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Introducción a la
Electrónica Industrial
PLC
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Controlador Lógico Programable
UN CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ES:
• Un
equipo
electrónico,
basado
en
un
, tiene generalmente una configuración
modular, puede
programarse
en
lenguaje
no
informático y esta diseñado para controlar procesos en tiempo real y en ambiente
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FUNCIONES DE UN PLC
o Adquirir datos del proceso por medio de las entradas digitales y
analógicas.
o Tomar decisiones en base a reglas programadas.
o Almacenar datos en memoria.
o Generar ciclos de tiempo.
o ea zar c cu os ma em cos.
o
Actuar
sobre
dispositivos
externos
mediante
las
salidas
digitales
y
analógicas.
o Comunicarse con otros sistemas externos.
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EVOLUCIÓN:
u stor a se remonta a na es e a ca a
de 1960
Los PLC
fueron
inventados
en
res uesta
a las
necesidades de la industria automotriz norteamericana por el ingeniero
u y. En 1968 GM Hydramatic (la división de
transmisiones automáticas de General Motors) ofertó un concurso para una propuesta del reemplazo electrónico de los sistemas
.
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EVOLUCIÓN:Los primeros controladores
comp etamente programa es ueron
desarrollados
en
1968
por
la
empresa
de
Asociados, que posteriormente pasó a
llamarse MODICOM, actualmente
perteneciente al
grupo
Schneider.
Este primer modelo MODICOM, el 084, tuvo una gran cant a e mo cac ones, obteniéndose como resultado los modelos
década de los '70.
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EVOLUCIÓN:• 1968: Procesador sustituye a relés cableados.
• Década de los setenta
– Incorporación de elementos hombre‐máquina.
– Manipulaciones de
datos
–
– Comunicaciones (ordenador)
– Incremento de memoria
– E/S remotas
– Instrucciones más potentes
– Desarrollo de comunicaciones con dispositivos
• Década de los ochenta: Avance de la tecnología µP
– Alta velocidad de res uesta, más len ua es
– Reducción de dimensiones
– Módulos inteligentes, autodiagnóstico
• Década de
los
noventa:
–
– Utilización de tecnología de ordenador: PCMCIA /ETHERNET
– Plug & Play / Down sizing / Easy to use
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APLICACIONES DE LOS PLC
, muchas de las cuales no eran económicamente posibles hace algunos años.
Esto
debido
a:
precio de los microprocesadores y los componentes relacionados. o La capacidad de los controladores para resolver tareas complejas de
com utación comunicación ha hecho osible el uso de PLC en a licaciones
donde antes
era
necesario
dedicar
un
computador.
Existen 5 áreas generales de aplicación de PLC:
o Control secuencial
o Control de
movimiento.
o Contro e procesos. o Monitoreo y supervisión de procesos. o Administración de datos.
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o omun cac ones.
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ESTRUCTURA BÁSICA DE UN PLC
Unidades funcionales
Un controlador ló ico ro ramable se com one de cuatro unidadesfuncionales:
- Unidad de entradas
- Unidad de salidas- Unidad lógica- Unidad de memoria
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Unidad de Entradas
las señales eléctricas de voltaje , provenientes de los switches de contactos ON-
OFF de terreno. Las señales se adecúan a los niveles lógicos de voltaje de laUnidad Ló ica.
Unidad de Salidas
Acepta las señales lógicas provenientes de la Unidad Lógica, en los rangos devoltaje que le son propios y proporciona la aislación eléctrica a los switches decontactos que se comandan hacia la planta.
Unidad Lógica
El corazón de un PLC es la Unidad Lógica, basada en un microprocesador.Ejecuta las instrucciones programadas en memoria, para desarrollar losesquemas de control lógico que se especifican.
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Memoria
.La memoria se divide en PROM o ROM y RAM.
o
ROM: Memoria de sólo lectura (Read Only Memory). Memoria no volátilue uede ser leída ero no escrita. Es utilizada ara almacenarprogramas y datos necesarios para la operación de un sistema basadoen microprocesadores. En la actualidad se ha reemplazado pormemorias no volátiles ue ueden ser reescritas (EEPROM o Flash)
o RAM: Memoria de acceso aleatorio (Random Access Memory).Memoria volátil que puede ser leída y escrita según sea la aplicación.Generalmente utilizada para almacenar datos , también puede serusada para almacenar programas con el agregado de una batería dealimentación. Cualquier posición de memoria puede ser accedida en
cualquier momento.
Por medio de ellas, se puede utilizar un PLC en procesos diferentes sinnecesidad de readecuar o transformar el equipo; sólo se debe modificar el
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programa.
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Además de las unidades funcionales los PLC tienen una serie de elementos queposibilitan su funcionamiento.
Fuente de alimentación
A partir de una tensión exterior proporciona las tensiones necesarias para el.Batería, capacitor de alto rendimiento: para mantener el programa y algunos datosen la memoria si hubiere en corte de la tensión exterior.
er r cos
Son aquellos elementos auxiliares, físicamente independientes del autómata, quese unen al mismo mediante interfases, para realizar una función especifica y queamplían su campo de aplicación o facilitan su uso.Como tales no intervienen directamente ni en la elaboración ni en la ejecución del
programa. Ej.: visualizador de mensajes, impresoras, lectores de barra, etc.Consola de programación
Software de PC o consolas de programación con interfase que permite crear,
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,
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CLASIFICACION DE LOS PLC:
En un solo bloque todos sus elementos: fuente de alimentación,
CPU, memorias de entradas/salidas, etc.p cac ones en e que e n mero e en ra as sa as es peque o,
poco variable y conocido a priori.Carcasa de carácter estanco, que permite su empleo en ambientesn ustr a mente espec a mente ost es.
ESTRUCTURA MODULAR:Permite adaptarse a las necesidades del diseño, y a las posterioresactualizaciones. Configuración del sistema variable.
,una rápida reparación con la simple sustitución de los módulosaveriados.
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PLC compacto
PLC Samsung Rockwell
o e o
PLC Hitachi
SERIE EH‐MICROMitsubishi
PLC Compacto FX3G
Omron
Schneider
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Modelo S7‐200micro PLC
e emecan que w o
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PLC modular
PLC Schneider
PLC Siemens
S7‐400
M550
Modicom M340
PLC Panasonic
Modular FP2
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Hitachi
SERIE EH‐150
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AUTOMATIZACION
3 Familias de PLC’s para 3 niveles de aplicación.
Más de 512 E/S
Hasta 512 E/S
Hasta 128 E/S
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Modo de Funcionamiento
ejecutan correlativamente las instrucciones indicadas en el programa de usuario
almacenado en su memoria, generando unas órdenes o señales de mando a partir
en las señales, el autómata reacciona según el programa hasta obtener lasórdenes de salida necesarias.
La secuencia básica de operación del autómata se puede dividir en tres fasesprincipales:
.
o Procesado del programa para obtención de las señales de control.
.
A fin de optimizar el tiempo, la lectura y escritura de las señales se realiza a la vez
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• Controlador Lógico Programable
Lectura de las entradas físicas y
actualización de la imagen de entradas.
CICLO DE
FUNCIONAMIENTO
DE
UN
PLC
12
Encendido del
PLCEncendido
del
PLC,
ecuc n e programa. Actualización de la imagen
de salida.
auto chequeó e
inicialización.Lectura de la
3empo e
Barrido
salidas y actualización
física de las
salidas.
Efectuar el auto diagnostico de
la
CPU.
Se
comprueba
el
CPU
y
4
Procesar las peticiones de comunicación. La CPU procesa los mensajes que haya
en modo RUN), así como el estado de los módulos de
ampliación.
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recibido por el puerto de comunicación.
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NORMA IEC 61131LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN
IEC 61131 es el primer paso en la estandarización de los autómatas programables y sus
periféricos, incluyendo los lenguajes de programación que se deben utilizar.Esta norma se divide en cinco partes:
•Parte 1: Vista general.
• .
•Parte 3: Lenguaje de programación.
•Parte 4: Guías de usuario.
•Parte 5: Comunicación.
- pre en e ser a ase rea para es an ar zar os engua es e programac n enla automatización industrial, haciendo el trabajo independiente de cualquier compañía.
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LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN
NORMA IEC 61131
Hay muchas maneras de describir el trabajo desarrollado en la tercera parte de esta
norma, indicaremos
algunas
de
ellas
son:
o IEC 61131‐3 es el resultado del gran esfuerzo realizado por 7 multinacionales a
automatización industrial.
, .
o IEC 61131‐3 son las especificaciones de la sintaxis y semántica de un lenguaje de
ro ramación
inclu endo el
modelo
de
software
la
estructura
del
len ua e.
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LENGUAJES DE PROGRAMACIÓNNORMA IEC 61131
La parte 3 presenta dos grandes bloques temáticos:
o Elementos comunes
o Lenguajes de Programación
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Elementos comunes
NORMA IEC 61131
Tipos de datosLos tipos comunes de datos son:
o variables booleanaso n mero enteroo número realo byte y palabrao ec aso horas del díao cadenas (strings).
Las variables permiten identificar los objetos de datos cuyos contenidos puedencambiar, por ejemplo, los datos asociados a entradas, salidas o a la memoria del
.datos elementales definidos o como uno de los tipos de datos derivados. De estemodo se crea un alto nivel de independencia con el hardware, favoreciendo la
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NORMA IEC 61131Variables
Declaración de variables
los objetos no predefinidos deberán tener el nombre y el tipo declarado por
el programador
.
Objetos predefinidos definidos en 3 zonas (como mínimo) :
zona memoria (%M) ;
zona de entradas (%I) ;
zona de salidas (%Q) ;
bits (X);
bytes
(B)
‐8 bits
;
words (W) ‐16 bits ;
double words (D) ‐ 32 bits
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‐
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NORMA IEC 61131Variables
Ejemplos de objetos standard :
word de la zona de entradas : %IWdir
wor e a zona memor a : r
bit de la zona memoria : %MXdir ó %Mdir ( la X se puede omitir)
doble word de la zona memoria : %MDdir
tabla de
8 words
: %MWdir:8
bit extraido de word : %MWdir:X4
bit de la zona de salidas : %QXdir ó %Qdir ( la X se puede omitir)
física del autómata (rack, módulo, vía, etc..)
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NORMA IEC 61131
Elementos comunesUnidades de Organización de Programa
Dentro de IEC 1131‐3, los programas, bloques Funcionales y funciones se denominan
Unidades de
Organización
de
Programas,
POU´s.
Funciones
IEC 1131‐3 especifica funciones estándar y funciones definidas por usuario. Las funciones estándar son por ejemplo ADD (suma), ABS (valor absoluto), SQRT (raíz cuadrada), SIN (seno), y COS (coseno). Las funciones
, .
Bloques Funcionales,
FB´sLos bloques funcionales son los equivalentes de los circuitos integrados, IC´s, que representan funciones de
control especializadas. Los FB´s contienen tanto datos como instrucciones, y además pueden guardar los valores .
definida y un código interno oculto, como un circuito integrado o una caja negra. Los bloques funcionales pueden ser escritos por el usuario en alguno de los lenguajes de la norma IEC,pero también existen FB´s estándar (biestables, detección de flancos, contadores, temporizadores,
. . Programas
Los programas son “un conjunto lógico de todos los elementos y construcciones del lenguaje de programación que
son necesarios para el tratamiento de señal previsto que se requiere para el control de una máquina o proceso
”
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. , de datos, variables y su código interno, distintas instancias de funciones y bloques funcionales.
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NORMA IEC 61131
Lenguajes de Programación
Se definen cuatro lenguajes de programación normalizados. Esto significa que
su sintaxis y semántica ha sido definida, no permitiendo particularidadesst nt vas a ectos . na vez apren os se po r usar una amp a var e ade sistemas basados en esta norma.Los lenguajes consisten en dos de tipo literal y dos de tipo gráfico:
era es:
Lista de instrucciones (Instruction List, IL).Texto estructurado (Structured Text, ST).
Diagrama de contactos (Diagram Ladder, LD).Diagrama de bloques funcionales (Function Block Diagram, FBD).
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NORMA IEC 61131
En la figura superior, los cuatro programas describen la misma acción. La elección del lenguaje de programación depende de:
o los conocimientos
del
programador,
o el problema a tratar,o el nivel de descripción del proceso,o la estructura del sistema de control,
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o la coordinación con otras personas o departamentos
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Lenguajes de Programación
El Diagrama de contactos (LD) tiene sus orígenes en los Estados Unidos. Está basado
en la
presentación
gráfica
de
la
lógica
de
relés.
Lista de Instrucciones (IL) es el modelo de lenguaje ensamblador basado un
acumulador simple; procede del alemán ´Anweisungliste, AWL.
El Diagramas de Bloques Funcionales (FBD)
es
muy
común
en
aplicaciones
que
implican flujo de información o datos entre componentes de control. Las funciones y
en Europa.
,
Pascal y ´C´; puede ser utilizado para codificar expresiones complejas e instrucciones anidadas; este lenguaje dispone de estructuras para bucles (REPEAT‐UNTIL; WHILE‐
DO e ecución condicional IF‐THEN‐ELSE CASE funciones S RT SIN etc. .
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Lenguaje LADDEREl LADDER, también denominado
,un lenguaje de programación gráficomuy popular dentro de los
Controladores Lógicos Programables(PLC), debido a que está basado en losesquemas eléctricos de controlclásicos. De este modo, con los
eléctrico posee, es muy fácil adaptarsea la programación en este tipo delenguaje. Su principal ventaja es quelos símbolos básicos estánnormalizados según normas IEC y sonempleados por todos los fabricantes.
,además de estar familiarizado con lasreglas de los circuitos de conmutación,es necesario conocer cada uno de los
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elementos de que consta este lenguaje.
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Lenguaje LADDER
Elementos gráficos
Bloques Función Standard FB
Bloques
función
de
usuario
DFB
Bloque de
operación
Bloques comparación
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Lenguaje LADDER
Programación
Una vez conocidos los elementos que LADDER proporciona para su programación,resulta importante resaltar cómo se estructura un programa y cuál es el orden de
e ecución.El siguiente esquema representa la estructura general de la distribución de todoprograma LADDER, contactos a la izquierda y bobinas y otros elementos a laderecha.
En cuanto a su equivalencia eléctrica, podemos imaginar que las líneasverticales re resentan las líneas de alimentación de un circuito de control
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eléctrico.
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Lenguaje LADDEREjecución de un diagrama de contactos
escalón conectado = ecuación independiente
escalón
escalón %M2 %T1
.
conectado 2
escalón
%M0 %M5
conectado 3
%M12 %M3
La ejecución de un diagrama se efectúa escalón conectado a escalón conectado,dentro de un escalón conectado en la dirección de la ecuación: desde arriba a
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abajo, línea a línea, y en cada línea de izquierda a derecha.
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Lenguaje LADDEREjemplo: Encendido y apagado de un motor.
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Controlador Lógico Programable
CONCLUSION:EL PLC es un a arato electrónico de ba o mantenimiento fácil
uso, operado digitalmente que usa una memoria programable parael almacenamiento interno de instrucciones las cuales implementan
temporización, para controlar a través de módulos de entrada /salidadigitales y analógicas, varios tipos de maquinas o procesos.-
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