Gilberto Motto

MINISTERIO DE EDUCACIN

CONTROLADORES LGICOS PROGRAMABLES

1. AUTOMATIZACIN

La automatizacin es un sistema donde se trasfieren tareas de produccin, realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnolgicos. Un sistema automatizado consta de dos partes principales: Parte de Mando Parte Operativa

PARTE OPERATIVA Es la parte que acta directamente sobre la mquina. Son los elementos que hacen que la mquina se mueva y realice la operacin deseada. Los elementos que forman la parte operativa son los accionadores de las mquinas como motores, cilindros, compresores y los captadores como fotodiodos, finales de carrera. DETECTORES Y CAPTADORES

Como las personas necesitan de los sentidos para percibir, lo que ocurre en su entorno, los sistemas automatizados precisan de los transductores para adquirir informacin de: La variacin de ciertas magnitudes

fsicas del sistema. El estado fsico de sus componentes

Los dispositivos encargados de convertir las magnitudes fsicas en magnitudes elctricas se denominan transductores. Los transductores se pueden clasificar en funcin del tipo de seal que transmiten en: Transductores todo o nada:

Suministran ua seal binaria claramente diferenciados. Los finales de carrera son transductores de este tipo.

Transductores numricos: Transmiten valores numricos en forma de combinaciones binarias. Los encoders son transductores de este tipo.

Transductores analgicos: Suministran una seal continua que

es fiel reflejo de la variacin de la magnitud fsica medida.

Algunos de los transductores ms utilizados son: Final de carrera, fotoclulas, pulsadores, encoders, etc.

ACCIONADORES Y PREACCIONADORES

El accionador es el elemento final de control que, en respuesta a la seal de mando que recibe, acta sobre la variable o elemento final del proceso. Un accionador transforma la energa de salida del automatismo en otra til para el entorno industrial de trabajo. Los accionadores pueden ser clasificados en elctricos, neumticos e hidrulicos. Los accionadores ms utilizados en la industria son: Cilindros, motores de corriente alterna, motores de corriente continua, etc. Los accionadores son gobernados por la parte de mando, sin embargo, pueden estar bajo el control directo de la misma o bien requerir algn preaccionamiento para amplificar la seal de mando. Esta preamplificacin se traduce en establecer o interrumpir la circulacin de energa desde la fuente al accionador. Los preaccionadores disponen de: Parte de mando o de control que se encarga de conmutar la conexin elctrica, hidrulica o neumtica entre los cables o conductores del circuito de potencia.

PARTE DE MANDO Suele ser un autmata programable (tecnologa programada), aunque hasta hace bien poco se utilizaban rels electromagnticos, tarjetas electrnicas o mdulos lgicos neumticos (tecnologa

cableada). En un sistema de fabricacin automatizado el autmata programable esta en el centro del sistema. Este debe ser capaz de comunicarse con todos los constituyentes de sistema automatizado. TECNOLOGAS CABLEADAS Con este tipo de tecnologa, el automatismo se realiza interconectando los distintos elementos que lo integran. Su funcionamiento es establecido por los elementos que lo componen y por la forma de conectarlos. Esta fue la primera solucin que se utilizo para crear autmatas industriales, pero presenta varios inconvenientes. Los dispositivos que se utilizan en las tecnologas cableadas para la realizacin del automatismo son: Rels electromagnticos Mdulos lgicos neumticos. Tarjetas electrnicas.

TECNOLOGAS PROGRAMADAS Los avances en el campo de los microprocesadores de los ltimos aos han favorecido la generalizacin de las tecnologas programadas. En la realizacin de automatismos. Los equipos realizados para este fin son: Los ordenadores. Los autmatas programables.

El ordenador, como parte de mando de un automatismo presenta la ventaja de ser altamente flexible a modificaciones de proceso. Pero, al mismo tiempo, y debido a su diseo no especfico para su entorno industrial, resulta un elemento frgil para trabajar en entornos de lneas de produccin. Un autmata programable industrial es un elemento robusto diseado especialmente para trabajar en ambientes de talleres, con casi todos los elementos del ordenador.

Comparacin de caractersticas entre sistemas cableados y sistemas programables

CARACTERSTICAS SISTEMA DE CABLEADO

AUTOMATA PROGRAMABLE

Flexibilidad de adaptacin al proceso Baja Alta Hardware estndar para distintas aplicaciones

No Si

Posibilidades de ampliacin Bajas Altas Interconexiones y cableado exterior Mucho Poco Tiempo de desarrollo del proyecto Largo Corto Posibilidades de modificacin Difcil Fcil Mantenimiento Difcil Fcil Herramienta para prueba No Si Stocks de mantenimiento Medios Bajos Modificaciones sin parar el proceso (on line) No Si Coste para pequeas series Alto Bajo

Estructuracin en bloques independientes Difcil Fcil

OBJETIVOS DE LA AUTOMATIZACIN Mejorar la productividad de la empresa,

reduciendo los costos de la produccin y mejorando la calidad de la misma.

Mejorar las condiciones de trabajo del personal, suprimiendo los trabajos penosos e incrementando la seguridad.

Realizar las operaciones imposibles de controlar intelectual o manualmente.

Mejorar la disponibilidad de los productos, pudiendo proveer las

cantidades necesarias en el momento preciso.

Simplificar el mantenimiento de forma que el operario no requiera grandes conocimientos para la manipulacin del proceso productivo.

Integrar la gestin y produccin.

LOS SISTEMAS DE CONTROL

Un sistema de control es el conjunto de dispositivos electrnicos necesarios para controlar un proceso especfico. Un sistema de control puede incluir desde un ordenador central de control hasta los elementos que suministran las entradas y ejecutan las salidas: los interruptores, motores paso a paso, solenoides y sensores, pasando por los autmatas programables y posibles redes de conexin.

Un sistema de control puede integrar aplicaciones de gran escala donde diferentes modelos de autmatas estn conectados entre s o aplicaciones tan simples como un autmata controlando un solo dispositivo de salida.

El autmata es el dispositivo del sistema de control que controla directamente el proceso de fabricacin. De acuerdo con el programa almacenado en memoria, el autmata recibe los datos de los dispositivos de entrada conectados a el, utiliza estos datos para monitorizar el sistema controlado.

Cuando el programa ordena tomar alguna accin, el autmata enva las seales correspondientes a los dispositivos de actuacin conectados a sus salidas. El autmata se puede utilizar para controlar un proceso simple, repetitivo o puede conectarse a otros autmatas o a un ordenador para integrar el control de un sistema complejo.

Los autmatas reciben las seales de entrada y generan las seales de salida. Al detectarse cambio en las seales, el autmata reacciona,

segn el programa grabado por el usuario, para producir las seales de salida. El autmata ejecuta continuamente el programa para conseguir este control.

Se ha de disear un programa para la aplicacin concreta y almacenarlo en la memoria del autmata. Este programa se ejecutar como parte del ciclo de operaciones internas del autmata.

El siguiente ejemplo de un automatismo en lgica cableada:

Motor B, bajada y subida, contactores K3 y K4.

Motor A, rotacin de broca, derecha e izquierda, contactores K1 y K2.

Finales de Carrera FC1 y FC2.

Pulsadores de marcha y paro.

El circuito de lazo cerrado es el siguiente:

FASES DE ESTUDIO EN LA ELABORACIN DE UN AUTOMATISMO Para el desarrollo y elaboracin correcta de un automatismo, por el tcnico o equipo en cargado de ello, es necesario conocer previamente los datos siguientes:

a. Las especificaciones tcnicas del sistema o proceso a automatizar y su correcta interpretacin.

b. La parte econmica asignada para no caer en el error de elaborar una buena opcin desde el punto de vista tcnico, pero inviable econmicamente.

c. Los materiales, aparatos, etc.., existentes en el mercado que se van a utilizar para disear el automatismo. En est apartado es importante conocer tambin:

Calidad de la informacin tcnica de los equipos.

Disponibilidad y rapidez en cuanto a recambios y asistencia tcnica.

El organigrama representa el procedimiento general o fases ms utilizadas para el estudio de los automatismos. A continuacin se va a estudiar cada uno de los apartados descritos:

a. Estudio previo. Es importante antes de acometer cualquier estudio medianamente serio de un automatismo el conocer con el mayor detalle posible las caractersticas, el funcionamiento, las distintas funciones, etc., de la mquina o proceso a automatizar; esto lo

obtenemos de las especificaciones funcionales, sta es la base mnima a partir de la cual podremos iniciar el siguiente paso, es decir, estudiar cules son los elementos ms idneos para la construccin del automatismo.

b. Estudio tcnico-econmico. Es la

parte tcnica de especificaciones del automatismo: relacin de materiales, aparatos, su adaptacin al sistema y al entorno en el que se haya inscrito, etc. Tambin aqu se ha de valorar la parte operativa del comportamiento del automatismo en todos sus aspectos, como mantenimiento, fiabilidad, etctera. Es obvio que la valoracin econmica, que ser funcin directa de las prestaciones del mismo, ha de quedar incluida en esta parte del estudio.

c. Decisin final. Las dos posibilidades u

opciones tecnolgicas generales posibles: lgica cableada y lgica programada. Con esta informacin y previa elaboracin de los parmetros que se consideren necesarios tener en cuenta, se procede al anlisis del problema.

1.1 GENERALIDADES DE LOS PLCs El trmino PLC de amplia difusin en el medio significa en ingls, Controlador Lgico Programable. Originalmente se denominaban PCs (Programmable Controllers), pero, con la llegada de las IBM PCs, para evitar confusin, se emplearon definitivamente las siglas PLC. En Europa, el mismo concepto es llamado Autmata Programable. La definicin ms apropiada es: Sistema Industrial de Control Automtico que trabaja bajo una secuencia almacenada en memoria, de instrucciones lgicas. Es un sistema porque contiene todo lo necesario para operar, e industrial por tener todos los registros necesarios para operar en los ambientes hostiles encontrados en la industria.

Un autmata programable industrial (API) o Programable Logic Controller (PLC), es un equipo electrnico, programable en lenguaje no informtico, diseado para controlar en tiempo real y en ambiente de tipo industrial, procesos secunciales. Un PLC trabaja en base a la informacin recibida por los captadores y el programa lgico interno, actuando sobre los accionadores de la instalacin. Esta familia de aparatos se distingue de otros controladores automticos en que puede ser programado para controlar cualquier tipo de mquina, a diferencia de otros muchos que,

solamente pueden controlar un tipo especfico de aparato. Un programador o Control de Flama de una caldera, es un ejemplo de estos ltimos. Adems de poder ser programados, se insiste en el trmino "Control Automtico", que corresponde solamente a los aparatos que comparan ciertas seales provenientes de la mquina controlada de acuerdo con algunas reglas programadas con anterioridad para emitir seales de control para mantener la operacin estable de dicha mquina. Las instrucciones almacenadas en memoria permiten modificaciones as como su monitoreo externo. NEMA define el PLC como un aparato digital electrnico con una memoria programable para el almacenamiento de instrucciones que implementan funciones especficas tales como secunciales, lgicas, de tiempo, de conteo, para controlar mquinas y procesos. Aunque la arquitectura de un PLC es bsicamente la misma de una computadora de propsitos generales, hay algunas caractersticas que los distinguen:

El PLC est diseado para trabajar en un ambiente industrial con una cantidad sustancial de ruido elctrico, interferencia electromagntica, vibracin, altas temperaturas, etc.

En el PLC el hardware y el software son diseados para que sean fciles de utilizar por tcnicos y electricistas. Su estructura con frecuencia modular, hace que el mantenimiento y las reparaciones sean sencillas.

Las computadoras son complejas mquinas de cmputo, capaces de ejecutar diferentes programas o tareas simultneamente y en cualquier orden, el PLC ejecuta su programa sencillo en forma ordenada y secuencial.

El PLC posee todas las ventajas de los sistemas programables entre las que podemos puntualizar:

Control flexible. La eliminacin de controles alambrados es el primer paso para ganar flexibilidad. A manera de ejemplo consideremos el control de un solenoide por medio de dos interruptores conectados en serie. Cambiar la operacin del solenoide colocando los dos interruptores en paralelo o combinndolos con un tercero podra tomar menos de un minuto en un PLC, lo cual se podra realizar en la mayora de los casos sin desenergizar o parar el sistema. El mismo cambio en el sistema alambrado podra haber tomado de 30 a 60 minutos, lo que podra ser traducido en considerables prdidas de produccin.

Fcil instalacin. Los mismos atributos del PLC hacen de cada instalacin una operacin sencilla y hasta cierto punto rutinaria. Su relativo pequeo tamao permite al PLC ser ubicado usualmente en menos de la mitad del espacio requerido por un panel basado en rels.

Mantenimiento. Desde el inicio, los PLC han sido diseados teniendo en mente la facilidad del mantenimiento. Con todos los componentes virtualmente de estado slido, el mantenimiento se reduce a cambios de algn mdulo o de algunos componentes alojados en base.

Campos de aplicacin. Se pueden utilizar los PLC en virtualmente todas las reas de la industria: plantas de papel, industria de alimentos, industrias qumicas, petroqumicas, automotrices, generadoras de energa, etc. El uso de los PLC est limitado solo por la imaginacin.

Algunos de los inconvenientes ms mencionados podemos destacar:

Hace falta un programador, lo que obliga a adiestrar a uno de los tcnicos en tal sentido, pero hoy en da ese inconveniente esta solucionado porque las universidades ya se encargan de dicho adiestramiento.

El costo inicial tambin puede ser un inconveniente.

HISTORIA DE LOS PLCs Hasta no hace mucho tiempo, el control de procesos industriales se venia haciendo de forma cableada por medio de contactores y rels.

Al operario que se encontraba a cargo de este tipo de instalaciones, se le exiga tener altos conocimientos tcnicos para poder realizarlas y posteriormente mantenerlas. Adems cualquier variacin en el proceso supona modificar fsicamente gran parte de las conexiones de los montajes, siendo necesario para ello un gran esfuerzo tcnico y un mayor desembolso.

En 1969 la Divisin Hydramatic de la General Motors instal el primer PLC para reemplazar los sistemas inflexibles alambrados usados entonces en sus lneas de produccin. Ya en 1971, los PLCs se extendan a otras industrias y, en los ochentas, ya los componentes electrnicos permitieron un conjunto de operaciones en 16 bits,- comparados con los 4 de los 70s -, en un pequeo volumen, lo que los populariz en todo el mundo. En los primeros aos de los noventas, aparecieron los microprocesadores de 32 bits con posibilidad de operaciones matemticas complejas, y de comunicaciones entre PLCs de diferentes marcas y PCs, los que abrieron la posibilidad de fbricas completamente automatizadas y con comunicacin a la Gerencia en "tiempo real".

En la actualidad no se puede entender un proceso complejo de alto nivel desarrollado por tcnicas cableadas. El ordenador y los autmatas programables han intervenido de forma considerable para que este tipo de instalaciones se haya visto sustituidas por otras formas programadas de control.

El Autmata Programable Industrial (API) naci como solucin al control de circuitos complejos de automatizacin. Por lo tanto se puede decir

que un API no es ms que un aparato electrnico que sustituye los circuitos auxiliares o de mando de los sistemas automticos. A l se conectan los captadores (finales de carrera, pulsadores, etc.) por una parte, y los actuadores (bobinas de contactores, lmparas, pequeos receptores, etc.) por otra.

FUNCIONES DEL AUTMATA PROGRAMABLE

El autmata es el dispositivo del sistema de control que controla directamente el proceso de fabricacin. De acuerdo con el programa almacenado en memoria, el autmata recibe los datos de los dispositivos de entrada conectados a el, utiliza estos datos para monitorizar el sistema controlado.

Cuando el programa ordena tomar alguna accin, el autmata enva las seales correspondientes a los dispositivos de actuacin conectados a sus salidas. El autmata se puede utilizar para controlar un proceso simple, repetitivo o puede conectarse a otros autmatas o a un ordenador para integrar el control de un sistema complejo.

Los autmatas reciben las seales de entrada y generan las seales de salida. Al detectarse cambio en las seales, el autmata reacciona, segn el programa grabado por el usuario, para producir las seales de salida. El autmata ejecuta continuamente el programa para conseguir este control.

Se ha de disear un programa para la aplicacin concreta y almacenarlo en la memoria del autmata. Este programa se ejecutar como parte del ciclo de operaciones internas del autmata.

FUNCIONES BSICAS DE UN PLC Deteccin: Lectura de la seal de los

captadores distribuidos por el sistema de fabricacin.

Mando: Elaborar y enviar las acciones al sistema mediante los accionadores y preaccionadores.

Dialogo Hombre - Mquina: Mantener un dilogo con los operarios de produccin, obedeciendo sus consignas e informando del estado del proceso.

Programacin: Para introducir, elaborar y cambiar el programa de aplicacin del autmata. El dialogo de programacin debe permitir modificar el programa incluso con el autmata controlando la maquina.

NUEVAS FUNCIONES Redes de comunicacin: Permiten

establecer comunicacin con otras partes de control. Las redes industriales permiten la comunicacin y el intercambio de datos entre autmatas a tiempo real. En unos cuantos milisegundos pueden enviarse telegramas e intercambiar tablas de memoria compartida.

Sistemas de supervisin: Tambin los

autmatas permiten comunicarse con ordenadores provistos de programas de supervisin industrial. Esta comunicacin se realiza por una red industrial o por medio de una simple conexin por el puerto serie del ordenador.

Control de procesos continuos: Adems

de dedicarse al control de sistemas de eventos discretos los autmatas llevan incorporadas funciones que permiten el control de procesos continuos. Disponen de mdulos de entrada y salida analgicas y la posibilidad de ejecutar reguladores PID que estn programados en el autmata.

Entradas- Salidas distribuidas: Los

mdulos de entrada salida no tienen

porqu estar en el armario del autmata. Pueden estar distribuidos por la instalacin, se comunican con la unidad central del autmata mediante un cable de red.

Buses de campo: Mediante un solo cable de comunicacin se pueden conectar al bus captadores y accionadores, reemplazando al cableado tradicional. El autmata consulta cclicamente el estado de los captadores y actualiza el estado de los accionadores.

CLASIFICACIN DE LOS PLC El trmino estructura externa o configuracin externa de un autmata programable industrial se refiere al aspecto fsico exterior del mismo, bloques o elementos en que est dividido. Actualmente son tres las estructuras ms significativas que existen en el mercado: Estructura compacta. Estructura semimodular. ( Estructura

Americana) Estructura modular. (Estructura

Europea) ESTRUCTURA COMPACTA Este tipo de autmatas se distingue por presentar en un solo bloque todos sus elementos, esto es, fuente de alimentacin, CPU, memorias, entradas/salidas, etc. Son los autmatas de gama baja o nanoautmatas los que suelen tener una estructura compacta. Su potencia de proceso suele ser muy limitada dedicndose a controlar mquinas muy pequeas o cuadros de mando.

ESTRUCTURA SEMIMODULAR Se caracteriza por separar las E/S del resto del autmata, de tal forma que en un bloque compacto estn reunidas las CPU, memoria de usuario o de programa y fuente de alimentacin y separadamente las unidades de E/S. Son los autmatas de gama media los que suelen tener una estructura semimodular (Americana).

ESTRUCTURA MODULAR Su caracterstica principal es la de que existe un mdulo para cada uno de los diferentes elementos que componen el autmata como puede ser una fuente de alimentacin, CPU, E/S, etc. La sujecin de los mismos se hace por carril DIN, placa perforada o sobre RACK, en donde va alojado el BUS externo de unin de los distintos mdulos que lo componen. Son los autmatas de gama alta los que suelen tener una estructura modular, que permiten una gran flexibilidad en su constitucin.

Esta tabla resume a grandes rasgos las caractersticas de los autmatas actuales desde el punto de vista de modularidad.

AUTOMATAS COMPACTOS

MODULARES

CPU NICA VARIAS CPU

NUMERO DEL CPU I CENTRAL I CENTRAL I CENTRAL + X DEDICADOS

No de entradas / salidas 8 a 256 128 a 1024 > 1024

Juego de instrucciones < 2000 < 2000 2000 a 40000

Unidades de expansin Digitales + analgicas

Digitales + analgicas

Digitales + analgicas + reguladores

Funciones en red Esclavo Esclavo Maestro o esclavo

1.2 ESTRUCTURA DEL PLC En cualquier PLC hay un nmero de componentes fcilmente identificables, algunos como la CPU y las interfases de entrada/salida son vitales para el funcionamiento, otros como la interfase de operador no son esenciales pero son deseables por las prestaciones que aportan al sistema. Las partes ms importantes del PLC son:

Unidad central de proceso (CPU)

Sistema de entrada / salida

Con las partes mencionadas podemos decir que tenemos un autmata pero para que sea operativo son necesarios otros elementos tales como:

Fuente de alimentacin

Interfases de Comunicaciones

Dispositivos Perifricos

Unidad o Consola de Programacin

El diagrama de bloques de un PLC es el siguiente:

UNIDAD CENTRAL DE PROCESO O CPU La Unidad Central de Procesos es el autntico cerebro del sistema. Se encarga de recibir las ordenes del operario por medio de la consola de programacin y el modulo de entradas. Posteriormente las procesa para enviar respuestas al mdulo de salidas. En su memoria se encuentra residente el programa destinado a controlar el proceso.

Los equipos programables emplean un procesador binario que es capaz de interpretar una serie de cdigos o instrucciones que especifican las acciones al realizar en funcin del listado de las variables del sistema. El procesador puede interpretar una sola instruccin a cada instante, a gran velocidad (microsegundo); esta forma de actuar introduce el concepto de tratamiento secuencial de la informacin.

Diseo de un microprocesador

La CPU debe entenderse como un subsistema del PLC formado por una base de circuito impreso que contiene las siguientes partes:

Memoria RAM: se utiliza principalmente como memoria interna, y nicamente como memoria de programa en el caso de que pueda asegurarse el mantenimiento de los datos con una batera exterior.

Memoria EPROM: se utilizan para almacenar el programa de usuario, una vez que ha sido convenientemente depurada.

Memoria EEPROM: se emplean principalmente para almacenar programas, aunque en la actualidad es cada vez ms frecuente el uso de combinaciones RAM + EEPROM, utilizando estas ultimas como memorias de seguridad que salvan el contenido de las RAM. Una vez reanudada la alimentacin, el contenido de la EEPROM se vuelca sobre la RAM. Las soluciones de este tipo estn sustituyendo a las clsicas RAM + batera puesto que presentan muchos menos problemas.

ALU o unidad aritmtica y lgica residente en el chip microprocesador.

Sistema oscilador. Genera los impulsos que dan la temporizacin a todo el sistema.

Sistema reset. Para bloquear el sistema en caso de una falla irrecuperable.

Sistema de decodificacin. Sirve para hacer accesibles todos los componentes del sistema al microprocesador.

Drivers/latches. Componentes lgicos para separar las diferentes partes del sistema

Sistema de Buses internos. Son las conexiones fsicas entre los diferentes componentes del sistema, estos son bus de datos, de direcciones y de control.

Comunicacin. Provee la interfase para programar el PLC desde una computadora o desde un programador manual o para visualizar la informacin.

SISTEMA DE BUS Un sistema de bus es un determinado nmero de lneas elctricas divididas en lneas de direcciones, de datos y de control. La lnea de direcciones se utiliza para seleccionar la direccin de un elemento conectado al bus y lnea de datos para transmitir la informacin requerida. Las lneas de control son necesarias para habilitar el dispositivo conectado al bus como emisor o como receptor.

Diseo fundamental de un microprocesador con su sistema de

buses

MEMORIA DE LOS PLC La memoria es el almacn donde el autmata guarda todo cuanto necesita para ejecutar la tarea de control.

Datos del proceso: Seales de planta, entradas y salidas. Variables internas, de bit y de palabra. Datos alfanumricos y constantes.

Datos de control: Instrucciones de usuario (programa) Configuracin del autmata (modo de

funcionamiento, nmero de e/s conectadas)

MEMORIA INTERNA En un autmata programable, la memoria interna es aquella que almacena el estado de las variables que maneja el autmata: entradas, salidas, contadores, rels internos, seales de estado, etc. Esta memoria interna se encuentra dividida en varias reas, cada una de ellas con un cometido y caractersticas distintas. La clasificacin de la memoria interna no se realiza atendiendo a sus caractersticas de lectura y escritura, sino por el tipo de variables que almacena y el nmero de bits que ocupa la variable. As, la memoria interna del autmata queda clasificada en las siguientes reas. rea de imgenes de entradas/salidas y rea interna (IR). En esta rea de memoria se encuentran: Los canales (registros) asociados a los

terminales externos (entradas y salidas).

Los rels (bit) internos (no correspondidos con el terminal externo), gestionados como rels de E/S.

Los rels E/S no usados pueden usarse como IR.

No retienen estado frente a la falta de alimentacin o cambio de modo de operacin.

rea especial (SR). Son rels de sealizacin de funciones particulares como: Servicio (siempre ON, OFF) Diagnosis (sealizacin o anomalas) Temporizaciones (relojes a varias

frecuencias) Clculo Comunicaciones Accesible en forma de bit o de canal. No conservan su estado en caso de

fallo de alimentacin o cambio de modo.

rea auxiliar (AR). Contienen bits de control e informacin de recursos de PLC como: Puerto RS232C, puertos perifricos, casetes de memoria. Se dividen en dos bloques:

Sealizacin: Errores de configuracin, datos del sistema.

Memorizacin y gestin de datos Es un rea de retencin. Accesible en forma de bit o de canal. No conservan su estado en caso de

fallo de alimentacin o cambio de modo.

rea de enlace (LR). Se utilizan para el intercambio de datos

entre dos PLCs unidos en forma PC Link(1:1).

Dedicados al intercambio de informacin entre PLCs.

Si no se utilizan como LR pueden usarse como IR.

Accesible en forma de bit o canal. No conservan su estado en caso de

fallo de alimentacin o cambio de modo.

rea de retencin (HR). Mantienen su estado ante fallos de

alimentacin o cambio de modo de PLC.

Son gestionados como los IR y direccionables como bit o como canal.

rea de temporizadores y contadores (TIM/CNT). Es el rea de memoria que simula el

funcionamiento de estos dispositivos. Son usados por el PLC para programar

retardos y conteos. rea de datos (DM). Se trata de memoria de 16 bits

(palabra). Utilizable para gestin de valores

numricos.

Mantiene su estado ante cambios de modos de trabajo o fallo de alimentacin.

Direccionables como Canal (palabra). Esta rea suele contener los

parmetros de configuracin del PLC (setup).

Las variables contenidas en la memoria interna, pueden ser consultadas y modificadas continuamente por el programa, cualquier nmero de veces. Esta actualizacin continua de los datos obliga a construir la memoria con dispositivos RAM. MEMORIA DE PROGRAMA La memoria de programa, normalmente externa y enchufable a la CPU mediante casete de memoria, almacena el programa escrito por el usuario para su aplicacin. Cada instruccin del usuario ocupa un paso o direccin del programa. Las memorias de programa o memorias de usuario son siempre de tipo permanente RAM + batera o EPROM/EEPROM . Por lo general la mayora de los fabricantes de autmatas ofrecen la posibilidad de utilizar memorias RAM con batera para la fase de desarrollo y depuracin de los programas, y de pasar estos a memorias no voltiles EPROM o EEPROM una vez finalizada esta fase. La ejecucin del programa en el mdulo es siempre prioritaria, de forma que si se da tensin al autmata con un mdulo conectado, la CPU ejecuta su programa y no el contenido en memoria RAM interna.

COMPONENTES DE UN PLC Los componentes que hacen un trabajo de PLC se puede dividir en tres reas bsicas.

La fuente de alimentacin y en rack

La unidad central de procesamiento (CPU)

La entrada / salida (E / S) de la seccin Los PLC vienen en muchas formas y tamaos. Pueden ser tan pequeos como para caber en el bolsillo de la camisa, mientras que una mayor participacin de sistemas de control requieren grandes bastidores de PLC. Los PLC tipo compacto son tpicamente diseados con puntos de E / S fijos. Otro tipo utilizado es la modular, con los sistemas basados en rack. Se llama "modular" porque el rack puede aceptar muchos tipos diferentes de mdulos de E / S que simplemente deslice en el rack y plug in.

LA CPU El cerebro de todo el PLC es el mdulo de la CPU. Este mdulo normalmente vive en la ranura al lado de la fuente de alimentacin. Fabricantes ofrecen diferentes tipos de CPU basadas en la complejidad necesaria para el

sistema. La CPU consta de un microprocesador, chip de memoria y otros circuitos integrados a la lgica de control, vigilancia y comunicaciones. La CPU tiene diferentes modos de funcionamiento. En modo de programacin se acepta la lgica de descargar de una PC. El procesador se coloca en el modo de ejecucin para que pueda ejecutar el programa y el funcionamiento del proceso.

Un PLC es un controlador dedicado que ejecuta un programa de proceso una y otra vez. El ciclo a travs del programa se llama Ciclo Scan y desarrolla un tiempo de exploracin e implica la lectura de las aportaciones de los otros mdulos, la ejecucin de la lgica sobre la base de estos insumos y a continuacin, actualiza los resultados en consecuencia. El tiempo de escaneo ocurre muy rpidamente (en el rango de 1/1000o de un segundo). La memoria de la CPU almacena el programa y al mismo tiempo la celebracin de la situacin de la I / O y proporcionar un medio para almacenar los valores.

SISTEMA DE ENTRADA / SALIDA Son los dispositivos bsicos por donde se toma la informacin de la mquina, en el caso de las entradas, y por donde se realiza la activacin de los procesos, en las salidas. Las funciones principales son el adaptar las tensiones e intensidades de trabajo de los captadores y actuadores a las del trabajo de los circuitos electrnicos del autmata; realizar una separacin elctrica entre los circuitos lgicos de los de potencia, generalmente a travs de opt acopladores, y proporcionar el medio de identificacin de los captadores y actuadores ante el procesador. Las entradas a las que se hace referencia pueden ser pulsadores, interruptores de lmite, sensores analgicos, selectores, encoders, etc. mientras que las salidas pueden ser bobinas de contactores, vlvulas solenoides, luces piloto, carga resistiva, etc.

El sistema de E / S proporciona la conexin fsica entre el equipo y el PLC. Abriendo las puertas de una E / S tarjeta revela una terminal donde se observan los dispositivos de conexin.

Hay muchos tipos diferentes de tarjetas de E / S que sirven para acondicionar el tipo de entrada o de salida por lo que la CPU puede utilizarlo para su lgica. Es simplemente una cuestin de determinar lo que los insumos y los productos son necesarios, llenando el rack con las tarjetas y a continuacin, abordar correctamente en el programa de las CPUs.

Start Scan

Internal Checks

Scan Inputs

Execute Program

Logic

Update Outputs

MDULO DE ENTRADAS Las entradas son fcilmente identificables, ya que se caracterizan fsicamente por sus bornes para acoplar los dispositivos de entrada o captadores, por su numeracin, y por su identificacin INPUT o ENTRADA; llevan adems una indicacin luminosa de activado por medio de un LED. En cuanto al tipo de seal que reciben, ests pueden ser: analgicas y digitales. a) Analgicas. Cuando la magnitud que se

acopla a la entrada correspondiente a una medida de, por ejemplo, presin, temperatura, velocidad, etc., esto es, analgica, es necesario disponer de este tipo de mdulo de entrada. Su principio de funcionamiento se basa en la conversin de la seal analgica a cdigo binario mediante un convertidor analgico digital (A/D).

La tabla siguiente muestra algunos parmetros significativos de este tipo de mdulos.

Campo o Rango de

Intensidad o Tensin Resolucin

(Bits) Tiempo de Conversin

(ms)

Precisin

0 ... 10 V 4 ... 20 mA

0 ... 10 V 4 ... 20 mA

8 8

12 12

1 1 1 1

(1% + 1 bit) en entradas

y 1 % en salidas

La resolucin de 12 bits se utiliza generalmente cuando las aplicaciones son de alta precisin.

b) Digitales. Son las ms utilizadas y corresponden a una seal de entrada (todo o nada), esto es, a un nivel de tensin o a la ausencia de la misma. Ejemplo de este tipo son los finales de carrera, interruptores, pulsadores, etc.

La figura representa el esquema simplificado de un circuito de entrada por transistor del tipo NPN, en el que se destaca como elemento principal, el optoacoplador.

MODULOS DE ENTRADA DE CORRIENTE ALTERNA Los valores de tensin ms frecuente son: 24, 48, 120 y 240 VAC. Las interfases para entradas de AC, incorporan casi siempre el aislamiento galvnico, por lo que el esquema de principio ms tpico es el que se muestra a continuacin.

Se puede observar en dicho esquema, que la tensin de entrada es rectificada en la interfaz y que esta dispone de un filtro RC de entrada. La interfaz suele agrupar varias entradas con un Terminal comn, de forma que los interruptores y otras seales de campo, puedan utilizar un hilo comn de retorno. La fuente de alimentacin para las entradas ser, en este caso, una tensin alterna obtenida de un transformador de mando o directamente de la red, aunque por motivos de seguridad es preferible la primera solucin. La presencia de tensin en cada una de las entradas suele estar indicada por un diodo LED, facilitando la comprobacin y mantenimiento del equipo.

Conexin de interruptores a una interfase de entrada de AC

MDULO DE SALIDAS En los contactos de salida del Autmata se conectan las cargas o actuadores directamente o a travs de otros elementos de mando, como pueden ser contactores por medio de sus bobinas. Las salidas se suelen distribuir en varios grupos independientes de 1, 2, 4, etc., contactos de tal forma que se pueden utilizar varias tensiones, segn las necesidades de las cargas. La informacin enviada por las entradas a la CPU, una vez procesada, se enva al mdulo de salidas para que estas sean activadas y a la vez los actuadores que en ellas estn conectados. Estructura bsica para una salida de tipo lgico o binario, poniendo de relieve los circuitos de aislamiento.

Segn el tipo de proceso a controlar por el autmata, podemos utilizar diferentes mdulos de salidas. Existen tres tipos bien diferenciados:

A rels. Este tipo de salida suele utilizarse cuando el consumo tiene cierto valor (del orden de los amperios) y donde las conmutaciones no son demasiado rpidas. Son usados en circuitos de corriente continua y alterna. Estn basados en la conmutacin mecnica, por la bobina del rel, de un contacto elctrico normalmente abierto.

A triac. Se utilizan en circuitos de corriente continua y corriente alterna que necesiten maniobras de conmutacin muy rpidas en donde el rel no es capaz de realizarlas o su vida se hace ms corta, en cuanto al valor de intensidad, suele tener valores similares al rel.

A transistores. El uso del este tipo de mdulos es exclusivo de los circuitos de c.c. y cuando las cargas sean del tipo de poco consumo, rpida respuesta y alto nmero de operaciones, como en el caso de circuitos electrnicos. Su vida es superior a la del rel.

MODULOS DE ENTRADAS / SALIDAS ANALGICAS No todos los autmatas programables son capaces de manipular seales analgicas, pero es frecuente que existan mdulos de ampliacin para los tipos de PLC compactos o PLC modulares, que si sin capaces de procesar dichas seales. Conjuntamente los fabricantes del PLC incorporan en su software, funciones especficas para tratar seales de tipo analgico. El procesamiento de datos dentro del PLC es enteramente digital, como corresponde a todo sistema basado en un microprocesador y por tanto, las seales de tipo analgico deben ser previamente digitalizadas para que puedan ser procesadas (utilizando convertidores A/D).

Proceso de adaptacin de las seales de E/S analgicas

Dicha forma digital, consistir en representar la magnitud de la variable analgica con un nmero codificado en forma binaria o en forma BCD. Recprocamente, si el PLC debe suministrar al proceso seales de regulacin continuas, deber previamente convertir los datos internos en la forma binaria o BCD a magnitudes de tipo analgico.

Principio de funcionamiento de un convertidor Digital/analgico.

FUENTE DE ALIMENTACIN La fuente de alimentacin proporciona las tensiones necesarias para el funcionamiento de los distintos circuitos del sistema. La alimentacin a la CPU puede ser de continua a 24 Vcc, tensin muy frecuente en cuadros de distribucin, o en alterna a 120/240 Vca. En cualquier caso es la propia CPU la que alimenta las interfaces conectadas a travs del bus interno.

Esquema de una fuente de alimentacin para un autmata

programable

La alimentacin a los circuitos E/S puede realizarse, segn tipos, en alterna a 48/120/240 Vca o en continua a 12/24/48 Vcc. La fuente de alimentacin del autmata puede incorporar una batera tampn, que se utiliza para el mantenimiento de algunas posiciones internas y del programa usuario en memoria RAM, cuando falla la alimentacin o se apaga el autmata.

La fuente de alimentacin debe tener las siguientes caractersticas:

Debe proveer la energa suficiente (caracterstica medida generalmente en Amperios) para que el sistema trabaje sin sobrecarga y adems debe tener un margen para el crecimiento del sistema.

Debe ser robusta, es decir, se espera que funcione en condiciones de voltaje de alimentacin no siempre estables sin que estas variaciones indeseables se reflejen en los componentes que se sirven de ella. Adems se deben adaptar a los rangos de tensin de alimentacin que se encuentran con ms frecuencia en los ambientes industriales.

Principio de conexin interna de una fuente de alimentacin para

un autmata programable.

Generalmente las fuentes de alimentacin son de tipo electrnica conmutada. Esta es una

tcnica que permite obtener una tensin DC estable para el funcionamiento de los circuitos electrnicos integrados que es prcticamente independiente del nivel de tensin de entrada, dentro de un amplio rango, por ejemplo, se puede generar +12VDC establemente para un rango de voltaje de entrada tan amplio como 85-265 VAC. Este tipo de fuente no utiliza el transformador tradicional por lo que se reduce el tamao, el peso, los costos y la eficiencia de conversin. Es el mismo tipo de alimentador utilizado en las computadoras personales. BASTIDOR O BACKPLANE

El bastidor es el componente que mantiene todo junto. Dependiendo de las necesidades del sistema de control que se pueden pedir en diferentes tamaos para tener ms mdulos. Como un ser humano la columna vertebral de la rejilla tiene un backplane en la parte trasera que permite a las tarjetas para comunicarse con la CPU. La fuente de alimentacin se enchufa en el bastidor y permite el suministro de alimentacin de CC a otros mdulos que se conectan en el rack. El ms popular de trabajo con fuentes de alimentacin de 120 VAC o 24 VDC.

INTERFASE DE COMUNICACIN

Interfase de comunicacin para equipo Omron

La interfase de comunicacin con el PLC es la que hace posible que podamos interactuar con el. La interfase nos debe permitir por lo menos:

Descargar a travs de ella, los programas de aplicacin desarrollados en una computadora personal o en un programador manual en la memoria de trabajo del PLC.

Monitorear la ejecucin del programa en el PLC, permitiendo modificaciones en registros, lectura de tablas internas, modificacin del programa, etc.

En un nivel superior, la interfase de comunicacin debe permitir que el PLC pueda accesar otros componentes del sistema tales como mdulos de expansin de entrada/salida remotas, por medio de controladores de buses de comunicacin estndar. Esta configuracin se conoce como red.

Interfase de comunicacin para equipo Siemens

En trminos elctricos, la comunicacin se puede realizar por medio de un puerto paralelo a alta velocidad o ms comnmente por medio de una lnea serie que aunque es mas lenta puede tener un mayor alcance. Usualmente las interfases serie proveen niveles de tensin para RS232, con la que se puede comunicar con una computadora u otro elemento hasta un

mximo de 30 metros, o por medio de convertidores se pueden tener niveles RS485/422 que siendo seales diferenciales pueden alcanzar hasta 1200 metros. Las velocidades van de los 1200 a los 19600 bauds, con 2 o mas lneas de handshaking y protocolos software con habilidad para gestin de errores y para el direccionamiento de todos los componentes del sistema.

Ampliacin del autmata por medio de interfases y una sola CPU

TARJETAS MODULARES INTELIGENTES. Existen para los PLCs modulares, tarjetas con funciones especficas 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 efecta mediante el cable (bus) o tarjeta de respaldo y a la velocidad del CPU principal. Las funciones que se encuentran en este tipo de tarjetas son de:

Posicionamiento de Servomecanismos

Contadores de Alta Velocidad.

Transmisores de Temperatura.

Puerto de Comunicacin BASIC.

BUS. Los sistemas modulares requieren una conexin entre los distintos elementos del sistema y, esto se logra mediante un bastidor que a la vez es soporte mecnico de los mismos.

Este bastidor contiene la conexin a la fuente de voltaje, as 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 stas en otra parte de la mquina, a cierta distancia de la CPU, es necesario adaptar un bastidor adicional que sea continuacin del original, con una conexin entre bastidores para la comunicacin. Esta conexin si es cercana puede lograrse con un simple cable paralelo y, en otros casos, se requiere de un procesador

de comunicaciones para emplear fibra ptica o, una red con protocolo establecida. INTERFASES DE OPERADOR La interfase de operador es un componente que no siempre se encuentra en los sistemas de automatizacin y no es un elemento bsico del PLC, es decir, no es esencial para el funcionamiento del sistema, sin embargo la flexibilidad que agrega del punto de vista del monitoreo y de las regulaciones que se pueden hacer en los parmetros del proceso controlado hace que en muchos casos un sistema no tenga utilidad prctica si no cuenta con una interfase de operador. La interfase de operador usualmente puede ser:

Una pantalla para la presentacin de los datos. Esta puede ser de cristal lquido, de filamentos al vaco, de matriz sensible al tacto, tubo de rayos catdicos, etc. y sus potencialidades van desde un simple presentador alfanumrico hasta una interfase con capacidades grficas, colores y sensible al tacto.

Un teclado para introduccin de datos. Estos usualmente son del tipo de membrana hermtica a prueba de ambientes hmedos o con mucho polvo. Poseen realimentacin audible y las funciones que desempea cada tecla se puede programar.

SCADA (Adquisicin de Datos y Supervisin de Control). Las siglas SCADA engloban a un conjunto de software (programas) y hardware (PC's, autmatas programables...) capaces de controlar un proceso de forma automtica desde una pantalla de ordenador. Es el sistema de control ms potente dentro de los HMI, dndonos la posibilidad de visualizar y supervisar grficamente en un monitor los procesos de una planta, instalacin o mquina. Entre las mltiples cualidades podemos destacar: Generacin de avisos, alarmas y acuse

de recibo. Almacenamiento de histricos de

produccin, alarmas y avisos en disco duro para una posterior manipulacin o impresin.

Anlisis de seales dentro del proceso productivo.

Generacin de recetas de productos o procesos.

Las interfases de operador se usan esencialmente para la introduccin y visualizacin de datos del proceso, con ellas no es posible hacer modificaciones al programa del PLC. Poseen un nmero determinado de pginas de informacin que pueden mostrar (en el orden de las 100 o ms). Permiten la creacin de mens de seleccin de las variables de inters y en algunos casos estn equipadas con reloj (RTC o real time clock). Se pueden programar adems alarmas en funcin del tiempo o del valor de alguna variable crtica. Las interfases de operador se conectan al sistema PLC por medio de una lnea de comunicacin serie, poseen su propio microprocesador y en general tienen un costo elevado. La programacin adems se hace desde un ambiente diferente al que programa el PLC porque en este caso se trata sobre todo de presentar algn tipo de texto formateado, y no de generar secuencias como en el caso del PLC

1.3 CONEXIN DE LAS ENTRADAS Y SALIDAS

La eficaz puesta en funcionamiento de un PLC pasa necesariamente por una correcta conexin de los captadores en las entradas y los actuadores en las salidas.

De esta forma conseguimos las siguientes ventajas:

El buen funcionamiento y ausencia de averas.

La limitacin en el nmero de entradas y salidas que se van a utilizar, lo que implica un ahorro en el precio del Autmata

DISPOSITIVOS DE ENTRADA

Los autmatas pueden recibir seales de entrada de dispositivos automticos, temporizadores, encoders, fotoceldas, etc.; o manuales, pulsadores, teclados, etc. El principio fsico de actuacin de los sensores puede ser con contacto como los finales de carrera, por interrupcin de rayo de luz como las fotoceldas, inductivos o capacitivos como los interruptores de proximidad.

Se entiende por captadores en general, aquellos elementos que se acoplan o conectan a las entradas del autmata. Estos pueden ser de dos tipos:

Analgicos, cuya seal elctrica es variable en el tiempo, y que necesariamente han de acoplarse al mismo tipo de entradas.

Digitales, en donde la seal responde a: Contacto abierto 0 y Contacto cerrado 1.

Cuando se conecta un captador a la entrada de un PLC y este se encuentre en posicin cerrada aplicando tensin de la batera al elemento interno del autmata este indicar su estado encendiendo un piloto, tal como lo muestra la figura:

Se pueden diferenciar dos tipos de captadores conectables al mdulo de entradas: a) los Pasivos b) los Activos.

Los Captadores Pasivos son aquellos que cambian su estado lgico activado - no activado, por medio de una accin mecnica. Estos son los Interruptores, pulsadores, finales de carrera, etc.

Los Captadores Activos son dispositivos electrnicos que necesitan ser alimentados por una tensin para que varen su estado lgico. Este es el caso de los diferentes tipos de detectores (Inductivos, Capacitivos, Fotoelctricos). Muchos de estos aparatos pueden ser alimentados por la propia fuente de alimentacin del autmata.

Conexin a las entradas del autmata de captadores de tensin

Acoplamiento de fuente de alimentacin auxiliar

El que conoce circuitos de automatismos industriales realizados por contactores, sabr que puede utilizar, como captadores, contactos elctricamente abiertos o elctricamente cerrados dependiendo de su funcin en el circuito. Como ejemplo podemos ver un simple arrancador de encendido / apagado. En l se distingue el contacto usado como pulsador de marcha que es normalmente abierto y el usado como pulsador de parada que es normalmente cerrado, sin embargo en circuitos automatizados por autmatas, los captadores son generalmente abiertos.

DISPOSITIVOS DE SALIDA

El autmata puede enviar la seal de salida a un gran nmero de dispositivos utilizados en la automatizacin. Prcticamente todo lo imaginable puede ser controlado con un autmata. Algunos de los dispositivos ms comunes son motores, solenoides, servomotores, motores paso a paso, vlvulas, interruptores, indicadores y alarmas. Ciertos dispositivos como motores, vlvulas, solenoides afectan directamente el sistema controlado; otros como indicadores luminosos o sonoros y alarmas, sirven como sistemas de monitorizacin y aviso.

Veamos un tpico circuito de automatismos. Un arrancador estrella / triangulo con temporizador. La figura muestra como es la tcnica cableada. Por una parte tenemos el circuito de fuerza, que alimenta el motor, y por otra el circuito auxiliar o de mando, que realiza la maniobra de arranque de dicho motor.

La otra figura muestra como se realiza el mismo montaje de forma programada. El circuito de fuerza es exactamente el mismo que en la tcnica cableada. Sin embargo, el de mando ser sustituido por un autmata programable, al cual se unen elctricamente los pulsadores y las bobinas de los contactores. La maniobra de arranque la realizara el programa que previamente se ha transferido al autmata.

La forma de conectar los actuadores a los mdulos de salidas, depender del tipo de mdulo utilizado. Estos son algunos ejemplos:

Bobinas de rel de igual tensin.

Bobinas de rels de tensin distinta

Dos son las posibilidades de conexin de los contactos de los rels trmicos de proteccin contra sobrecargas. En las entradas como captadores En las salidas como actuadores

Las ventajas e inconvenientes que presentan ambas posibilidades son los siguientes:

La conexin en el circuito de entradas o de captadores es la ms tcnica y segura desde el punto de vista del control, ya que su apertura (provocada como sabemos por una sobreintensidad del circuito)

desactivar los correspondientes circuitos de entrada y, como consecuencia, la salida que ha dado origen a dicha sobreintensidad, quedando sealizado en los leds (E/S) del PLC.

Otra ventaja a tener en cuenta es que en funcin del programa establecido un contacto de un rel trmico puede detener nicamente el proceso del actuador al cual est protegiendo o detener el proceso completo. En este ltimo caso y conectando todos en serie, en el caso de contactos NC o paralelo si NA, es suficiente con un solo contacto de entrada.

Las posibilidades que nos ofrecen son utilizar el contacto normalmente cerrado NC o el normalmente abierto NA. En el primer caso, la bobina del contactor se alimentar directamente, ya que el contacto NC, se utiliza en la entrada. En el segundo caso, al utilizar en la entrada el contacto NA, el contacto NC puede o no ser utilizado en la salida, si se utiliza tendremos doble proteccin.

Como desventaja podemos citar el que necesitamos una entrada por cada rel trmico, o grupo en paralelo o serie, lo que nos puede incrementar stas considerablemente y, como consecuencia, necesitaremos un PLC con ms entradas y, por tanto, de mayor precio.

Varios contactos de rels trmicos conectados a una nica

entrada.

La conexin en el circuito de salida significa ahorrarse el correspondiente circuito de entrada, pero no nos dar indicacin de avera en la sealizacin de salida o led, aunque

lgicamente la bobina del contactor quede desactivada: En este caso slo se detendr el actuador que est protegiendo.

1.4 CRITERIOS DE INSTALACIN

Cuando se instale el PLC en un panel o armario, evaluar las condiciones de operacin, mantenimiento y ambientales del PLC.

Sobrecalentamiento

El rango de temperatura de operacin del PLC es de 0_C a 55_C. Verificar que existe la ventilacin suficiente para refrigeracin.

o Dejar un espacio suficiente para circulacin de aire.

o No instalar el PLC encima de equipos que generen gran cantidad de calor, tales como calentadores, transformadores o grandes resistencias.

o Instalar un ventilador o sistema de refrigeracin cuando la temperatura exceda de 55_C.

Ruido elctrico

Las lneas de potencia y los equipos de alta tensin pueden provocar ruido elctrico en el PLC.

o No instalar el PLC en un panel o armario con equipos de alta tensin.

o Dejar una distancia mnima de 200mm entre el PLC y lneas de alta potencia.

Accesibilidad

Confirmar que se puede acceder al PLC para la operacin y mantenimiento normales.

o Dejar un acceso libre para la operacin y mantenimiento del PLC. Las lneas de potencia y los equipos de alta tensin pueden ser peligrosos si se encuentran en medio durante las operaciones habituales.

o Se facilitar el acceso al PLC si el panel o armario se instala a una distancia de aprox. 1 m del suelo.

El PLC debe instalarse en la posicin indicada en la figura para garantizar una refrigeracin adecuada.

Conexin a tierra

Verificar la conexin conjunta de los terminales de tierra lgica y fsica a una tierra de 100 o menor para proteger el equipo de descargas elctricas y operaciones incorrectas provocadas por el ruido elctrico. El cable de conexin a tierra debe tener una seccin mnima de 1.25 mm2.

Fuente de alimentacin

Cablear un circuito separado para el circuito de fuente de alimentacin del PLC, para que no haya una cada de tensin como consecuencia del pico de corriente provocado al conectar otro equipo.

Cuando se utilicen varios PLCs, cablear circuitos separados para prevenir una cada de tensin debido al pico de corriente o a un funcionamiento incorrecto del disyuntor.

Utilizar cables trenzados para prevenir ruido de las lneas de alimentacin. El ruido elctrico se reduce ms todava conectando un transformador de aislamiento 1:1.

Utilizar la seccin adecuada en los cables de alimentacin considerando la posibilidad de cadas de tensin y la corriente permisible.

Utilizar una fuente de alimentacin de c.c. de la suficiente capacidad y con dbil rizado. Utilizar una fuente de alimentacin de c.c. con doble aislamiento o aislamiento reforzado conforme con las Directivas CE (Directivas de baja tensin).

Cableado de salidas

Tomar las siguientes precauciones para proteger los componentes internos del PLC.

Proteccin contra cortocircuito

o Cuando se cortocircuita una carga, la salida o los circuitos internos pueden sufrir daos. Por ello se recomienda instalar fusibles de proteccin en los circuitos de salida.

Cargas inductivas

o Cuando se conecte una carga inductiva a una entrada, conectar un protector de picos o un diodo en paralelo con la carga.

La distancia entre los cables de potencia y los cables de i/o o de control es de 300mm y entre los cables y la tapadera del ducto es de 200 mm.

Es frecuente que en una instalacin con autmatas se manejen varias tensiones de mando (24,120 o 230 V). El autmata y el resto de sistemas electrnicos perifricos debera alimentarse siempre a travs de un transformador separador, con primario conectado entre fases y nunca entre fase neutro, puesto que el neutro suele ser un pozo de perturbaciones. El secundario de este transformador debe ir unido al conductor de tierra.

Es importante que todas las cargas de salida que tengan conexin a bornes del autmata estn protegidas con un RC antiparasitario, para el caso de alimentacin en alterna, o con un diodo en inversa, para el caso de alimentacin en continua. En caso de alimentacin de las salidas a 120 V ac/cc o 230 V ac, pueden incluirse tambin varistores para reducir los transitorios de conexin desconexin y diodos en continua para evitar que, en caso de inversin de polaridad, pueda producirse un cortocircuito a travs del diodo de inversa.

La colocacin de varistores no permite prescindir de los RC, ya que aun reduciendo la perturbacin pueden quedar residuos de perturbacin de elevado dV/dt.

PRECAUCIONES PARA CONDICIONES AMBIENTALES DE OPERACIN Si no se observan las siguientes precauciones, puede producirse una operacin incorrecta del PLC o del sistema, o podra daarse el PLC o sus unidades. El usuario debe tomar medidas de

proteccin contra fallo para garantizar la seguridad en el caso de seales incorrectas, anormales o prdida de seal provocada por rotura de lneas de seal, cortes momentneos de alimentacin u otras causas.

En los circuitos de control externos se deben establecer circuitos de parada de emergencia, circuitos de enclavamiento, circuitos de limitacin y medidas similares de seguridad.

Para evitar que la operacin normal pueda ser interrumpida temporalmente, establecer un circuito de control para impedir que la alimentacin de los circuitos de las E/S se ponga a ON antes de alimentar la unidad.

La vida til de los rels variar mucho dependiendo de las condiciones de conmutacin. Probar las condiciones de operacin utilizando las unidades reales y utilizar el producto dentro de los lmites de nmero de conmutaciones a fin de no provocar problemas de prestaciones. Utilizar el producto con problemas de rendimiento, puede resultar en aislamiento defectuoso entre circuitos o incendio de los rels.

Instalar adecuadamente las unidades para que no se desprendan.

Verificar que todos los tornillos de montaje, tornillos de terminales y tornillos de los conectores estn bien apretados, con el par especificado en los manuales correspondientes.

Verificar que los bloques de terminales, unidades de memoria, cables de expansin y otros elementos con dispositivos de bloqueo estn bien fijados en su posicin.

Verificar que los bloques de terminales y conectores estn conectados en la direccin especificada con la polaridad correcta.

Realizar el cableado de acuerdo con las instrucciones especificadas en los correspondientes manuales.

Utilizar conectores y cables especificados (modelos de conectores: C500-CE241/C500-CE242/C500-CE243; modelos de bloque de terminales: AWG24-12 con 7 mm pelados).

Aplicar tensiones comprendidas en los mrgenes especificados.

No aplicar ni conectar cargas que excedan la capacidad mxima de conmutacin.

Instalar disyuntores externos u otras medidas de seguridad contra cortocircuitos en el cableado externo.

Utilizar siempre la tensin de alimentacin especificada en los manuales de operacin.

Comprobar que el programa de usuario funciona adecuadamente antes de la ejecucin real en la unidad.

Realizar una doble comprobacin del cableado y de las selecciones del

interruptor antes de conectar la fuente de alimentacin.

Antes de realizar alguna de las operaciones siguientes, confirmar que no tendrn efectos negativos en el sistema.

Antes de tocar la unidad, tocar primero un objeto metlico para descargar la esttica.

No tirar de los cables ni doblarlos excesivamente.

No aplicar fuerzas superiores a 50 NSm a las secciones del conector.

No colocar objetos encima de los cables. Instalar la unidad adecuadamente

conforme se indica en el manual de operacin.

No aplicar vibraciones o golpes excesivos durante el transporte de las unidades.

Almacenar las unidades dentro de los siguientes rangos de temperatura y humedad: Humedad de almacenaje: --20Ca 75C, humedad de almacenaje: 10 a 90% (sin hielo ni condensacin)

1.5. ESTANDARIZACIN DE PLC (NORMA IEC 61131)

A finales de los setenta se plantearon en Europa algunos estndares vlidos para la programacin de PLCs enfocados principalmente al estado de la tecnologa de aquel momento. Tenan en cuenta sistemas de PLC no interconectados, que realizaban operaciones lgicas con seales binarias. DIN 19-239, por ejemplo, especfica un lenguaje de programacin que posee las correspondientes instrucciones para estas aplicaciones. Anteriormente, no existan elementos de lenguaje de las entradas y las salidas segn estructurados, ni equivalente para el desarrollo de programas de PLC. Los desarrollos aparecidos en los aos ochentas, tales como el procesamiento de seales analgicas, interconexin de mdulos inteligentes, sistemas de PLC en red, etc., agravaron el problema. Consecuentemente, los sistemas

PLC de diferentes fabricantes requeran tcnicas de programacin completamente diferentes. Desde 1992, existe un estndar internacional para los controles lgicos programables y dispositivos perifricos asociados (herramientas de programacin y diagnstico, equipos de verificacin, interfases hombre mquina, etc.).

La finalidad del nuevo estndar es definir y estandarizar el diseo y funcionalidad de un PLC y los lenguajes requeridos para la programacin, hasta un grado en el que los usuarios pudieran hacer funcionar sin ninguna dificultad los diferentes sistemas de PLC de los distintos fabricantes. Las denominaciones para la programacin de los PLCs, estn definidas por el estandar IEC 61131-3.

Algunos ejemplos de lo anterior son:

2. INTRODUCCIN A LA PROGRAMACIN

INSTRUCCIONES Y DIRECCIONAMIENTOS Un programa es una sucesin o lista en un determinado arreglo de distintas rdenes de trabajo, tambin llamadas instrucciones y capaz de hacer ejecutar al PLC la secuencia de trabajo pretendida. Una instruccin u orden de trabajo es la parte mas pequea de un programa y consta de dos partes principales: operacin y operando; a su vez el operando est dividido en smbolo y parmetro.

INSTRUCCIN

Operacin

qu?

Operando dnde?

Smbolo Parmetro

La operacin es el cdigo (code) de la instruccin, Puede ser un cdigo cifrado o alfanumrico (01; E 01; A 10) o cdigo nemnico (AND, OR) . El operando es el complemento al cdigo u operacin. Mediante el operando indicamos la direccin del elemento controlador (contactores, temporizadores, E/S, marcas internas, etc.) En los PLC ms prcticos el smbolo no aparece, ya que el CPU puede distinguir y diferenciar las entradas de las salidas, al quedar determinadas las primeras por las marcas internas; y las segundas por el cdigo de la operacin. En el caso de los PLC ms complicados, la operacin indica al CPU que es lo que tiene que hacer, o lo que es lo mismo, la clase de instruccin que ha de ejecutar. Ejemplos: AND (Y) : Formar una concatenacin (conexin) en serie OR (O) : Formar una concatenacin (conexin) en paralelo OUT (=) : Asignar (conectar) una salida a lo precedente.

El operando le indica al CPU donde debe hacerlo, o lo que es lo mismo, donde debe realizarse esta instruccin. Cuando se programa, cada instruccin del programa se aloja en una celda o plaza de memoria que estn enumeradas desde la direccin 0000 hasta el ltimo nmero, en funcin de la capacidad de memoria; en el caso de una memoria de usuario de 1K palabras, las direcciones disponibles seran de la 0000 a la 1023. Otro concepto a tener en cuenta es el de lnea o lnea de programa. Una lnea contiene direccin o paso, operacin y operando, por tanto, se puede decir que una lnea de programa consta de una instruccin. Para elaborar un programa no es suficiente con las instrucciones de mando o de programa, son necesarias otro tipo de instrucciones y acciones que reciben el nombre de instrucciones de servicio u rdenes de manejo, y por medio de las cuales se consigue la elaboracin, anlisis y puesta a punto del programa. CICLO DE FUNCIONAMIENTO DEL AUTMATA (CICLO SCAN) Cuando un autmata ejecuta su programa para controlar un sistema externo, en su interior se realizan una serie de operaciones, al comenzar el ciclo, la CPU lee el estado de las entradas, a continuacin ejecuta la aplicacin empleando el ltimo estado ledo, una vez completado el programa, la CPU ejecuta tareas internas de diagnstico y comunicacin. Al final del ciclo se actualizan las salidas. El tiempo del ciclo se llama tiempo de ejecucin y depende del tamao del programa, del nmero de E/S y de la cantidad de comunicacin requerida.

El autmata va ejecutando sucesivamente las instrucciones de un programa en el orden en que estn depositadas en su memoria paso a paso, una vez procesada la ltima instruccin contenida en la memoria, la ejecucin comienza nuevamente desde la primera instruccin en memoria.

TIEMPO DE EJECUCIN Y CONTROL EN TIEMPO REAL El tiempo total que el autmata emplea para realizar un ciclo de operacin se llama tiempo de ciclo. El tiempo total de ciclo es la suma de los tiempos empleados en cada tarea: Autodiagnstico (1 a 2 ms), actualizacin de E/S (1 a 5 ms), ejecucin del programa y servicio a perifricos (1 a 2 ms). El tiempo de ejecucin o de escrutacin del programa se mide en milisegundos por cada mil instrucciones (ms/k), y tpicamente suele ser de 5 a 15 ms/k. El tiempo de ciclo ser uno de los factores importantes a la hora de disear el sistema de control cuando en ste aparezcan muy bajas constantes de tiempo, pero no es el nico a considerar ya que dichos elementos tienen filtros contra seales parsitas y de esta forma limitan la frecuencia mxima de comunicacin.

Por lo que las entradas de corriente continua son ms rpidas que las de alterna por la mayor necesidad de filtrado. Si adems aparecen conversores A/D o D/A habr que sumar adems el retardo de la conversin. Dada una seal de entrada y una seal de salida dependiente de dicha entrada, se llama tiempo de respuesta al que transcurre desde que cambia la entrada hasta que se observa el efecto en la salida. Este tiempo depende de los retardos de conmutacin y adaptacin de la seal en la interfaz de E/S (Tinput delay, Toutput delay) y del tiempo del ciclo del autmata. Aunque el tiempo de respuesta es variable dependiendo del momento en que cambia la entrada respecto al ciclo de operacin, se puede calcular un mximo y un mnimo: Valor mximo: Tmax= Tinput delay +

Toutput delay + Tciclo Valor mnimo: Tmax= Tinput delay +

Toutput delay + 2Tciclo Frente a las constantes de tiempo de los sistemas electromagnticos el tiempo de respuesta puede ser despreciable, pero no frente a los nuevos equipos electrnicos. SISTEMAS O LENGUAJES DE PROGRAMACION. Varios son los lenguajes o sistemas de programacin posible en los PLC; aunque su uso no puede darse en todos los PLC (Depender de las especificaciones tcnicas del fabricante). Cuando surgieron los autmatas programables, lo hicieron con la necesidad de sustituir a los enormes cuadros de maniobra construidos con contactores y rels. Por lo tanto, la comunicacin hombre-mquina debera ser similar a la utilizada hasta ese momento. El lenguaje usado, debera ser interpretado, con facilidad, por los mismos tcnicos electricistas que anteriormente estaban en contacto con la instalacin. Estos lenguajes han evolucionado, en los ltimos tiempos, de tal forma que algunos de ellos ya no tienen nada que ver con el tpico plano elctrico a rels. En general, se podra decir que los lenguajes de programacin ms usuales son aquellos

que transfieren directamente el esquema de contactos y las ecuaciones lgicas o logigramas, pero stos no son los nicos. Los lenguajes ms utilizados son: DIAGRAMA DE CONTACTOS (LADDER PROGRAM O LADDER DIAGRAM) Es un lenguaje grfico, derivado del lenguaje de rels, que mediante smbolos representa contactos, solenoides. Su principal ventaja es que los smbolos bsicos estn normalizados segn normas NEMA y son empleados por todos los fabricantes. Los smbolos bsicos son:

Los elementos bsicos que configuran la funcin se representan entre dos lneas verticales que simbolizan las lneas de alimentacin. Para las lneas de funcin ms complejas como temporizadores, registros de desplazamiento, etc., se emplea el formato de bloques. Estos no estn formalizados, aunque guardan una gran similitud entre s para distintos fabricantes y resultan mucho ms expresivos que si se utiliza para el mismo fin el lenguaje en lista de instrucciones o mnemnico. Un programa en esquema de contactos, la constituyen una serie de ramas de contactos. 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 funcin especial.

LENGUAJE NEMONICO O BOOLEANO (AWL) Tambin conocido como: Lista de Instrucciones, Booleano, Abreviaturas Neomatcnicas o AWL. Es el lenguaje en el cual cada instruccin se basa en las definiciones del lgebra de Boole o lgebra Lgica. En los autmatas de gama baja, es el nico modo de programacin. Consiste en elaborar una lista de instrucciones o mnemnicos que se asocian a los smbolos y su combinacin en un circuito elctrico a contactos. Es necesario decir, que este tipo de lenguaje es, en algunos casos, la forma ms rpida de programacin e incluso la ms potente.

Un lenguaje en mnemnico o lista de instrucciones consiste en un conjunto de cdigos simblicos, cada uno de los cuales corresponde a una instruccin. Cada fabricante utiliza sus propios cdigos, y una nomenclatura distinta para nombrar las variables del sistema. El lenguaje en mnemnico es similar al lenguaje ensamblador del micro. Ejemplo: La lista de instrucciones utilizada en este proyecto son las del autmata CQM1H de OMRON.

Instruccin: Especifica la operacin a

realizar. Parmetro: Son los datos asociados a

la operacin (instruccin).Los parmetros son en general de formato TIPO y VALOR.

Direccin: Indica la posicin de la instruccin en la memoria de programa usuario.

Las funciones de control vienen representadas con expresiones abreviadas. La fase de programacin es mas rpida que en el lenguaje de esquemas de contactos. PLANO DE FUNCIONES Tambin conocido como bloques funcionales, logigramas, FUP. Su semejanza con los smbolos lgicos o puertas lgicas, hacen tambin interesante lenguaje por la facilidad en su representacin para los conocedores de la electrnica lgica. He ah porque se recomienda este lenguaje para el estudiante de electrnica. En la siguiente figura aparece el ejemplo del programa que se puso al principio en lenguaje AWL:

Nuevamente, observe que aunque el lenguaje de programacin cambi, las instrucciones siempre van colocadas. GRAFCET U ORGANIGRAMA El Grafcet, o graphe de comande Etape Transition, esto es, grfico de orden etapa transicin, e sun mtodo por el cual se describen en una forma grfica perfectamente inteligible las especificaciones de cualquier automatismo. La siguiente figura, nos da una idea simplificada de este sistema.

Est compuesto de smbolos y por lneas y que tiene como misin mostrar grficamente, en nuestro caso, un proceso o problema, as como informar del mismo, esto es, analizar las partes y darles solucin. Los smbolos utilizados son los siguientes:

Podramos establecer dos tipos de organigramas: organigrama de nivel 1, en le cual se representan las acciones a desarrollar por el proceso accin por accin, y organigrama de nivel 2 u organigrama de programacin, en el cual se sustituirn las designaciones del nivel por las instrucciones correspondientes, para as poder realizar el programa en el autmata. INSTRUCCIONES BSICAS AND La salida de una AND solo admite 1 si todas las entradas tienen 1.

Entrada 1

Entrada 2

Salida

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

El circuito de su analoga elctrica:

OR La salida de una OR admite un estado 1 si al menos una de las entradas tiene el valor de 1. Si un pin de entrada n esta cableado, toma el valor de 0.

Entrada 1 Entrada 2 Salida

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1

El circuito que representa su analoga elctrica:

NOT La salida toma el valor de 1 cuando la entrada tiene asignado el valor de 0, NOT invierte el estado de la entrada.

E1 S

0 1

1 0

XOR La salida toma el valor de uno cuando las entradas son diferentes.

Entrada 1

Entrada 2

Salida

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 0

S1

S2

H1

S1

H1

K1

S3

S4

H2

S1

S2

H1

SIMBOLOGA Y EQUIVALENCIAS En el siguiente cuadro, se representan la equivalencias simblicas de las concatenaciones que en los PLC de gran

Gama se usan, de alguna manera usaremos estas conexiones en nuestros ejemplos y ejercicios

INSTRUCCIONES DEL PROGRAMA

CONSIDERACIONES PREVIAS A LA PROGRAMACIN Antes de ejercitarse en la programacin de un PLC, es necesario tener en cuenta algunas consideraciones que nos facilitaran la labor de programacin, estas son: 1) La programacin en cada bloque de

contactos se realizar en el orden de izquierda a derecha, tal como lo indica la figura.

2) El sentido de programacin de los bloque de contactos de un programa se ejecutara en el sentido de arriba hacia abajo, segn puede observarse en la figura.

3) El numero de contactos que se pueden

colocar en un bloque desde el comienzo de la lnea principal hasta la salida OUT, es limitado (por la impresin en papel); en este caso el numero mximo de contactos

en serie es de 8, tal y como aparece en la figura.

4) Al haber una gran posibilidad de contactos

(caracteres) por cada segmento, es preferible realizar un programa claro y comprensible con un nmero elevado de contactos que uno complicado como consecuencia de reducir el nmero de estos recuerda que el PLC tiene una gran posibilidad de accin interna programtica, por lo tanto no debes limitar tu programa como lo haces con un circuito de lgica cableada.

5) No se puede conectar una salida

directamente a una lnea principal, en estos casos se intercalara un contacto cerrado o abierto cualquiera, la figura nos muestra el caso.

6) Despus de una salida OUT no se puede

colocar contacto alguno, tal y como en la figura aparece.

7) Los trminos contacto abierto,

normalmente abierto (NA) y contacto de cierre, significan lo mismo, y se refiere al contacto que esta en reposo esta abierto, o lo que es lo mismo, el paso de corriente a travs de l no es posible. En el mismo sentido, el trmino contacto cerrado, normalmente cerrado y contacto de apertura tambin significa lo mismo y es el contacto que en estado de reposo se

encuentra cerrado, o sea, el paso de corriente a travs de l s es posible. Las figuras reflejan lo expresado.

8) Contactos de Entrada. El nmero de

contactos abiertos o cerrados que se puede utilizar en un programa, por cada una de las entradas, es limitado, o sea, se puede repetir el mismo nmero de contactos, cuantas veces queramos y tanto abiertos como cerrados. En la figura podemos apreciar esta posibilidad.

9) Contactos de Salida. El nmero de salidas,

bobinas de salida o rels de salida OUT es fijo, por lo que se puede repetir un mismo nmero de salida, pero por el contrario, el nmero de contactos asociados a cada una de ellas y tanto abiertos como cerrados es igual que en el caso anterior, limitado. El ejemplo de la figura nos muestra lo expuesto.

EJEMPLOS: En algunos PLC la instruccin LD (Load) es el equivalente a STR.

Circuito Serie

Circuito Paralelo

Circuito Paralelo Serie (Simple)

EJEMPLOS DE APLICACIN CIRCUITO DE CONTROL DE MOTOR

POR CONTACTOR. Circuito de Lgica Cableada

Circuito de Control por PLC

X. REFERENCIAS AUTMATAS PROGRAMABLES,

Joseph Balcells / Jos Luis Romeral, Mc Graw Hill

AUTMATAS PROGRAMABLES, Porras / Montanero, Mc Graw Hill

AUTMATAS PROGRAMABLES, OMRON

CQM1 PROGRAMMABLE CONTROLLERS. USERS MANUAL. OMRON

AN INTRODUCTION TO PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLERS. OMRON

PROGRAMACIN DE AUTMATAS INDUSTRIALES OMRON. Vicente Llanodosa, Ferman Ibez. Editorial Marcombo

DIRECCIONES URL: http://www.ordenatas.es/automata/aplicaciones.htm http://www.plcs.net/index.shtml http://www.geocities.com/SiliconValley/Bay/8507/index.html http://www.iaf.es/enciclopedia/ger/automas.htm http://www.vasertel.es/alex/plc1.htm http://www.zaraempleo.org/defor/cursos/3.html http://teleline.terra.es/personal/tarresai/hmi.htm