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• Fernando Hernandez Olvera

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PRACTICA 3 “INTRODUCCION A PLC, RECONOCIMIENTO DEL SOFTWARE RXLOGIX500, CONFIGURACION DEL PLC MICROLOGIX1000”

OBJETIVO Objetivo General 

Conocimiento del software para la configuración y programación de procesos manipulados y controlados por PLC así también como las funciones de este software.

Objetivos Particulares 

Identificar la configuración del RSLogix500



Comprender los componentes de un PLC los tipos y los protocolos de comunicación.



Tener el conocimiento para identificar las configuraciones de entradas y salidas.

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Índice. 1 MARCO TEORICO 1.1 ANTECEDENTES

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1.1.1 BREVE HISTORIA DE LOS PLC’S 1.2 DEFINICION

5 6

1.3 CARACTERISITCAS SOBRESALIENTES DE LOS PLC’S

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1.4 VENTAJAS

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1.5 COMPONENTES

9

1.6 LENGUAJES DE PROGRAMACION

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1.7 ARQUITECTURA DE PLC’S

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1.8 CONVERTIDORES DIGITAL ANALOGICO

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1.9 CONEXIONADO DE ENTRADAS Y SALIDAS

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2 MATERIAL Y EQUIPO A UTILIZAR 2.1 EQUIPO

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3 DESARROLLO 3.1 CONFIGURACION DE PLC’S

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4 CONCLUSIONES 4.1 GENERALES Y PARTUCULARES

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5 BIBLIOGRAFIA 5.1 BIBLIOGRAFIA

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6 CATALOGOS 6.4 MICROLOGIX 1000 6.4 RSLOGIX 500 6.5 PROCESADOR SLC-500

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ANTECEDENTES Breve historia de los PLC’s El PLC (Control Lógico Programable) apareció con el propósito de eliminar el enorme costo que significaba el reemplazo de un sistema de control basado en relés (relays) a finales de los años 60. La empresa Bedford Associates (Bedford, MA) propuso un sistema al que llamó Modular Digital Controller o MODICON a una empresa fabricante de autos en los Estados Unidos, el MODICON 084 fue el primer PLC producido comercialmente, con este sistema cuando la producción necesitaba variarse, entonces se variaba el sistema y se daba solución a lo requerido. En el sistema basado en relés, estos tenían un tiempo de vida limitado y se necesitaba un sistema de mantenimiento muy estricto, el alambrado de muchos relés en un sistema muy grande era muy complicado, si había una falla, la detección del error era muy tediosa y lenta. Este nuevo controlador (el PLC) tenía que ser fácilmente programable, su vida útil tenía que ser larga y ser resistente a ambientes difíciles. Esto se logró con técnicas de programación conocidas y reemplazando los relés por elementos de estado sólido. A mediados de los años 70, la AMD 2901 y 2903 eran muy populares entre los PLC MODICON. Por esos tiempos los microprocesadores no eran tan rápidos y sólo podían compararse a PLC’s pequeños, con el avance en el desarrollo de los microprocesadores que son mas veloces cada vez los PLC´s más grandes se basan en ellos. La habilidad de comunicación entre ellos apareció aproximadamente en el año 1973. El primer sistema que lo hacía fue el Modbus de Modicon, los PLC’s podían incluso estar alejados de la maquinaria que controlaban, pero la falta de estandarización debido al constante cambio en la tecnología hizo que esta comunicación se tornara difícil. En los años 80 se intentó estandarizar la comunicación entre PLC’s con el protocolo de automatización de manufactura de la General Motors (MAP), en esos tiempos el tamaño del PLC se redujo, su programación se realizaba mediante computadoras personales (PC) en vez de terminales dedicadas sólo a ese propósito. En los años 90 se introdujeron nuevos protocolos y se mejoraron algunos anteriores, el último estándar (IEC 1131-3) ha intentado combinar los lenguajes de programación de los PLC en un solo estándar internacional, ahora se tiene PLC’s que se programan en función de diagrama de bloques, listas de instrucciones, lenguaje C, etc. al mismo tiempo. También se ha dado el caso en que computadoras personales (PC) han reemplazado a PLC’s, la compañía original que diseño el primer PLC (MODICON) ahora crea sistemas de control basados en PC.

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DEFINICIÓN El término PLC de amplia difusión en el medio significa en inglés, Controlador Lógico Programable. Originalmente se denominaban PCs (Programmable Controllers), pero, con la llegada de las IBM PCs, para evitar confusión, se emplearon definitivamente las siglas PLC, en Europa el mismo concepto es llamado Autómata 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.

Aspecto físico de un PLC

La definición más apropiada es: Sistema Industrial de Control Automático que trabaja bajo una secuencia almacenada en memoria, de instrucciones lógicas Los PLC’s 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 más bien un PLC.

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Aplicación típica de un PLC CARACTERÍSTICAS SOBRESALIENTES DE LOS PLC’S

Poseen memoria volátil y no volátil.- Tanto el programa de aplicación escrito por el usuario como los datos internos del PLC’s, 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, contadores, temporizadores, bits internos, etc. También, una vez que se ha depurado el programa de aplicación, los PLC’s 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 perdida de datos de la RAM.

Tipos de memorias de 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 PLC’s pueden adecuarse al nuevo requerimiento.

Capacidad modular de PLC

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Autodiagnóstico de fallas.- El PLC monitorea el funcionamiento del CPU, memoria y circuito de interfaces de entrada y de salida, e igualmente monitorea el correcto funcionamiento del programa de aplicación. En ambos casos señaliza por medio de LED’s 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 de operación de las máquinas y procesos.

cambios en la lógica

Lógica programada

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

Capacidad decomunicación

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Ventajas de los PLC’s sobre la lógica de relés

COMPONENTES

Procesador o unidad central de procesamiento.- Esta unidad se encarga de procesar la información obtenida por el módulo de entradas, una vez obtenida la información esta es procesada de acuerdo a un programa lógico de control elaborado en la memoria del procesador, este programa lógico vendría equivaliendo a las conexiones físicas (cables) que se realizan en un sistema convencional para lograr un objetivo deseado.

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Memoria.-Es el lugar de residencia tanto del programa como de los datos que se van obteniendo durante la ejecución del programa. Existe dos tipos de memoria según su ubicación: la residente, que está junto o en el CPU y, la memoria exterior, que puede ser retirada por el usuario para su modificación o copia. De este último tipo existen borrables (RAM, EEPROM) y, no borrables (EPROM), según la aplicación. Las memorias empleadas en los programas van de 1 K a unos 128 K. Modulo de entradas.-Este módulo o tarjeta electrónica se encarga de recibir todas aquellas señales provenientes de campo que indiquen el cambio de algún evento on/off (encendido o apagado), los dispositivos que se conectan a estos módulos son: un interruptor de límite, o un interruptor de presión, etc.

Modulo de salidas.-Este módulo o tarjeta electrónica interpreta los resultados obtenidos por el procesador después de haber ejecutado el programa lógico, es decir si el procesador arrojó como resultado energizar una solenoide, el procesador envía la señal al módulo de salidas y este último se conecta directamente al elemento en campo para que sea alimentado y realice la función dentro del proceso de la planta.

El tipo preciso de entradas y salidas depende de la señal eléctrica a utilizar: Corriente alterna: 24v, 48v, 120v, 220v. Salidas: triac, relevador.

Corriente directa (digital): 24v, 120v. Entradas: sink, source Salidas: transistor pnp, transistor npn, relevador.

Corriente directa (analógica): 0 – 5v, 0 - 10 v, 0 – 20 ma , 4 - 20 ma. Entradas y Salidas: analógicas.

Tarjetas modulares inteligentes.- Existen para los PLC’s modulares, tarjetas con funciones específicas que relevan al microprocesador de las tareas que requieren de gran velocidad o de gran exactitud. Estas tarjetas se denominan inteligentes por contener un microprocesador dentro de ellas para su funcionamiento propio. El enlace al PLC se efectúa mediante el cable (bus) o tarjeta de respaldo y a la velocidad del CPU principal.

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Las funciones que se encuentran en este tipo de tarjetas son de:    

Posicionamiento de Servomecanismos. Contadores de Alta Velocidad. Transmisores de Temperatura. Puerto de Comunicación BASIC.

Bus.-Los sistemas modulares requieren una conexión entre los distintos elementos del sistema y, esto se logra mediante un bastidor que a la vez es soporte mecánico de los mismos. Este bastidor contiene la conexión a la fuente de voltaje, así como el "bus" de direcciones y de datos con el que se comunican las tarjetas y el CPU, en el caso de tener muchas tarjetas de entradas / salidas, o de requerirse éstas en otra parte de la máquina, a cierta distancia de la CPU, es necesario adaptar un bastidor adicional que sea continuación del original, con una conexión, entre bastidores para la comunicación. Esta conexión si es cercana puede lograrse con un simple cable paralelo y, en otros casos, se requiere de un procesador de comunicaciones para emplear fibra óptica o, una red con protocolo establecida. Programador.-Aunque de uso eventual en un sistema, desde un teclado con una pantalla de una línea de caracteres hasta una computadora personal pueden emplearse para programar un PLC, siempre y cuando sean compatibles los sistemas y los programas empleados. Con base en lo anterior, podemos clasificar a los PLC por tamaño. Esto es, por el número de entradas / salidas que se pueden tener o conectar. Ej. Un PLC con 216 entradas / salidas permite la conexión de una combinación de entradas y salidas cuya suma no pase de 216. Además del tamaño físico, es importante la velocidad de proceso del CPU y la memoria total que puede ser empleada para programas por el usuario. Ej. Un PLC con una velocidad de proceso de 1000 instrucciones en 0.8 ms promedio y memoria de 8KBytes (1 Byte = 8 bits) Es necesario hacer notar que después de procesar las instrucciones, el PLC se comunica externamente, realiza funciones de mantenimiento como verificar integridad de memoria, voltaje de batería, etc. En seguida actualiza las salidas y acto seguido lee las entradas. Con lo que el tiempo de proceso total, puede llegar a ser el doble del de ejecución del programa.

Fuente de energía para tarjetas electrónicas.-Esta fuente es empleada para energizar los módulos de entradas, el procesador o unidad central de procesamiento y los módulos de salidas.

Fuente de energía externa para instrumentos.-Esta fuente se utiliza para energizar todos los elementos o instrumentos que existe en campo, como son, lámparas, solenoides etc. También se utiliza para alimentar los interruptores, pero no como elementos de carga, sino para sensar o discriminar una señal de algún evento on-off (encendido/apagado) del mismo interruptor. 9

LENGUAJES DE PROGRAMACION.

Cuando se habla de los lenguajes de programación nos referimos a diferentes formas en las que se puede escribir el programa del usuario. Los software actual nos permite traducir el programa usuario de un lenguaje a otro, pudiendo así escribir el programa en el lenguaje que más nos conviene.

Existen varios tipos de lenguaje de programación:   

Mnemónico o lista de instrucciones. Esquema de contactos o diagramas de escalera. Funciones lógicas.

No obstante, los lenguajes de programación mas empleados en la actualidad son, el mnemónico y el esquema de contactos.

Diagramas de escalera. Para empezar a programar un PLC necesitamos conocer bajo que ambiente de programación lo haremos. Normalmente ese ambiente de programación es gráfico, y se le conoce con el nombre de “Lenguaje en Escalera”, pero su título oficial es el de Diagrama de Contactos.

Es un lenguaje grafico, derivado del lenguaje de relevadores, que mediante símbolos representa contactos, solenoides, etc. Su principal ventaja es que los símbolos básicos están normalizados según normas NEMA y son empleados por todos los fabricantes. Cabe aclarar que existen diversos lenguajes de programación para los PLC, pero el llamado Lenguaje en Escalera es el más común y prácticamente todos los fabricantes de PLC lo incorporan como lenguaje básico de programación. El Lenguaje en Escalera es el mismo para todos los modelos existentes de PLC, lo que cambia de fabricante a fabricante o de modelo a modelo es el microcontrolador que emplea, y por esta razón lo que difiere entre los PLC es la forma en que el software interpreta los símbolos de los contactos en Lenguaje en Escalera. El software de programación es el encargado de generar el código en ensamblador del microcontrolador que posee el PLC, por lo que si un fabricante de PLC emplea microcontroladores HC11 de Motorola ó el Z80 ó los PIC de microchip ó los AVR de atmel, etc. Para cada PLC el código que se crea es diferente ya que por naturaleza propia los códigos de los microcontroladores son diferentes, aunque el Lenguaje en Escalera sea el mismo para todos los PLC. Un programa en diagrama de escalera o esquema de contactos, lo constituyen una serie de ramas de contactos.

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Los símbolos básicos son: A A

S

Contacto normalmente abierto

Salida

B B

Contacto normalmente cerrado

Una rama esta compuesta de una serie de contactos, conectados en serie o en paralelo que dan origen a una salida que bien puede ser una bobina o una función especial.

000

003

H R 00

001 TIME 01 002

H R 00

o o o

TIME 01

0206

El flujo de la señal va de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo. A una rama de circuito en esquema de contactos le corresponde una secuencia de instrucciones en forma mnemónica. Todas las ramas de circuito se inician con una instrucción LOAD.

LENGUAJE EN MNEMONICO O LISTA DE INSTRUCCIONES. También llamado lista de instrucciones (IL) ó AWL. Consiste en un conjunto de códigos simbólicos, cada uno de los cuales corresponde a una instrucción. Cada fabricante utiliza sus propios códigos, y una nomenclatura distinta para nombrar las variables del sistema El lenguaje en mnemónico es similar al lenguaje ensamblador de los microprocesadores.

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LD (load): operador de inicio es decir, carga de contacto abierto AND (Y): Unión en serie de contacto abierto. OR(O): Unión en paralelo de contacto abierto. AND NOT o NAND (Y): Unión en serie de contacto cerrado.

Ejemplo: La lista de instrucciones son las del autómata CQM1H de OMRON. Dirección 0000 LD

instrucción parámetro H0501

Instrucción : especifica la operación a realizar. Parámetros: son los datos asociados a la operación (instrucción). Los parámetros son en general de formato TIPO y VALOR. Dirección : indica la poscicion de la instrucción en la memoria de programa de usuario. FUNCIONES LOGICAS. Dentro de las funciones lógicas podemos incluir a los relevadores, control maestro que nos permiten manejar en forma conveniente una zona del programa sin afectar las partes no involucradas dentro de el dominio.

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ARQUITECTURA DE UN PLC

Para describir las partes que integran a un PLC es imperante definir que todo sistema de control automático posee tres etapas que le son inherentes e imprescindibles, estas son: Etapa de acondicionamiento de señales.- Esta integrada por toda la serie de sensores que convierten una variable física determinada a una señal eléctrica, interpretándose esta como la información del sistema de control. Etapa de control.- Es en donde se tiene la información para poder llevar a cabo una secuencia de pasos, dicho de otra manera, es el elemento de gobierno. Etapa de potencia.- Sirve para efectuar un trabajo que siempre se manifiesta por medio de la transformación de un tipo de energía a otro tipo.

La unión de las tres etapas nos da como resultado el contar con un sistema de control automático completo, pero se debe considerar que se requiere de interfases entre las conexiones de cada etapa, para que el flujo de información circule de forma segura entre estas, estas se muestran en el siguiente esquema

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Como complemento a esto se presenta la estructura externa del autómata

CONVERTIDORES DIGITAL – ANALÓGICO Las dos operaciones E/S relativas al proceso de mayor importancia son la conversión de digital a analógico D/A y la conversión de analógico a digital A/D. Básicamente, la conversión D/A es el proceso de tomar un valor representado en código digital (código binario directo o BCD) y convertirlo en un voltaje o corriente que sea proporcional al valor digital. Este voltaje o corriente es una cantidad analógica, ya que puede tomar diferentes valores de cierto intervalo.

DAC de 4bits. “A” es el LSB y “D” es el MSB.

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Las entradas digitales D, C, B y A se derivan generalmente del registro de salida de un sistema digital. Los 24 = 16 diferentes números binarios representados por estos 4 bits se enlistan en la tabla siguiente. Por cada número de entrada, el voltaje de salida del convertidor D/A es un valor distinto. De hecho, el voltaje de salida analógico Vout es igual en voltios al número binario (no es así en todos los casos). También podría tener dos veces el número binario o algún otro factor de proporcionalidad. La misma idea sería aplicable si la salida del D/A fuese la corriente Iout.

Resolución de un DAC.-Se define como la mínima variación que puede ocurrir en la salida analógica como resultado de un cambio en la entrada digital. En el caso anterior, se observa que la resolución es de 1V. Aunque la resolución puede expresarse como la cantidad de voltaje o corriente por etapa, resulta más útil expresarla como un porcentaje de la salida de escala completa. El DAC descrito en la tabla tiene una escala de 15 - 0 = 15V, el tamaño de la etapa es de 1V (la etapa es el cambio de la señal de salida ante un cambio de la señal de entrada de un valor a otro consecutivo). La expresión que define a la resolución de un DAC es la siguiente:

res (%) =

tamaño de etapa

X 100

escala total

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DAC construido con un amplificador operacional

Existen varios métodos y circuitos para producir para producir la operación D/A que se ha descrito. Uno de ellos es el que se muestra en la figura anterior. Las entradas A, B, C y D son entradas binarias que se suponen tienen valores 0V o 5V. El amplificador operacional sirve como amplificador sumador, el cual produce la suma con valor asignado de estos voltajes de entrada. La expresión que describe la operación de este DAC es la siguiente:

Vout = -( Rf/R1 Vd + Rf/R2 Vc + Rf/R3 Vb + Rf/R4 Va )

Convertidores analógico-digital.- Un convertidor A/D toma un voltaje de entrada analógico y después de cierto tiempo produce un código de salida digital que representa la entrada analógica. El proceso de conversión A/D es generalmente más complejo y largo que el proceso D/A, y se han creado y utilizado muchos métodos. Varios tipos importantes de ADC utilizan un convertidor D/A como parte de sus circuitos. En la figura siguiente se muestra un diagrama de bloque general para esta clase de ADC. La oportunidad para realizar la operación es ofrecida por la señal del cronómetro de entrada. La unidad de control contiene los circuitos lógicos para generar la secuencia de operaciones adecuada en respuesta al comando “START”, el cual inicia el proceso de conversión. El comparador tiene dos entradas analógicas y una salida digital que intercambia estados, según qué entrada analógica sea mayor.

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Diagrama en bloques de un ADC

La operación básica de los convertidores A/D de este tipo consta de los siguientes pasos: -

El comando START pasa a alto dando inicio a la operación A una razón determinada por el cronómetro, la unidad de control modifica continuamente el número binario que está almacenado en el registro. El número binario del registro es convertido en un voltaje analógico, Va’, por el convertido D/A. El comparador compara Va’ con la entrada analógica Va. En tanto que Va’ < Va, la salida del comparador permanece en alto. Cuando Va’ excede a Va por lo menos en una cantidad Vt (voltaje umbral), la salida del comparador pasa a bajo y suspende el proceso de modificación del número del registro. En este punto, Va’ es un valor muy aproximado de Va y el número digital del registro, que es el equivalente digital de Va’ es asimismo el equivalente digital de Va, en los límites de la resolución y exactitud del sistema.

Las diversas variaciones de este esquema de conversión D/A difieren principalmente en la forma en que la sección de control modifica continuamente los números contenidos en el registro. De lo contrario, la idea básica es la misma, con el registro que contiene la salida digital requerida cuando se completa el proceso de conversión.

Convertidor a/d con rampa digital. Una de las versiones más simples del convertidor A/D de la figura anterior hace uso de un contador binario como registro y permite que el cronómetro incremente al un paso a la vez hasta que Va’ ≥ Va. A este se lo llama convertidor A/D con rampa digital ya que la forma de onda en Va’ es una rampa que funciona paso por paso (en realidad es escalón por escalón) como la que se muestra en la figura siguiente.

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Convertidor A/D con rampa digital

Adquisición de datos con un ADC con rampa digital.- En la figura se muestra la forma en que una microcomputadora se conecta a un ADC con rampa digital con el fin de adquirir datos. La computadora genera las pulsaciones START que inician cada nueva conversión A/D. La señal EOC (fin de conversión) del ADC se alimenta a la computadora. La computadora examina esta señal EOC para indagar cuándo se completa la conversión de corriente A/D; después transfiere los datos digitales de la salida del ADC a su memoria.

Sistema de adquisición de datos por computador común.

Las formas de onda de la figura siguiente ilustran la forma en que la computadora adquiere una versión digital de la señal analógica, Va. La onda de escalinata Va’ que se genera internamente en el ADC se muestra superpuesta en la onda Va con fines ilustrativos. El proceso comienza en t 0 cuando la computadora genera un pulso de START para dar inicio a un ciclo de conversión A/D. El contador se ponen en cero, la conversión se completa al tiempo t1 cuando la escalinata excede de Va, y EOC se pone en bajo para indicar a la computadora que el ADC tiene una salida digital que 18

ahora representa el valor de Va en el punto a, y la computadora cargará estos datos en su memoria. La computadora genera un nuevo pulso de START poco tiempo después de t1 para dar inicio a un segundo ciclo de conversión.

Formas de onda que muestra cómo la computadora inicia cada nuevo ciclo de conversión y luego carga los datos digitales en la memoria al término de la conversión.

A parte del ADC con rampa digital, existen otras dos variedades:

-

ADC de aproximaciones sucesivas: es el más usado, tiene circuitos más complejos que el ADC con rampa digital y su tiempo de conversión es mucho más corto que es fijo y no depende del valor de la entrada analógica. En vez de utilizar un contador como el ADC con rampa digital, utiliza un registro que alimenta al DAC y que a su vez manejado por una lógica de control.

-

ADC de ráfaga: es el más rápido pero requiere de una circuitería mucho más compleja, por ejemplo, un ADC de ráfaga de 6bits requiere de 63 comparadores mientras que, otro de 10bits requiere 1023 comparadores, es decir, que para N bits de salida se requieren (2N - 1) comparadores. Los comparadores son amplificadores operacionales cuyas entrada inversora es común a la señal analógica de entrada y las entradas no inversoras están dispuestas ordenadamente en un divisor de tensión; sus salidas alimentan a un codificador cuya salida es el equivalente digital de la entrada.

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CONEXIONADO DE INTERFACES ENTRADA/SALIDA

Tipos de entrada/salida a los PLC’s.- 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 PLC’s: 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-buttons, 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 provienen de procesos de control de temperatura, presión, flujo, nivel, etc. Típicamente son señales cuyo rango es de 4 a 20 mA DC, o señales de rango de 0 a 10 voltios DC.

Entradas-salidas analógicas al PLC

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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.

Entradas al PLC.-Las entradas a los PLC’s son poco variadas, las mas populares son las DC (fuente o sumidero) y las AC. Los rangos típicos de voltajes de entrada listados en este orden de popularidad son los siguientes.      

12 – 24 Vdc 100-120 Vac 5 Vdc(TTL) 200-240 Vac 48 Vdc 24 Vac

El PLC debe convertir esta variedad de niveles lógicos de voltaje a niveles de voltaje de lógica TTL (5 Vdc). Para lograr esto utiliza dos interfaces circuitales típicas: DC a TTL, y AC a TTL.

Interface típica de conversación 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 conversación AC a TTL

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

Los voltajes DC usualmente son más bajos (12 – 24 V) 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 distancia y 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.

Entradas DC.- Típicamente existen módulos de entradas DC que trabajan a 5, 12, 24, o 48 voltios, pero el de uso más popular es el de 24 VDC. 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 pushbutton) no hay cuidado si las entradas son NPN o PNP. Sin embargo, si se está usando un sensor electrónico (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 conmutada 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)

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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 mas 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)

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 muestran 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, ENTRADA0000, ENTRADA 0001, ENTRADA xxxx... El terminal común debe conectarse a V+ o a tierra, dependiendo del tipo de sensor que se este usando. Cuando se usan sensores tipo NPN el terminal se conecta a V+, mientras que cuando se usan sensores tipo PNP el terminal común se conecta a 0V (tierra). Un switch ordinario como por ejemplo un limit switch, pushbutton, 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 conectar a la entrada del PLC, si se asume compatibilidad PNP. Es decir esta conexión asume que el común esta conectado a 0v. Si por el contrario el común esta conectado a V+ (compatibilidad

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NPN) entonces un extremo del switch debe ser conectado a 0V (ground) mientras que el otro va al terminal de entrada en el PLC.

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 switch o relé: Conmutan un voltaje DC o AC.

Salida tipo relé

Salida tipo TTL: Transistor Transistor Logic.

Salida tipo TTL

Salida DC tipo Sumidero: Conmutan corriente a tierra.

Salida tipo NPN

Salida DC tipo Fuente: Corriente sale desde el sensor. 24

Salida tipo PNP

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 esta 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. Cuándo 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.

Tarjeta simplificada del PLC para sensor tipo NPN

Conexionado de entradas tipo PNP.- 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. 25

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 buscando el común de la fuente de alimentación.

Tarjeta simplificada del PLC para sensor tipo PNP

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 PLC’s 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.

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Conexión de sensores de 2 hilos tipo PNP y NPN

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

Resumen de conexión de sensores DC tipo NPN

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Resumen de conexión de sensores DC tipo PNP

Entradas AC.- En voltaje AC es uno que no posee polaridad, es decir, no hay positivo o negativo por el cual preocuparse a la hora de la conexión. Sin embargo este tipo de entrada posee la desventaja de ser algo peligrosa (SHOCK eléctrico) 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. 28

Los únicos terminales accesibles al usuario son los marcados como COMÚN, ENTRADA0000, ENTRADAxxxx. 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 esta conectado al neutro. 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. Conexionado de entradas AC.- Pocas veces los PLC’s 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 y daños de los equipos. 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 PLC’s 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 29

 

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 TRIAC’s. Los PLC’s deben convertir los niveles lógicos TTL (5 VDC) 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

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: 10 ms), 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

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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 TRIAC’s sirven a cargas AC típicamente hasta 1 Amp. Las salidas a transistores o a TRIAC’s son conocidas como salidas conmutadas o salidas estáticas, y su tiempo de conmutación esta normalmente por debajo de 1 ms.

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 de carga 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.

Modulo de salida a relés

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 31

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 modulo de salidas a relés

La figura de arriba muestra el modo típico de conexión de las salidas a relés de los PLC’s 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 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.

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 PLC’s: Transistores NPN y transistores PNP. El tipo “físico” de transistor usado también varía de fabricante a fabricante. 32

Algunos de los tipos mas 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. 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 un fotoacoplador 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 este 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 0500 y COM se desactivara “abriendo” sus contactos.

Conexión típica de un modulo de salidas a transistores

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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.

MATERIAL Y EQUIPO A UTILIZAR

Equipo:

 

PLC’S MICROLOGIX100 CON PROCESADOR SLC-500 SOFTWARE RSLOGIX500

DESARROLLO A continuacion mencionaremos brevemente los pasos e identificacion para la configuracion de nuestro plc modular SLC-500 de ALLEN BRADLEY,que es por medio del software ,RSLogix 500. 34

1) Dar nombre a nuestro nuevo proyecto, para la configuracion de nuestras entradas , y salidas de PLC

2) Psteriormente la identificacion el tipo de entradas y salidas que vayamos a solicitar en nuestro PLC esto dependera en campo del proceso que vayamos a controlar.

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3) Introduciendo caracteristicas con las que contara nuestro PLC en las entradas y salidas .

4) Pantalla de desglozamiento de la configuracion de entradas.

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5) Pantalla de desglozamiento de la configuracion de salidas.

CONCLUSIONES

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BIBLIOGRAFIA WEB www.ab.com 38

www.manualplc.com www.scribd.com/teoria-plc

CATALOGOS System Overview

The MicroLogix 1000 family provides small, economical programmable controllers. They are available in configurations of 10 digital I/O (6 inputs and 4 outputs), 16 digital I/O (10 inputs and 6 outputs), 25 I/O (12 digital inputs, 4 analog inputs, 8 digital outputs, and 1 analog output), or 32 digital I/O (20 inputs and 12 outputs) in multiple electrical configurations of digital I/O. The I/O options and electrical configurations make them ideal for many applications. Benefits  





Compact design—Lets the MicroLogix 1000 controller thrive in limited panel space. Choice of communication networks—An RS-232-C communication port is configurable for: DF1 protocol for direct connection to a programming device or operator interface; DH-485 networking through a 1761-NET-AIC converter; DeviceNet networking through a 1761-NET-DNI interface; EtherNet/IP networking through a 1761-NET-ENI interface; or for half-duplex slave protocol in SCADA applications. Simple programming with your choice of programming device—You can program these controllers in familiar ladder logic with MicroLogix 1000 A.I. Series Software®, PLC 500 A. I. Series Programming Software, RSLogix 500™ Windows Programming Software, or the MicroLogix Hand-Held Programmer (1761-HHP-B30). This symbolic programming language is based on relay ladder wiring diagrams that simplify the creation and troubleshooting of your control program. Comprehensive instruction set—Over 65 instructions including simple bit, timer, and counter instructions, as well as instructions for powerful applications like sequencers, high-speed counter, and shift registers. 39

 

Fast—Execution time for a typical 500-instruction program is only 1.56 ms. Choice of languages—Software and documentation are available in 5 languages. The hand held programmer has 6 languages built in.

RSLogix500Software The RSLogix family of ladder logic programming packages helps you maximize performance, save project development time, and improve productivity. This family of products has been developed to operate on Microsoft Windows operating systems. Supporting the Allen-Bradley SLC 500 and MicroLogix families of processors, RSLogix 500 was the first PLC programming software to offer unbeatable productivity with an industry-leading user interface. RSLogix 5 supports the AllenBradley PLC-5 family of programmable controllers. RSLogix 5000 provides support for the Logix5000 Highly Integrated Motion functionality. RSLogix offers reliable communications, powerful functionality, and superior diagnostics.

SLC-500SystemOverview The SLC 500 family provides a proven approach for industrial control. SLC 500 processors are available in a wide range of functional designs, and can be connected in a variety of networks for distributed processing and distributed I/O. The 1746 I/O products offer a full range of digital and analog I/O (including intelligent I/O) in a rugged modular assembly.

Benefits 

Modularity—Modular processors, power supplies, I/O, memory options, and communication interfaces allow for a configurable and expandable system. You configure 40

    

your system for the number of I/O, the amount of memory, and the communication networks you need. Later, when you want to expand the system, you can add I/O or communication interfaces. Fast delivery of messages —Between networks, between links within networks, and between modules across the backplane. Industrially hardened product—Designed to withstand the vibrations, thermal extremes, and electrical noise associated with harsh industrial environments. Compact design—Fits in limited panel space. Many network options—Take advantage of distributed processing by connecting processors across Ethernet, ControlNet, DeviceNet, DH+, and DH-485 networks. More I/O choices—Distributed I/O at locations remote from the processor can be connected across ControlNet, DeviceNet, and Universal Remote I/O links.

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