PLC Modulo 1

8/3/2019 PLC Modulo 1

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FACULTAD DE INGENIERAPROGRAMA DE INGENIERA ELECTRNICA

ELECTRNICA INDUSTRIALFundamentos de la Lgica en EscaleraProfesor: M.Sc. Ing. Diego Sendoya

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INTRODUCCIN

En este mdulo recibirs una introduccin acerca delos Controladores Lgicos Programables, las entradas ylas salidas y los diagramas de escalera. Este mduloconsta de cinco actividades:

Actividad 1: Conceptos bsicosActividad 2: Examinar las relaciones entrada/salidaActividad 3: Herramientas de monitoreo del PLCActividad 4: Escritura y simulacin de un diagrama deescalera bsicoActividad 5: Proyecto: Control de un sistema declasificacin

ACTIVIDAD 1: CONCEPTOS BSICOS

En esta actividad aprenders sobre controladoreslgicos programables (PLC) y su utilizacin en elmundo industrial moderno de hoy. Esta actividadincluye los siguientes temas:

Controladores lgicos programables. Entradas y salidas.

OBJETIVOSEn esta actividad realizars lo siguiente:

Definir el trmino controlador lgico programable. Definir los trminos entrada y salida. Aprender sobre los usos tpicos de los PLC en la industria y la vida cotidiana. Distinguir entre entradas y salidas discretas y analgicas. Determinar si los dispositivos son de entrada o de salida.

CONTROLADORES LGICOS PROGRAMABLES (PLC)

Qu es un PLC?

La sigla PLC significa controlador lgico programable. Un PLC se utiliza a menudo como el"cerebro" en un amplio rango de sistemas controlados modernos.

Esencialmente, un PLC es un computador de bajo nivel capaz de conectarse con instrumentos decampo para leer datos de entrada y controlar datos de salida. Los PLC pueden generalmente


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programarse desde una PC, utilizando tpicamente lgica de escalera, grficos de funcionessecuenciales y/o texto estructurado.

En algunos casos, los PLC se conectan a un computador de control central. Cada PLC trabajaindependientemente para controlar su tarea mientras realimenta informacin al computadorcentral.

Los PLC constituyen los fundamentos de lo que se denomina "control distribuido". De la mismaforma que los sistemas informticos han migrado desde grandes computadoras con una unidadcentral, los sistemas de control han distribuido la "toma de decisiones" en los PLC (nodos decontrol inteligentes).

Cmo funciona?

Los controladores lgicos programables adquierenentradas del mundo real a travs de sensores yconvierten esas entradas en seales elctricas. Estasseales actualizan una tabla de entrada en el"computador".

Una placa de E/S (entrada/salida) suministra el vnculode comunicacin entre procesador y sensor. Lasseales de entrada se utilizan para determinar culessalidas estarn activadas y cuales desactivadas.

El PLC en el mundo industrial modernoEl PLC es habitual en el mundo industrial de hoy. Por ejemplo, debido a su capacidad de controlde entradas en memoria, muchos elementos de una planta de ensamblaje utilizan PLC. Enrealidad, casi todas las lneas de automatizacin existentes estn controladas por un PLC.

Estas pequeas unidades estn basadas en microprocesador y contienen posiciones de memoriano voltil (memorias que conservan almacenados los datos al quitar la alimentacin). Un PLCpodra controlar una instalacin de bombeo de aguas residuales para el Departamento deServicios Pblicos de una ciudad, mientras que otro PLC controla un horno de fundicin en unafbrica cercana.

Los PLC se utilizan para controlar procesos que necesitan realimentacin para poder crear

consistencia. Por ejemplo, en Janesville (Wisconsin, EE.UU.), en el Establecimiento Fabril deCamiones de General Motors, los controladores lgicos programables se utilizan en el taller dechapa y pintura conectados a robots, equipamiento de sellado y herramientas pesadasautomticas que sueldan la carrocera de planchas metlicas de un vehculo utilitario suburbano.


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Algunas aplicaciones que utilizan PLC en la planta deJanesville son las siguientes:

Automatizacin de soldadura dura Sistemas de fabricacin flexible Aplicaciones de sellado Sistemas de llenado de fluidos Sistema de monitoreo de instalaciones

ENTRADAS Y SALIDAS

Qu son las entradas y salidas?

Entrada: dispositivo que transmite datos al PLC. Elestado de los dispositivos de entrada refleja el estadodel sistema controlado o un requerimiento operativo.El PLC monitorea constantemente el estado de estosdispositivos y los controla utilizando un sistema deinstrucciones predefinidas.

Salida: dispositivo que recibe instrucciones deactivacin desde el PLC. El estado de los dispositivosde salida se determina por el estado de los

dispositivos de entrada y por las instrucciones decontrol.

Dispositivos de entrada y salida

Cmo ya aprendiste, los controladores lgicos programables controlan entradas y salidas delmundo real para automatizar un proceso. Los dispositivos de entrada y salida incluyen:

Dispositivos de entrada: Interruptores de proximidad. Flujmetros. Interruptores de lmite.

Dispositivos de salida: Vlvula solenoide. Rel electromagntico. Arrancador de motor. Manmetros. Bocina instalada en un automvil.


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Ejemplo del mundo real

Fjate en el ejemplo de un sistema de control denivel controlado por PLC. En un tanque se ajustaun flotante al nivel marcado como 2. El flotador esun dispositivo de entrada que se utiliza comosensor de nivel. Al controlar una vlvula deapertura/cierre que sirve como dispositivo desalida, el usuario puede controlar el nivel de agua.

Las instrucciones de control estn almacenadas enla memoria del PLC. El PLC recibe constantementeuna seal de entrada (en este caso, el nivel deagua). El controlador controla el dispositivo desalida (la vlvula) de acuerdo a la entrada (el nivel

de agua) y las instrucciones programadas en sumemoria.

Discreto y analgico

Los dispositivos de E/S se refieren a los datos ledos y escritos por el controlador programable.

Hay dos tipos de entradas y salidas:

E/S discretas, que consisten en datos representados por unos y ceros. Los sistemas de E/Sdiscretas se utilizan para controlar sistemas que pueden nicamente permanecer en uno de

dos estados posibles, tales como el estado de ENCENDIDO o APAGADO de un motor o de unalmpara. Las E/S analgicas utilizan varios bits para representar un valor entero. Por ejemplo, la

presin de un sistema neumtico podra tener cualquier valor entre 0 y el valor entero msalto disponible en una escala indicadora de presin determinada.

Las seales de entrada discretas generalmente se utilizan para determinar si ocurri un ciertoevento (por ejemplo, el pistn se encuentra totalmente extendido o la presin es superior a 3bars). Los dispositivos de salidas discretas se utilizan para controlar elementos que slo puedenpermanecer en uno de dos estados posibles.

Introduccin a la lgica de escalera

En todo este mdulo, aprenders comandos bsicos del lenguaje de programacin de lgica deescalera. Ms adelante programars diagramas de escalera utilizando esos comandos paracontrolar diferentes sistemas de control de tipo industrial. Este lenguaje grfico estestrechamente relacionado con los diagramas elctricos de lgica de rels.


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ACTIVIDAD 2: EXAMINAR LAS RELACIONES ENTRADA/ SALIDA

En esta actividad explorars las definiciones de lgica. Esta actividad incluye los siguientes temas: Controlador lgico programable Introduccin a la lgica

OBJETIVOS

En esta actividad realizars lo siguiente:

Explorar en profundidad el significado que encierra la sigla PLC. Definir el trmino variable lgica. Definir el trmino HMI (interfaz hombre mquina). Cargar y ejecutar un programa de PLC. Examinar las relaciones entre entradas y salidas en un diagrama de escalera. Observar la funcionalidad de una HMI.

CONTROLADOR LGICO PROGRAMABLE

Qu implica el nombre?

Habindote introducido en el PLC (controlador lgico programable), debers ahora entender lo querepresenta la sigla PLC en s misma:

Programable - Esta palabra indica que el PLC puede programarse. Esta caracterstica tepermite ordenarle al PLC que realice un amplio rango de tareas de control.

Lgico - Esta palabra indica que la tcnica de programacin del PLC est basada en losprincipios de la lgica. Programar un PLC supone variables y funciones lgicas. Seguir acontinuacin un breve repaso de los principios de la lgica para suministrarte los fundamentosque necesitas para programar un PLC.

Controlador - Esta palabra indica que el PLC controla y supervisa un proceso o la accin dealguno de sus componentes. Naturalmente, el programa lgico que reside en la memoria delPLC determina el control del mismo.

INTRODUCCIN A LA LGICA

Definicin

La lgica es un campo de las matemticas. Presenta una manera de obtener conclusionesconsistentes, por medio de deducciones basadas en un conjunto de hechos y las relaciones entreellos.


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Los "hechos" utilizados en lgica se denominan variables lgicas. Las caractersticas de estasvariables es que pueden tener los estados verdadero o falso. La lgica no se ocupa de hechos o

variables que no concuerden con esta definicin.La deduccin lgica puede definir claramente cul debe ser el resultado (salida) de un ciertoestado factual (entrada). Las instrucciones del "cmo deducir" se definen en el programa. En otraspalabras, la salida es el resultado de las instrucciones del programa Y el estado de la entrada. Elestado de la salida se puede utilizar para activar elementos en el sistema de control, provocandoque ste ejecute tareas, segn lo defina el programador.

ACTIVIDAD 3: HERRAMIENTAS DE MONITOREO DE PLC

En esta actividad, aprenders sobre direcciones de variables y cmo monitorearlas. Esta actividadincluye los siguientes temas:

Qu es la lgica? Funciones lgicas Direcciones de variables lgicas

OBJETIVOS


Definir el trmino "funcin lgica". Utilizar las herramientas de monitoreo del PLC para lograr un mejor entendimiento de la

simulacin de un diagrama de escalera. Analizar un mapa de memoria.

QU ES LA LGICA?

Definicin

Lgica (Del griego logos: "palabra", "hablar", "razn") se define como la ciencia que trata losprincipios de validez de los razonamientos y argumentos. El estudio de la lgica constituye elesfuerzo por determinar las condiciones bajo las cuales se justifica pasar de ciertas afirmacionesdadas, llamadas premisas, a una conclusin que se manifiesta que deriva de ellas.

La validez lgica es una relacin entre premisas y conclusin, de tal manera que si las premisasson verdaderas, la conclusin tambin lo es.

Historia de la lgica

A mediados del siglo XIX, los matemticos George Boole y Augustus De Morgan abrieron un nuevocampo de la lgica, conocido como lgica simblica o moderna. sta fue desarrollada


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posteriormente por el matemtico alemn Gottlob Frege y particularmente por los matemticosbritnicos Bertrand Russell y Alfred North Whitehead en la obra Principia Mathematica.

El sistema lgico de Russell y Whitehead cubre un rango mucho mayor de argumentos posiblesque los que se pueden trasladar a la forma silogstica. Introduce smbolos para oracionescompletas y para las conjunciones que las conectan, tales como "or" (o), "and" (y) y "if...then..."(si...entonces). Dispone de smbolos diferentes para el sujeto y el predicado lgicos de unaoracin; y dispone de smbolos para clases, para miembros de clases y para las relaciones de lamembresa y la inclusin de la clase.

Tambin difiere de la lgica clsica en sus suposicionessobre la existencia de las cosas a las que se hacereferencia en sus afirmaciones universales. Laafirmacin "todos los A son B" se interpreta en lgicamoderna con el significado: "si algo es A, entonces es

B", que en forma distinta a la lgica clsica, no asumeque exista ningn A.

Tanto la lgica clsica como la moderna son sistemasde lgica deductiva. En cierto modo, las premisas deque un argumento vlido contiene la conclusin y laverdad de la conclusin se deducen de la verdad de laspremisas con certeza. En las formas habituales de ambos sistemas lgicos hay una suposicin deque cualquier oracin bien constituida puede ser verdadera o falsa.

FUNCIONES LGICAS

Definicin de "funcin"

El trmino funcin en su sentido matemtico indica que el valor de una variable es dependientedel valor de otras variables (y de la naturaleza de la funcin). Otra forma de mirar una funcin escomo un dispositivo que recibe cierta entrada, la procesa y finalmente produce una salida.

Uno de los rasgos importantes de la funcin es quesiempre tendr una salida inequvoca para una entradadeterminada.

Examine la expresin matemtica: y = f (x). Estaexpresin indica que el valor de y es funcin de (est

determinado por) la naturaleza de la funcin f y elvalor de x. Si, por ejemplo, la funcin f se define como"elevar la variable x a la potencia dos", entonces paracada valor dado de x, es slo cuestin de un clculosencillo poder determinar el valor de y. En todos losclculos, el valor de y siempre ser el mismo para unvalor dado de x.


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Variables lgicas

La mayora de las propiedades de una funcin lgica pertenecen a las funciones matemticas dadoque una funcin lgica genera una salida inequvoca para una entrada dada. Una de lasdiferencias entre ambos tipos de funciones es que en la funcin lgica, las variables de entrada ysalida son variables lgicas. Esto es, se les puede asignar slo uno de dos estados posibles:verdadero o falso.

Resea general

En el software PLCmotion, as como en el PLC Allen-Bradley (simulado en este mdulo), todas las variableslgicas se almacenan como datos binarios, o bits, en la

memoria del PLC. Cada variable se almacena en unaposicin de memoria diferente que tiene su propiadireccin.

Generalmente a la variable se la llama por sudireccin. En el PLC Allen-Bradley MicroLogix, lasdirecciones de memoria de las variables lgicas estndispuestas en grupos de 16, conocidos como words(palabras).

DIRECCIONES DE VARIABLES LGICAS

Las direcciones de variables lgicas estn compuestas por: El tipo de variable (I: para entrada yO: para salida) seguido por el nmero decimal de la palabra (0,1,2,...) y la posicin de la variabledentro de la palabra (0,1,2,3, ...15). Estos dos ltimos nmeros estn separados por una barra.Por ejemplo:

La direccin I:2/3 se refiere a una variable de entrada cuyos valores residen en la cuartaposicin (bit) de la tercera palabra.

La direccin O:0/0 se refiere a un dispositivo de salida cuyos valores residen en la primeraposicin (bit) de la primera palabra.

ACTIVIDAD 4: ESCRIBI R Y SIMULAR UN DIAGRAMA DE ESCALERA SENCILLO

En las actividades anteriores, aprendiste sobre funciones lgicas y direcciones de variables. Comosabes, los diagramas de escalera utilizan estas direcciones de variables lgicas para monitorear elestado de las entradas y activar las salidas relevantes. En esta actividad, disears un primerdiagrama de escalera sencillo para detener una mquina a fin de poder hacerle mantenimiento,permitindote as explorar el excitante campo de la programacin en escalera. Esta actividadincluye los siguientes temas:


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eXamine If Closed (XIC) - Examinar si est cerrado. OutpuT Energize (OTE) - Energizar salida.

OBJETIVOS


Escribir y ejecutar un programa de PLC. Programar con la instruccin de entrada XIC

(examinar si est cerrado). Programar con la instruccin de salida OTE

(energizar salida).

INTRODUCCIN A LA LGICA DE ESCALERA

Formato del diagrama de escalera

Un PLC se puede programar utilizando una variedad demtodos y tcnicas de programacin. En este mdulo,utilizars el lenguaje de programacin de diagrama deescalera para programar tu PLC. Esta tcnica deprogramacin se denomina as debido a que lasinstrucciones en el programa se presentan como losescalones de una escalera. La instruccin de cadaescaln presenta la condicin lgica para activar

ciertas salidas.El formato descrito para cada escaln es: IF...(condicin), ...THEN (resultado) - SI..., ...ENTONCES.... En los diagramas de escalera, lascondiciones (entradas) se colocan en el costado izquierdo de la escalera y los resultados (salidas)en el costado derecho. Esto te permite leer las instrucciones de la misma forma que lees cualquierotro texto -de izquierda a derecha.

Escaneo del PLC

La funcin del PLC es actualizar continuamente las entradas y salidas, aplicar la actualizacin al

diagrama de escalera y luego aplicar los efectos de las entradas. Esto se conoce como escaneo delPLC.

Los PLC aplican los efectos de las entradas o "resuelven" el diagrama de escalera, de arriba aabajo, escaln por escaln. Slo una vez que haya ledo el diagrama de escalera completo volveral comienzo. Cuando el estado de una entrada cambie, cambiar el valor de la direccin de laentrada, para que la prxima vez que el PLC escanee el programa la salida del escaln puedacambiar. Es importante advertir que en cada ciclo el PLC lee el estado de la entrada, comprueba


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los escalones del programa completo y slo entonces actualiza el valor de la direccin de la salidadel escaln.

EXAMINE IF CLOSED (XIC) - EXAMINAR SI EST CERRADO

Definicin

La instruccin de entrada eXamine If Closed (XIC) aparece en el diagrama de escalera como

A continuacin de la instruccin XIC, el programador

debe indicar una direccin de memoria. La salida de lainstruccin XIC ser verdadera, si el valor de ladireccin es verdadero, y ser falsa si el valor de ladireccin es falso.

Cuando haga referencia a un dispositivo de entrada, lainstruccin ser verdadera cuando el interruptor deese dispositivo est cerrado, y ser falsa cuando elinterruptor est abierto.

OUTPUT ENERGIZE (OTE) - ENERGIZAR SALIDA

Definicin

La instruccin de salida OutpuT Energize (OTE) figura en el diagrama de escalera como

A continuacin de esta instruccin el programadordebe indicar una direccin de memoria. La instruccinOTE puede colocarse solamente en el lado derecho delos escalones de la escalera y sirve como salida delescaln.

La instruccin OTE ser verdadera si las condicionesdescritas en el escaln se cumplen. En cambio, serfalsa si las condiciones descritas en el escaln no secumplen. En el caso que la instruccin OTE hagareferencia a una direccin de salida, cuando la OTE esverdadera, el dispositivo se activar.


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DISEA TU PRIMER PROGRAMA DE PLC

EscenarioEn esta actividad, disears y programars tu primer programa de PLC. La tarea de esteprograma es evitar la activacin accidental de una mquina en una lnea de produccin, como semuestra en el grfico.

En el momento de realizar mantenimiento peridico, la mquina debe detenerse para permitir queel personal de mantenimiento pueda atenderla. Mientras se realiza el procedimiento demantenimiento, existe un leve riesgo de que alguien, sin darse cuenta de que hay personaltrabajando, arranque la mquina. Las partes rotativas de la mquina podran lesionar a lostrabajadores y ocasionar daos en otras partes de la mquina.

Para asegurarse que la mquina no operar durante el trabajo de mantenimiento, se instalar un

solenoide cercano a la rueda de la mquina y se perforar un agujero en la periferia de la rueda.Antes que la mquina reciba servicio, el personal de mantenimiento activar un conmutador deseguridad que extender el solenoide dentro del agujero en la periferia de la rueda, bloqueandoas la mquina y por ello asegurando el rea.

El sistema incluir tres botones de control:

Un pulsador RUN (EJECUTAR) que activa lamquina.

Un pulsador STOP (PARAR) que desactiva lamquina.

Un conmutador LOCK (BLOQUEAR) queextiende el solenoide dentro del agujero de larueda, bloqueando con seguridad el sistema.

Sin embargo, el diagrama de escalera queescribirs slo estar relacionado con el controldel bloqueo de seguridad del sistema.

Requerimientos de diseo

Cuando el personal de mantenimiento venga a trabajar sobre la mquina, el procedimiento ser elque se detalla a continuacin:

1. Se detiene la mquina.2. Se activa un interruptor de control (se cierran los contactos del interruptor).3. Se energiza el solenoide y su varilla se extiende dentro del agujero perforado en la rueda.

Cuando la varilla del solenoide est en el agujero, la rueda se bloquea firmemente en suposicin y no puede rotar. Si la mquina arranca accidentalmente, la varilla del solenoide evitaque la rueda pueda girar, protegiendo as al personal que trabaja sobre la mquina.

4. Al finalizar el procedimiento de mantenimiento, se desactiva el interruptor (se abren suscontactos) y la varilla del solenoide se retrae.


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Por lo tanto, las condiciones de trabajo del solenoide se pueden describir de la siguiente manera:

If (si) los contactos del interruptor estn cerrados, then (entonces) se energiza el solenoide. Eneste sistema, el interruptor acta como dispositivo de entrada y el solenoide como dispositivo desalida.

Disear la escalera

Para poder escribir el diagrama de escalera que controla interruptor y solenoide, previamentedebers conocer sus direcciones en el PLC.

Los requerimientos de sistema se pueden por lo tanto"traducir" en trminos de las siguientes direcciones deE/S:

Despus de que la mquina se detiene se activaI:0/0.

Se energiza O:0/4 y su varilla se extiende dentrodel agujero perforado en la rueda.

Despus de finalizar el procedimiento demantenimiento, se desactiva I:0/0 y sedesenergiza O:0/4.

Tarea: Modificar la escalera para incluir una salida adi cional

En esta tarea modificars el diagrama de escalera para agregar una salida adicional (una lmparade advertencia) que indica que la mquina fue detenida por el solenoide y que est lista para quese proceda a su mantenimiento. La lmpara est vinculada con la direccin O:0/0 del PLC. Latabla mostrada indica las direcciones del sistema necesarias.

ACTIVIDAD 5: PROYECTO: CONTROLAR UN SISTEMA DE CLASIFICACIN


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En las dos actividades previas, te introdujiste en los fundamentos de funcionamiento de un PLC y

la lgica en escalera. En especial, aprendiste a utilizar las instrucciones eXamine If Closed (XIC,examinar si est cerrado) y OutpuT Energize (OTE, energizar salida). Esta actividad consiste en unproyecto en el cual utilizars tus nuevos conocimientos de programacin recientemente adquiridospara disear un diagrama de escalera que controle una estacin de clasificacin.

Esta actividad incluye los siguientes temas:

Controlar un sistema de clasificacin Programar el diagrama de escalera

OBJETIVOS


Describir los requerimientos de un sistema declasificacin controlado por PLC.

Utilizar las instrucciones XIC y OTE para crear undiagrama de escalera para un sistema declasificacin.

Ejecutar y evaluar el diagrama de escalera quecontrola un sistema de clasificacin.

CONTROLAR UN SISTEMA DE CLASIFICACIN

Descripcin del sistema

En esta actividad, disears y crears un diagrama deescalera que controlar un sistema de clasificacin,como se muestra en el visualizador. Como puedesobservar a partir de la descripcin grfica del sistema,los componentes del sistema de clasificacin incluyen:

Una cinta transportadora impulsada por motor. Un interruptor conmutador. Un sensor acondicionado por encima de la cinta

transportadora. Un solenoide.En el sistema de clasificacin, objetos grandes y pequeos viajan sobre una cinta transportadoraen movimiento, la cul est provista de un sensor y un solenoide. El sensor es parte de la"estacin de prueba", cuya tarea es detectar y quitar de la cinta transportadora los objetosgrandes, mientras permite que los objetos pequeos continen a lo largo de su recorrido.

Orden de trabajo del sistema


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La orden de trabajo del sistema es la que se describe a continuacin:

1. Despus de activarse el interruptor (S-NO) arranca la cinta transportadora.

2. Cuando ingresan objetos pequeos en la estacin de prueba, el sensor no los detecta ycontinan su viaje a lo largo de la cinta transportadora.

3. Cuando ingresa un objeto grande en la estacin de prueba, el sensor lo detecta. Se extiendeahora el solenoide, empujando al objeto desde la cinta transportadora. El solenoide se retraecuando el objeto se mueve fuera del rango de deteccin del sensor.


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4. Cuando el interruptor conmutador est en la posicin NO (desconectado) se detiene la cintatransportadora.

Disear la escalera

Al disear un diagrama de escalera para controlar elsistema de clasificacin es fundamental que conozcaslas asignaciones de E/S del sistema, como se definenen la tabla.

Los requerimientos de sistema se pueden por lo tanto

"traducir" en trminos de las siguientes direcciones deE/S:

1. El operador inicia el sistema activando I:0/0.2. El controlador energiza entonces O:0/0 y arranca

la cinta transportadora.3. Cuando un objeto grande pasa por el sensor, se

conecta I:0/1 y el controlador energiza O:0/4.4. Cuando el objeto est fuera del rango de deteccin del sensor, se desconecta I:0/1,

desactivando por lo tanto O:0/4.

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