• Author / Uploaded
• Abelardo Preza

• Categories
• Controlador lógico programable
• Lenguaje de programación
• Ingeniería informática
• Tecnología
• Informática

Citation preview

UNIDAD 6 AUTOMATA PROGRAMABLE (PLC) UNIDAD 6 AUTOMATA PROGRAMABLE (PLC) 6.1 DEFINICION Y ESTRUCTURA BASICA PLC son las iniciales de Programmable Logic Controller, que traducido resulta Controlador Lógico Programable. También se usa para nombrar a estos dispositivos el término Autómatas Programables. A lo largo de este curso usaremos indistintamente cualquiera de ellos. Cualquier modificación en los procesos en una planta, significa re-cablear, agregar relés, temporizadores, etc. en los tableros de mando y control. Esto implica largas paradas de máquinas y a menudo los tableros quedan chicos para absorber los cambios. También es por ustedes conocido que las modificaciones “provisorias” no siempre se vuelcan en los planos eléctricos, con lo cuál se dificulta el mantenimiento y por lo tanto aumenta el tiempo de parada de las máquinas. A fines de la década del 60, consciente de estos problemas, la General Motor le encarga a sus proveedores de controladores el diseño de equipos que cumplieran las siguientes especificaciones: • Flexibles: Los aparatos debían ser capaces de adaptarse a una gran variedad de situaciones, incluso reutilizarse para otras máquinas. Esta flexibilidad pretendía ser lograda mediante la programación. • Estado Sólido: Los nuevos equipos debían estar realizados usando componentes electrónicos. • Ambiente: Debían poder soportar los ambientes industriales. • Sencillos: Tanto la programación, como el mantenimiento y la instalación debían estar a cargo del propio personal de la industria, ingenieros y técnicos, normalmente en esa época sin conocimientos informáticos • Lógicos: Las funciones que debían gobernar eran del tipo on/off (todo/nada). Para poder interpretar luego el funcionamiento de un PLC presentamos la Figura 1, donde se muestra un esquema de su estructura interna. Podemos distinguir cinco bloques en la estructura interna de los Autómatas Programables, que pasaremos a describirlos:

• Bloque de Entradas. En él se reciben las señales que proceden de los sensores. Estas son adaptadas y codificadas de forma tal que sean comprendidas por la CPU. También tiene como misión proteger los circuitos electrónicos internos del PLC, realizando una separación eléctrica entre éstos y los sensores. • Bloque de Salidas: Trabaja de forma inversa al anterior. Interpreta las órdenes de la CPU, las descodifica y las amplifica para enviarlas a los actuadores. También tiene una interface para aislar la salida de los circuitos internos. • Unidad Central de Procesamiento CPU): En ella reside la inteligencia del sistema. En función de las instrucciones del usuario (programa) y los valores de las entradas, activa las salidas. • Fuente de Alimentación: Su misión es adaptar la tensión de red (220V/50Hz) a los valores necesarios para los dispositivos electrónicos internos (generalmente 24Vcc y 5Vcc). • Interfaces: Son los canales de comunicación con el exterior. Por ejemplo con: ∗ los equipos de programación ∗ otros autómatas. ∗ computadoras. ∗ etc..

6.2 PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO Con la llegada de los autómatas programables, los llamados PLC, la industria sufrió un impulso importante, que ha facilitado de forma notable que los procesos de producción o control se hayan flexibilizado mucho. Encontramos PLC en la industria, pero también en nuestras casas, en los centros comerciales, hospitalarios, etc. También en nuestras escuelas de formación profesional encontramos frecuentemente autómatas programables. PLC son las siglas en inglés de Controlador Lógico Programable (Programmable Logic Controller). Cuando se inventaron, comenzaron llamándose PC (Controlador programable), pero con la llegada de los ordenadores personales de IBM, cambió su nombre a PLC (No hay nada que una buena campaña de marketing no pueda conseguir). En Europa les llamamos autómatas programables. Sin embargo, la definición más apropiada sería: Sistema Industrial de Control Automático que trabaja bajo una secuencia almacenada en memoria, de instrucciones lógica

Un PLC realiza, entre otras, las siguientes funciones: Recoger datos de las fuentes de entrada a través de las fuentes digitales y analógicas. Tomar decisiones en base a criterios preprogramados. Almacenar datos en la memoria. Generar ciclos de tiempo. Realizar cálculos matemáticos. Actuar sobre los dispositivos externos mediante las salidas analógicas y digitales. Comunicarse con otros sistemas externos. Los PLC se distinguen de otros controladores automáticos, en que pueden ser programados para controlar cualquier tipo de máquina, a diferencia de otros controladores (como por ejemplo un programador o control de la llama de una

caldera) que, solamente, pueden controlar un tipo específico de aparato. Además de poder ser programados, son automáticos, es decir son aparatos que comparan las señales emitidas por la máquina controlada y toman decisiones en base a las instrucciones programadas, para mantener estable la operación de dicha máquina. Puedes modificar las instrucciones almacenadas en memoria, además de monitorizarlas.

6.3 TIPOS DE PLC (COMPACTOS Y MODULARES) La idea de esta sección es mostrar el amplio espectro de los PLC que actualmente existen en el mercado, para ayudar al usuario a decidir en el momento de realizar una compra. Con este objetivo, vamos a realizar varias clasificaciones de los Autómatas Programables, teniendo en cuenta sus distintas características. • Estructura externa. Se refiere al aspecto físico exterior del PLC. Actualmente en el

mercado existen dos tendencias: ∗ Diseño compacto: En un solo bloque residen todos sus elementos (fuente, CPU, entradas/salidas, interfaces, etc.). Tienen la ventaja de ser generalmente más baratos y su principal desventaja es que no siempre es posible ampliarlos. ∗ Diseño modular: Los distintos elementos se presentan en módulos con grandes posibilidades de configuración de acuerdo a las necesidades del usuario. Una estructura muy popular es tener en un bloque la CPU, la memoria, las interfaces y la fuente. En bloques separados las unidades de entrada/salida que pueden ser ampliadas según necesidades. • Memorias. Llamamos memoria a cualquier dispositivo que nos permita guardar las instrucciones escritas por el programador. Su capacidad de almacenamiento se mide en Kbyte o en Mbyte y está relacionada con el tamaño máximo de programa que podemos escribir. En la mayoría de los casos están diseñadas con elementos electrónicos. Se distinguen varios tipos: ∗ PROM (Programmable Read Only Memory). Memorias para ser leídas únicamente. Permiten ser programadas una sola vez. Normalmente se usan para automatismos de equipos fabricados en serie. Ante una falta de energía mantienen su contenido. ∗ EPROM (Erasable Prog..). Son iguales a las anteriores, pero está permitido borrar su contenido para reprogramarlas. El borrado se realiza por la aplicación de luz ultravioleta, a través de una ventanilla de cuarzo en su encapsulado. ∗ EEPROM (Electrical Eraseble..). Iguales a las anteriores pero el borrado se realiza por la aplicación de señales eléctricas. ∗ RAM (Random Access Memory). O memorias de acceso aleatorio. Está permitido escribirlas y borrarlas eléctricamente. Su lectura y escritura son muy veloces. Ante una falta de energía su contenido se pierde, por lo que deben usarse alimentadas con pilas de Litio (duración de la pila más o menos 5 años). Estas dos últimas son las más usadas en la actualidad. • Unidades de Entrada. Son los dispositivos básicos por donde llega la información de los sensores. Vienen con distintas posibilidades. ∗ Analógicas. Se deben usar cuando la entrada corresponde a una medida de por ejemplo: temperatura, presión, etc. En su interior tienen un dispositivo que convierte la señal analógica a digital (conversor A/D). Vienen en distintos rangos de tensión e intensidad. (por ejemplo 0 a 10V, 0 a +- 10V, 4 a 20 mA, etc.). La resolución puede ser de 8 o 12 bits. ∗ Digitales. Son las más utilizadas y corresponde a señales todo/nada. O sea la presencia o no de una tensión (por ejemplo de fines de carrera,

termostatos, pulsadores, etc.). Esta tensión puede ser alterna ( 0-220V, 0110V) o continua (generalmente 0-24V). • Unidades de Salida. Son los bloques básicos que excitarán los actuadores. Al igual que las entradas pueden ser analógicas o digitales. ∗ Analógicas. Se deben usar cuando el actuador que se debe activar es analógico (por ejemplo una válvula modulante, un variador de velocidad, etc.). En este caso se dispone de un dispositivo interno que realiza el proceso inverso al de las entradas analógicas, un conversor D/A. ∗ Digitales. Vienen de tres tipos. Con salida a triac, a relé o a transistor. En el primer caso es exclusivamente para corriente alterna. En el segundo puede ser para continua o alterna. En el caso de salida a transistor es exclusivamente para continua. Soportan en todos los casos corrientes entre 0,5 y 2 A. • Lenguajes de Programación. Son las reglas por las cuáles se le escribe el programa al PLC. Es más bien una característica del dispositivo programador. Existen diferentes lenguajes que el usuario puede elegir de acuerdo a su gusto o experiencia. ∗ Listado de instrucciones. Como su nombre lo indica se trata de introducir una lista de instrucciones que debe cumplir el autómata. ∗ Con símbolos lógicos. La programación se realiza usando símbolos similares a los que vimos para las compuertas lógicas. ∗ Con símbolos de contactos. Es el más popular y la programación se lleva a cabo usando redes de contactos (ladder). • Equipos o unidades de programación. Son los dispositivos que nos permitirán entrar el programa. Son tres los tipos que se disponen. ∗ Tipo calculadora. Constan de un teclado y un visor (como si fuera una calculadora). En el visor se puede ver una o dos líneas del programa. Son muy útiles para realizar modificaciones o ajustes a la par de la máquina. ∗ Consola. Son un tipo intermedio entra los anteriores y las PC. Permite ver hasta 20 o 30 líneas de programa ∗ PC. Normalmente cualquier computadora PC, con el soft correspondiente y la interfaz adecuada permite la programación de los PLC. Su utilidad es mayor cuando se trabaja con grandes autómatas programándolos en las oficinas de programación. • Tamaño de los PLC. El tamaño se lo determina generalmente por la cantidad de

entradas y salidas disponibles. Pudiendo variar entre 10 E/S hasta varios miles. Las denominaciones son: nanoautómatas, microautómatas, etc..

6.4 LENGUAJES DE PROGRAMACION 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. Adicionalmente a las nuevas instrucciones de programación, el desarrollo de nuevos módulos de entradas y salidas también ha obligado a cambiar las instrucciones existentes. 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. 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. 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 I 2.3 A I 4.1 O I 3.2 = Q 1.6 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: 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; 6.5 INTRUCCIONES TIPO RELEVADOR,TEMPORIZADORES Y CONTADORES La utilización de memorias es equivalente a la utilización de relevadores en circuitos de control electromagnético. Cuando se emplea relevadores de circuitos tradicionales se buscan dos objetos: [1.].- Ampliar las capacidades de conexión de un dispositivo. Que podría ser un contactor, agregándole contactos auxiliares. [2.].- Memorizar una determinada operación en una fase del proceso. Resulta evidente que un PLC, la primera capacidad no es necesaria, pues posee por software. Sin embargo si es posible la segunda. La organización de los mencionados relés auxiliares en los PLC está en forma de Bit y Byte en un lugar de la memoria total.

El uso de estas memorias deben ser restringido, por su importancia en el PLC. NOTA: Nunca utilizar el mismo relevador en un programa para PLC. Temporizadores. La función temporizador permite mandar, con un retardo de tiempo, acciones específicas. El valor de este retardo se obtiene por combinación del valor de preselección (Preset) y la base de tiempo (Time Base). El temporizador posee dos entradas (E/C) y dos salidas. La entrada E activa o desactiva el temporizador, cuando está el cero lógico lo resetea. La entrada C también activa y desactiva el temporizador, pero el mando está en cero únicamente detiene el tiempo, no lo modifica. Para que el temporizador esté funcionando ambas entradas deben estar en uno lógico. La salida D se prende cuando finaliza el tiempo determinado. La salida R se prende como indicador de que el temporizador esta activo. A modo de unidad básica (TIB) se define o selecciona un determinado tiempo para las secuencias de los pasos: Un milisegundo Una centésima de segundo

Una décima de segundo Un segundo Un minuto El temporizador está compuesto de los siguientes elementos. 1].- Valor nominal 2].- Valor efectivo 3].- Estado Valor nominal.- Indica el tiempo que debería transcurrir en función del programa y expresado mediante un numero indica la cantidad de cadencias que se haya seleccionado. Valor efectivo.- Indica el valor instantáneo del temporizador puede contar hacia atrás o hacia adelante. Estado.- El temporizador indica si ha transcurrido el tiempo que se haya preseleccionado o si aún se está transcurriendo, manteniéndose la señal respectiva 0 o 1 según el tiempo del PLC. El temporizador está compuesto de los siguientes elementos: 1. IMPULSO 2. RETARDO DE CONEXIÓN 3. RETARDO A DESCONEXION 4. MONOESTABLE. FUNCION IMPULSO.- la salida se mantiene activada mientras dure la señal de mando o condición de marcha (tiempo impulso). FUNCION RETARDO DE CONEXIÓN.- la salida se retarda hasta que transcurra el tiempo de retardo. RETARDO A DESCONEXION.- La salida conecta simultáneamente con la entrada y se mantiene hasta un tiempo después de caer aquella, denominada tiempo de desconexión. FUNCION MONOESTABLE.- La salida se mantiene activa, una vez activada la señal de mando, durante un tiempo constante e independiente de esta señal. Estas funciones o algunas de ellas están disponibles como bloques funcionales de temporizadores dentro del lenguaje AUTOMATA. Para su programación los

temporizadores necesitan definir tres campos: ü Nombre de la función ü Numero de elemento ü Parámetro de preselección NOMBRE DE LA FUNCIÓN.- Que se defina el tiempo que define el tipo de temporizador a utilizar. NÚMERO DE ELEMENTO.- Que indica su dirección en variable interna (un elemento dado solo puede programarse una vez). PARÁMETRO DE PRESELECCIÓN.- Que concreta el valor total de la temporización, a partir de los valores: Ø Módulo de tiempo o número de unidades a contar. Ø Base de tiempo o frecuencias de conteo de unidades. Ø así se cumple que tiempo total = modulo x base. En muchos autónomas el número de base de tiempo esta predefinida por el fabricante. Otros autómatas (por ejemplo SIEMENS) disponen de funciones específicas de temporización, lo que permite tener listados de programas más compactos aunque exigen mayor especialización por parte del usuario. Los valores del módulo de temporización suele oscilar entre 0 y 9999. Dada la facilidad con la que la CPU detecta el valor 0 sobre cualquier número, los temporizadores resultan en general descendentes: Ø Cuando la señal de mando es activada, el temporizador se decrementa desde el valor de preselección (módulo de cuenta) Ø Cuando se alcanza el tiempo prefijado el temporizador se mantiene a “0” hasta que se desaparezca la señal de mando. Ø Cuando la señal de mando es 0 el temporizador se carga al valor de preselección, excepto si existen otras señales de mando. PROGRAMACIÓN DE UN TEMPORIZADOR CON RETARDO A LA CONEXIÓN

CONTADORES El contador es un elemento capaz de llevar el cómputo de las activaciones de sus entradas, por lo que resulta adecuado para memorizar sucesos que no tengan que ver con el tiempo, pero que se necesiten realizar un determinado número de veces. El contador posee 4 entradas (RPUD) y 3 salidas (EDF).

ENTRADA RESET (R)- permite poner a cero el contador cada vez que se activa. Se suele utilizar el principio de la ejecución asignándole los bits de arranque, de modo que quede a cero cada vez que se arranca el sistema. ENTRADA PRESET (P)- permite poner la cuenta del contador a un valor determinado distinto de cero, que previamente se ha programado en Cip. ENTRADA UP (U)- cada vez que se activa produce un incremento en una unidad de la cuenta que posea en ese momento el contador. ENTRADA DOWN (D)- cada vez que se activa produce un decremento en una unidad la cuenta que posea en este momento el contador. Están definidos dos tipos de contadores: Ø Contador incremental Ø Contador bidireccional El primero acumula el número de pulsos recibidas por su entrada de paso y el segundo acumula la diferencia entre los pulsos recibidos por sus entradas de cuenta ascendente y cuenta descendente. En estos últimos existen a su vez de versiones: · De entradas de pasos separadas UP y DOWN. · De entradas de pulsos común (pulse) y señal adicional de dirección de cuentas U/D.

Los contadores necesitan para su programación los siguientes campos: NOMBRE DE LA FUNCIÓN- Que distingue entre contadores incrementales o bidireccionales. NUMERO DE ELEMENTO- Que indica su dirección en variable interna. Puesto que los contadores y temporizadores son muy semejantes (el valor de cuenta cambia en cada impulso externo, mientras que en los temporizadores avanza según un reloj interno), muchos autómatas disponen de un área común para ubicarlos y la dirección y número de elemento puede ser atribuida a uno u otro, aunque no a ambos simultáneamente en un mismo programa. PARÁMETRO DE PRESELECCIÓN- Que indican el valor a alcanzar por el contador antes de activar la salida o el valor de carga cuando se activa la señal de validación. Los contadores necesitan de algunas señales binarias asociadas como son las entradas de pulso para conteo, y las señales de habilitación o reset. EJEMPLO: AUTOMATA IZUMI DIAGRAMA DE CONTACTOS

LISTA DE INSTRUCCIONES

LOD 1 señal preset LOD 2 cuenta arriba LOD 3 cuenta abajo

CNT 45 define contador LODC45 salida activa OUT 200 si CNT45=0 Los temporizadores y contadores varían en función de marcas y modelos pero los más usuales suelen incorporar 32 temporizadores: TO…..T31 y 32 contadores: CO…..C31 para MELSEC MITSUBISHI y ALLEN BRADLEY. En SIEMENS se designan como T y Z; existen contadores que no se borran al desconectar el autómata (son remanentes), dichos contadores deben verificarse en los manuales respectivos. Podemos utilizarlos como si fueran entradas (mediante operaciones combinacionales) o introduciendo su valor en los registros. INSTRUCCIONES SET Y RESET La instrucción SET permite establecer una condición de activación que se sostendrá mientras no aparezca la instrucción RESET, en otras palabras la instrucción SET habilita una salida, un dispositivo lógico de manera que se mantenga en condición “l”, hasta que aparezca la instrucción RESET para llevar a “0” al dispositivo lógico.

6.6 APLICACIONES DEL PLC EN LOS SISTEMAS DE CONTROL

Una enorme cantidad de PLC que está llegando al mercado permite verificar la tendencia del uso de este equipo en los sistemas de control, se puede ver que son generalmente unidades compactadas de bajo costo con pocas entradas y salidas, que permiten aplicaciones simples. Por lo que emplean menos requerimientos de interfaces y extensión de programas.