usan esta especificación para ejecutar la capa física.



RS-485 se usa con frecuencia en las UARTs para comunicaciones de datos de poca velocidad en las cabinas de los aviones. Por ejemplo, algunas unidades de control del pasajero lo utilizan, equipos de monitoreo de sistemas fotovoltaicos. Requiere el cableado mínimo, y puede compartir el cableado entre varios asientos. Por lo tanto reduce el peso del sistema.



RS-485 se utiliza en sistemas grandes de sonido, como los conciertos de música y las producciones de teatro, se usa software especial para controlar remotamente el equipo de sonido de una computadora, es utilizado más generalmente para los micrófonos.



RS-485 también se utiliza en la automatización de los edificios pues el cableado simple del bus y la longitud de cable es larga por lo que son ideales para ensamblar los dispositivos que se encuentran alejados.



RS-485 Tiene la mayor parte de su aplicación en las plantas de producción automatizadas.

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8.3 INTERFAZ PROFINET 8.4.1 Conceptos sobre PROFINET PROFINET es un estándar de red para la automatización industrial basado en Ethernet abierto. Nace de la unión de los protocolos de PROFIBUS DP, el bus de campo, e Industrial Ethernet, el bus de comunicación. Los objetivos de PROFINET son:  Estándar

Ethernet abierto para la automatización basada en Industrial

Ethernet Los componentes de Industrial Ethernet y Standard Ethernet pueden utilizarse conjuntamente, aunque los equipos de Industrial Ethernet son más robustos y, por consiguiente, más apropiados para el entorno industrial (temperatura, seguridad de funcionamiento, etc.).  Uso

de estándares TCP/IP e IT

 Automatización  Integración

con Ethernet en tiempo real

directa de sistemas con bus de campo PROFINET especifica

las funciones para la realización de una solución total de automatización desde la instalación de la red hasta el diagnóstico basado en la web.

Gracias a su estructura modular, PROFINET puede ampliarse fácilmente con funciones futuras.

De ello resultan las ventajas siguientes: 

Flexibilidad gracias al empleo de Ethernet y de los acreditados

estándares IT. 

Ahorro de ingeniería y puesta en marcha gracias a la modularización.



Protección de la inversión para equipos y aplicaciones PROFIBUS.



Más rápido que los actuales buses especiales en el ámbito de Motion

Control. 

Amplio abanico de productos disponible en el mercado.

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CAPITULO IX PLC S7-1200, Actuadores y Sensores

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9.1 PLC S7 1200

SIMATIC S7-1200 es el nuevo microcontrolador modular de la familia de controladores (automatas) SIMATIC S7Compuesto por:- controlador con interfaz PROFINET integrada para la comunicación entre la programadora, el HMI u otros controladores SIMATIC- potentes funciones tecnológicas integradas, como contaje, medición, regulación y control de movimientoentradas/salidas analógicas y digitales integradas- Signal Boards para enchufe directo sobre el controlador- Signal Modules para ampliar los canales de entrada/salida de los controladores- communication Modules para ampliar las interfaces de comunicación de los controladoresaccesorios, p. ej., fuentes de alimentación, Switch Module o SIMATIC Memory Card El micro PLC para el máximo efecto de automatización al mínimo coste. Montaje, programación y uso particularmente fáciles. De alta escala de integración, requiere poco espacio, potente. Adecuado para aplicaciones de automatización pequeñas y medias. Aplicable tanto para los controles más simples como también para tareas complejas de automatización.

Aplicable

aislado,

interconectado

en

red

o

en

configuraciones descentralizadas. El controlador apto también para campos donde, por motivos económicos, no se aplicaban hasta ahora autómatas programables. Con excepcional capacidad de tiempo real y potentes posibilidades de comunicación.

9.2 CARACTERISTICAS CPU 1214C

Referencia: 6ES7214-1BG40-0XB0 Tipo: 2140 Memoria: 75 kbytes Número máximo de módulos: 8 Puertos: 1 Norma física: RJ45 Intensidad ED: ETH PROFINET Entradas digitales: 14 Tipo de entrada digital: DC24 INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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Intensidad ED: 1 mA Salidas digitales: 10 Tipo de salida digital: Relé Intensidad SD: 2000 mA Entradas analógicas: 2 Tipo de entrada analógica: 0a10V Resolución de las entradas analógicas: 10 bits Salidas analógicas: 0 Tipo SA: NA Resolución de las salidas analógicas: 0bit i5v: 1600 mA Ancho: 110 mm Alto: 100 mm Profundidad: 75 mm Temperatura mínima: -20C Temperatura máxima: 60 C Peso: 0.475 kg Tensión de alimentación: AC 110V / AC 230V Intensidad de alimentación: 100 mA

9.3 ACTUADORES

Se entiende por accionamiento o actuador a aquel elemento o dispositivo de una máquina, encargado de suministrar energía mecánica para que ésta funcione. Este elemento, debe ser capaz de transformar algún tipo de energía, ya sea eléctrica, neumática o hidráulica, etc, en energía mecánica, para aplicarla en el eslabón motor de dicha máquina. Si además a este actuador le incorporamos un sistema de control, y un conversor de señal, decimos que estamos en presencia de “servo actuador” o un servo accionamiento”. Los actuadores son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de líquidos, de energía eléctrica y gaseosa. El actuador recibe la orden de un regulador o controlador y da INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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una salida necesaria para activar a un elemento final de control como lo son las válvulas. Los actuadores eléctricos, neumáticos e hidráulicos son usados para manejar aparatos mecatrónicos. ¿A qué llamamos sistema mecatrónico? Pues es aquel sistema digital que recoge señales, las procesa y emite una respuesta actuadores,

por

medio

de

generando movimientos o acciones sobre el sistema en el

que se va a actuar. Por ejemplo “los robots”, líneas de proceso automático, máquinas

controladas

digitalmente

o

“los vehículos guiados

automáticamente”, se deben considerar como sistemas mecatrónicos.

9.3.1 Tipos de actuadores: Los actuadores, en función de la energía que transformen, los podemos clasificar en: •

Eléctricos.

•

Neumáticos.

•

Hidráulicos.

•

Térmicos.

•

Elásticos.

•

Gravitatorios.

•

De origen animal



Eléctricos: Transforman la energía eléctrica en mecánica.



Neumáticos: Transforman la energía potencial almacenada en el aire comprimido u otro gas, en energía mecánica.



Hidráulica: Transforman la

energía

potencial almacenada en

un aceite comprimido u otro líquido, en energía mecánica. 

Térmicos: Transforman

la

energía

la

energía

calorífica

en energía

mecánica. 

Elásticos:

Transforman

potencial almacenada en

la deformación elástica de un material, en energía mecánica. 

Gravitatorios: Transforman la energía potencial gravitatoria, en energía mecánica.

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

De origen animal: Transforman la energía calorífica de los alimentos animales, en energía mecánica.

Los actuadores sobre los que nos vamos a interesar en esta asignatura, por ser los que se utilizan fundamentalmente en las máquinas modernas, son los eléctricos, los neumáticos y los hidráulicos. Por sus características, los actuadores hidráulicos se emplean cuando lo que

necesitamos

es

potencia,

posicionamientos. Sin embargo, los voluminosos

para

y

los neumáticos para simples

hidráulicos

requieren

equipos

el suministro de energía, así como de un

mantenimiento periódico. Por otro lado, las aplicaciones de los modelos neumáticos también son limitadas desde el punto de vista de la precisión y el mantenimiento. Los actuadores eléctricos también son muy utilizados en los

aparatos

mecatrónicos, como por ejemplo, en los robots.

En la siguiente tabla se resumen las principales características de estos tres tipos de actuadores, como son la energía que utilizan, las opciones de su utilización, sus ventajas y sus desventajas:

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9.4 SENSORES Para conseguir que el robot realice su tarea con la adecuada precisión es preciso que tenga conocimiento tanto de su propio estado como del estado de su entorno. Dos tipos de sensores:



Sensores internos: sensores integrados en la propia estructura mecánica del robot, que dan información del estado del

robot:

fundamentalmente de la posición, velocidad y aceleración de las articulaciones. 

Sensores externos: dan información del entorno del robot: alcance, proximidad, contacto, fuerza, etc. Se utilizan

para

guiado

de robots, para identificación y manipulación de objetos. 

Definición:

un sensor es un dispositivo eléctrico y/o mecánico

que convierte magnitudes físicas (luz, magnetismo, presión, etc.) en valores medibles de dicha magnitud. Esto se realiza en tres fases: 

Un fenómeno físico a ser medido es captado por un sensor,

y

muestra en su salida una señal eléctrica dependiente del valor de la variable física. 

La

señal

eléctrica

es

modificada

por

un

sistema

de

acondicionamiento de señal, cuya salida es un voltaje. 

El sensor dispone de una circuitería que transforma y/o amplifica la tensión de salida, la cual pasa a un conversor A/D, conectado a un PC. El convertidor A/D transforma

la señal de tensión

continua en una señal discreta. 

Los descriptores estáticos definen el comportamiento en régimen permanente del sensor:

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-

Rango: valores máximos y mínimos para las variables de entrada y salida de un sensor.

-

Exactitud: la desviación de la lectura de un sistema de medida respecto a una entrada conocida. El mayor error esperado entre las señales medida e ideal.

-

Repetitividad: la capacidad de reproducir una lectura con una precisión dada.

-

Reproducibilidad: tiene el mismo sentido que la repetitividad excepto que se utiliza cuando se toman medidas distintas bajo condiciones diferentes.

-

Resolución: la cantidad de medida más pequeña que se pueda detectar.

-

Error: es la diferencia entre el valor medido y el valor real.

-

No linealidades: la desviación de la medida de su valor real, supuesto que la respuesta del sensor es lineal. No-linealidades típicas: saturación, zona muerta e histéresis. 

Sensibilidad: es la razón de cambio de la salida frente a cambios en la entrada: s = ∂V /∂x



Excitación: es la cantidad de corriente o voltaje requerida para el funcionamiento del sensor.



Estabilidad: es una medida de la posibilidad de un sensor de mostrar la misma salida en un rango en que la entrada permanece constante.

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CAPITULO X CONTROL DE PROCESOS

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10.1 INTRODUCCIÓN El objeto de todo proceso industrial será la obtención de un producto final, de unas características determinadas de forma que cumpla con las especificaciones y niveles de calidad exigidos por el mercado, cada día más restrictivos. Esta constancia en las propiedades del producto sólo será posible gracias a un control exhaustivo de las condiciones de operación, ya que tanto la alimentación al proceso como las condiciones del entorno son variables en el tiempo. La misión del sistema de control de proceso será corregir las desviaciones surgidas en las variables de proceso respecto de unos valores determinados, que se consideran óptimos para conseguir las propiedades requeridas en el producto producido. El sistema de control nos permitirá una operación del proceso más fiable y sencilla, al encargarse de obtener unas condiciones de operación estables, y corregir toda desviación que se pudiera producir en ellas respecto a los valores de ajuste. Las principales características que se deben buscar en un sistema de control serán: 1. Mantener el sistema estable, independiente de perturbaciones y desajustes. 2. Conseguir las condiciones de operación objetivo de forma rápida y continua. 3. Trabajar correctamente bajo un amplio abanico de condiciones operativas. 4. Manejar las restricciones de equipo y proceso de forma precisa. La implantación de un adecuado sistema de control de proceso, que se adapte a las necesidades de nuestro sistema, significará una sensible mejora de la operación. Principalmente los beneficios obtenidos serán: + Incremento de la productividad + Mejora de los rendimientos + Mejora de la calidad + Ahorro energético + Control medioambiental + Seguridad operativa + Optimización de la operación del proceso/ utilización del equipo INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO PUBLICO TUPAC AMARU – CUSCO

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+ Fácil acceso a los datos del proceso 10.2 CARACTERÍSTICAS DEL PROCESO El control del proceso consistirá en la recepción de unas entradas, variables del proceso, su procesamiento y comparación con unos valores predeterminados por el usuario, y posterior corrección en caso de que se haya producido alguna desviación respecto al valor preestablecido de algún parámetro de proceso. El bucle de control típico estará formado por los siguientes elementos, a los que habrá que añadir el propio proceso. + Elementos de medida (Sensores) Generan una señal indicativa de las condiciones de proceso. + Elementos de control lógico (Controladores): Leen la señal de medida, comparan la variable medida con la deseada (punto de consigna) para determinar el error, y estabilizan el sistema realizando el ajuste necesario para reducir o eliminar el error. + Elementos de actuación (Válvulas y otros elementos finales de control): Reciben la señal del controlador y actúan sobre el elemento final de control, de acuerdo a la señal recibida. Esta serie de operaciones de medida, comparación, calculo y corrección, constituyen una cadena cerrada constituyen ciclo cerrado. El conjunto de elementos que hacen posible este control reciben el nombre de bucle de control (control loop).

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10.3 TIPOS DE CONTROL Se puede hacer una clasificación de los sistemas de control atendiendo al procedimiento lógico usado por el controlador del sistema para regular la evolución del proceso. Los principales tipos de control utilizados en los procesos industriales serán: 

Normales: • Sistemas de realimentación. (Feed-back) ∗ Proporcional ∗ Integral ∗ Derivativo • Sistema anticipativo (Feed-Foward) • Sistema en cascada (Cascade) • Sistema selectivo (Over-Ride)



Avanzados: • Control de restricciones (Constraint Control) • Control del modelo de referencia (Model Reference Control) • Optimización de unidades

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CONCLUSIONES

Los Controladores Lógicos Programables o PLCs son elementos de control de estado sólido que si bien su origen fue en las líneas de producción de la industria automotriz, hoy se encuentran diseminados en muy diversas aplicaciones: desde el simple control local de una máquina o proceso hasta las más avanzadas operaciones de control distribuido. Su operación no sólo se limita a ciclos mono tarea sino que pueden ejecutar tareas concurrentes, tareas rápidas activadas por eventos, sub tareas, etc. La comunicación con el mundo exterior la logra principalmente con sus interfaces de entrada / salida, siendo la forma más popular la de las entradas discretas a 24 Vdc en conjunto con salidas a contactos secos. En otro orden de ideas, los elementos virtuales de control forman parte sui generis de los PLCs, siendo esta la característica que permite a los usuarios crear aplicaciones

de

control

imposibles

de

realizar

con

los

viejos

sistemas a relés, además de que les permite la fácil reprogramación de los cambios que surjan en la lógica de control. Para lograr esta versatilidad de programación de la lógica de control, los PLCs disponen de varios lenguajes mediante el cual se pueden crear las aplicaciones en cuestión, pero de ellos el de más amplio uso es el lenguaje a contactos o diagrama escalera ya que le es el más familiar a los profesionales que están envuelto en las operaciones con PLCs. Las herramientas de comunicación integrada a los PLCs no sólo mejora la posibilidad de explotación de los sistemas de control, sino que además abre sus aplicaciones hacia los sistemas integrados de manufactura y producción tales como: CIM, CAM, etc. Finalmente, todo lo relacionado a los Controladores Lógicos Programables o PLCs, está reunido bajo el estándar IEC-1131.

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BIBLIOGRAFÍA.

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ANEXOS

ARMADO DE LA FAJA

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ARMADO DE LA EXTRUCTURA

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CONCLUSION DEL MODULO

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