Aplicaciones de los PLCs.

Campos de aplicación

El PLC por sus especiales características de diseño tiene un campo de aplicación muy extenso. La constante evolución del hardware y software amplía constantemente este campo para poder satisfacer las necesidades que se detectan en el espectro de sus posibilidades reales. Su utilización se da fundamentalmente en aquellas instalaciones en donde es necesario un proceso de maniobra, control, señalización, etc., por tanto, su aplicación abarca desde procesos de fabricación industriales de cualquier tipo a transformaciones industriales, control de instalaciones, etc. Sus reducidas dimensiones, la extremada facilidad de su montaje, la posibilidad de almacenar los programas para su posterior y rápida utilización, la modificación o alteración de los mismos, etc., hace que su eficacia se aprecie fundamentalmente en procesos en que se producen necesidades tales como:

Espacio reducido.

Procesos de producción periódicamente cambiantes.

Procesos secuénciales.

Maquinaria de procesos variables.

Instalaciones de procesos complejos y amplios.

Chequeo de programación centralizada de las partes del proceso.

Maniobra de máquinas.

Maniobra de instalaciones.

Señalización y control.

Chequeo de Programas

Señalización del estado de procesos

Tal y como dijimos anteriormente, esto se refiere a los Controlador Lógico Programable industriales, dejando de lado los pequeños PLC para uso más personal (que se pueden emplear, incluso, para automatizar procesos en el hogar, como la puerta de un cochera o las luces de la casa).

CONTROL DE SEMAFORO VIAL Y PEATONAL EN INTERSECCION.

Objetivos: Aprender lo básico del programa Micro/Win para poder realizar

ediciones de Programas en KOP y programar el PLC. Comprender y utilizar las más importantes funciones de

temporización con las que Cuenta el PLC S7-200. Planteamiento:Se controlaran 4 semáforos viales que regulan el tráfico vehicular de una intersección, las vías de este a oeste cuentan con 5 sensores cada una que determinan el nivel de congestionamiento de las vías.

MAQUINA EXPENDEDORA DE LATAS DE SODA.

Objetivo: Aplicar los conocimientos de contadores en los PLC S7-200. Utilizar temporizadores para la generación de señales PTO ó

PWM de baja Frecuencia.Planteamiento:

Esta máquina cuenta con 5 pulsadores, 3 motores DC, 3 sensores ópticos, 1 lámpara y 1 buzzer. Cuando se pulsa el botón de introducir moneda la lámpara se enciende, en ese Momento se debe de presionar la bebida deseada (A, B ó C) y entonces la lámpara. Empezara a parpadear a razón de 1 destello por segundo y el motor correspondiente a la bebida seleccionada empezara a girar; cuando el motor haya dado 3 vueltas completas Debe detenerse, la lámpara dejara de parpadear quedando encendida, se activara el buzzer emitiendo un sonido durante 1 segundo luego se apagará todo. Al haber sacado 7 sodas del mismo sabor el sistema no funcionara hasta que se presione el botón deRearme.

CHAPA ELÉCTRICA CON CONTRASEÑA

Objetivos: Introducir al estudiante a la utilización de las funciones de

rango medio de los PLC. Aplicar los conocimientos de funciones aritméticas y de

comparación en los PLC S7-200. Planteamiento:Este sistema contara con un teclado, 2 lámparas y un buzzer (módulo de alarma de dos Tonos), con estos se realizara el control de una chapa eléctrica la cual debe ser abierta Mediante una contraseña de cuatro dígitos. La contraseña debe ser fija y se almacenara en un registro de 32 bits (VD0), el teclado codifica sus teclas en binario de acuerdo a una tabla establecida, por lo cual cada tecla pulsada debe almacenarse en un registro de 8 bits.El sistema debe iniciar con una lámpara roja encendida, lo que indica que la chapa está Cerrada, al introducir la contraseña correcta se apagara la lámpara roja y se encenderá una lámpara verde que indica que la chapa está abierta, si se introduce una contraseña errónea el sistema debe volver a su modo normal con la lámpara roja encendida para que la contraseña se introduzca nuevamente, si se introduce tres veces seguidas una contraseña errónea se debe activar el buzzer y este dejara de sonar hasta que la contraseña correcta sea ingresada al sistema.

BANDA TRANSPORTADORA DE OBJETOS.

Objetivos: Introducir al estudiante a la utilización de las funciones de

rango medio de los PLC. Aplicar los conocimientos de funciones aritméticas,

comparación, saltos y movimiento de datos en los PLC S7-200.Planteamiento:El principio de funcionamiento es el siguiente: Se tiene una banda transportadora con un sensor óptico en la salida, su función será contar la cantidad de cajas que han sido transportadas y despachadas. El automatismo debe contar con un interruptor de marcha para iniciar su funcionamiento normal.

TERMOVENTILADOR

Objetivos: Introducir al estudiante a la utilización de las funciones

intermedio-avanzadas de los PLC. Aprender a utilizar las entradas analógicas de los PLC S7-200.

Que el estudiante descubra aplicaciones prácticas para la utilización de subrutinas y las funciones analógicas del PLC S7-200.

Planteamiento:Se pretende controlar el funcionamiento de un termoventilador (simulado por tres motores DC) de forma que responda a las variaciones de temperatura que se produzcan en el local donde se instale.El autómata controlara el funcionamiento de tres motores DC que simularan 3 ventiladores y el de una lámpara que indicara un descenso en la temperatura o aumento en la temperatura. Las condiciones de funcionamiento serán:Cuando la temperatura sea inferior a 30°, los ventiladores 1 y 3 deben estar apagados y solamente debe funcionar el ventilador 2; la lámpara estará encendida.A partir de los 30°, los 3 ventiladores deben estar encendidos y la lámpara se Apagara.

 AUTÓMATA PROGRAMABLE

    Hasta no hace mucho tiempo el control de procesos industriales se venía haciendo de forma cableada por medio de contactores y relés. Al operario que se encontraba a cargo de este tipo de instalaciones, se le exigía tener  altos conocimientos técnicos para poder realizarlas y posteriormente mantenerlas.  Además cualquier variación en el proceso suponía modificar físicamente gran parte de las conexiones de los montajes, siendo necesario para ello un gran esfuerzo técnico y un mayor desembolso económico.

    En la actualidad no se puede entender un proceso complejo de alto nivel  desarrollado por técnicas cableadas. El ordenador y los autómatas programables ha intervenido de forma considerable para que este tipo de instalaciones se hayan visto sustituidas por otras controladas de forma programada.

    El Autómata Programable Industrial (API) nació como solución al control de circuitos complejos de automatización. Por lo tanto se puede decir que un API no es más que un aparato electrónico que sustituye los circuitos auxiliares o de mando de los sistemas automáticos. A él se conectan los captadores (finales de carrera, pulsadores, etc...) por una parte, y los actuadores (bobinas de contactores, lámparas, peque os receptores, etc...) por otra.

Campos de aplicación

Un autómata programable suele emplearse en procesos industriales que tengan una o varias de las siguientes necesidades:

Espacio reducido. Procesos de producción periódicamente cambiantes. Procesos secuenciales. Maquinaria de procesos variables. Instalaciones de procesos complejos y amplios. Chequeo de programación centralizada de las partes del

proceso.

Aplicaciones generales:

Maniobra de máquinas. Maniobra de instalaciones. Señalización y control.

Tal y como dijimos anteriormente, esto se refiere a los autómatas programables industriales, dejando de lado los pequeños autómatas para uso más personal (que se pueden emplear, incluso, para automatizar procesos en el hogar, como la puerta de un cochera o las luces de la casa).

Ventajas e inconvenientes de los PLC's

Entre las ventajas tenemos:

Menor tiempo de elaboración de proyectos. Posibilidad de añadir modificaciones sin costo añadido en otros

componentes. Mínimo espacio de ocupación. Menor costo de mano de obra. Mantenimiento económico. Posibilidad de gobernar varias máquinas con el mismo

autómata. Menor tiempo de puesta en funcionamiento. Si el autómata queda pequeño para el proceso industrial puede

seguir siendo de utilidad en otras máquinas o sistemas de producción.

Y entre los inconvenientes:

Adiestramiento de técnicos. Costo.

Características principales de los PLCs.

Características destacadas de PLC

• Tecnología de banda ancha • Velocidades de transmisión de hasta 45 Mbps. • Proceso de instalación sencillo y rápido para el cliente final.• Enchufe eléctrico (Toma única de alimentación, voz y datos.)

• Sin necesidad de obras ni cableado adicional.• Equipo de conexión (Modem PLC)• Transmisión simultánea de voz y datos.• Conexión de datos permanente (activa las 24 horas del día)• Permite seguir prestando el suministro eléctrico sin ningún problema

Partes de un controlador lógico programable:

- Fuente de alimentación. - Unidad central de procesos (CPU). - Memoria. - lnterfases de entrada. - Interfases de salida. - Unidad de programación. AI aumentar la complejidad de los equipos, podrán tener además

interfases de comunicación con otros programadores y con computadoras, y módulos de funciones especiales.

Fuente de alimentación: Es la encargada de tomar la energía eléctrica de las líneas,

transformarla, rectificarla filtrarla y regularla para entregar la tensión requerida para el correcto funcionamiento del controlador.

Unidad central de procesos (CPU): Esta ejecuta todas las operaciones lógicas y/o aritméticas que

requiere el controlador.Estas operaciones son realizadas por microprocesadores.

Es fundamental aclarar que el aprovechamiento de la capacidad de un microprocesador está dado por un programa llamado sistema operativo, que es un componente básico del controlador programable.Dos fabricantes de PLCs pueden usar el mismo microprocesador con diferentes sistemas operativos, lo que determinará distintas características para cada equipo.

Una CPU con microprocesador es capaz de realizar cuatro tipos básicos de operaciones:

1. Aritméticas y lógicas tales como suma, resta, AND, OR, etc. 2. Operaciones de saltos que hacen posible pasar de una posición

a otra de un programa. 3. Operaciones de lectura y modificación de contenidos de

memoria. 4. Operaciones de entradas / salidas que hacen que el sistema

pueda comunicarse con el mundo exterior. La "potencia" del microprocesador puede ser valorada en términos

del número y de la variedad de instrucciones a las que puede responder. Hay un limite basada en el tamaño de los registros del microprocesador en los que se almacenan instrucciones. Por ejemplo, un registro de 8 bits puede sostener solo 256 combinaciones, comparado con las 65536 que puede sostener uno de 16 bits.

Esta diferencia influye también en la velocidad con que se realizan las operaciones lógicas y matemáticas.

Son muy comunes ambos procesadores, los de 8 bits se utilizan en sistemas pequeños; actualmente están comenzando a surgir los controladores con microprocesadores de 32 bits.

Es necesario hacer una distinción entre las instrucciones usadas para comandar al microprocesador (programa ejecutivo y sistema operativo) y las instrucciones utilizadas por el programador para tratar un problema especifico de control (Programa de aplicación del usuario).

El programa ejecutivo o sistema operativo es diseñado por el fabricante y normalmente no es accesible para el programador de la aplicación.

El sistema operativo aprovecha la capacidad general de computación del microprocesador convirtiéndolo en una aplicación especializada de un controlador lógico programable.

El sistema operativo es responsable además, de otras tareas dentro de un PLC, una de las más importantes para el usuario es el procedimiento de diagnósticos.(Ver figura 2)

Figura 2 Existen diagnósticos de ejecución automática y otros que se

ejecutan cuando el usuario lo solicita. Los diagnósticos de ejecución automática revisan, por lo general,la

memoria utilizada por el sistema operativo; Cuando los resultados de estas verificaciones sean satisfactorios, se encenderá una lámpara indicadora de "funcionamiento correcto". Cuando se detecte alguna falla, se dispondrá, según el equipo, de distintas acciones o señales de alarma.

Figura 3 Memorias.

En la estructura de cualquier controlador programable es indispensable la existencia de las memorias, las cuales sirven para dar alojamiento a cuatro grupos de datos: programa ejecutivo o sistema operativo, programa de aplicación, tablas de datos y área auxiliar.

El programa ejecutivo fue explicado anteriormente. Programa de Aplicación:

Es el que el usuario escribe para adaptar el controlador programable a su aplicación especifica. Este programa se codifica según varios lenguajes siempre que la capacidad del PLC lo permita.

1. Programación mediante mnemónicos , simples secuencias de caracteres que indican las operaciones que se desea que el programa del usuario realice.

2. Programación gráfica mediante diagrama escalera , ladder (en inglés) asemejando los circuitos de contactos de relés.

3. Programación mediante funciones lógicas tales como las compuertas and, or, nor, nand, etc.

4. Programación mediante lenguaje estructrado , en general muy semejante al pascal.

5. Programación mediante estados ya acciones mediante el sistema GRAFCET.

Tablas de datos: Estos datos están directamente relacionados con el programa de

aplicación del usuario e incluyen valores prefijados a temporizadores y contadores, resultados y operandos de operaciones aritméticas, etc.

Una parte de estas tablas de datos esta ocupada por un registro del estado de las entradas y salidas del equipo. Durante la ejecución del programa, la CPU lee estos registros de los valores de las entradas y, respondiendo al programa que corre en su CPU, actualiza los valores de las salidas y se leen las interfases de entrada para actualizar los datos.

Área auxiliar: La CPU usa esta porción de memoria para almacenar valores

intermedios de operaciones complejas o datos auxiliares. Tipos de memoria:

Haciendo una clasificación general, podemos establecer dos tipos de memoria: Volátiles y No Volátiles. Estarán incluidas en una u otra clase, dependiendo de la estabilidad de los datos en caso de ausencia de alimentación eléctrica,

Las volátiles pierden todo su contenido, por lo que si es necesario conservar la información ,se usan con baterías que suplen la tensión de alimentación externa cuando esta cae o desaparece.

Las memorias no volátiles son inmunes a la ausencia de alimentación y su contenido será permanente. Por ello, como veremos, se requieren operaciones especiales para borrar y/o reprogramar .

RAM (Random Access Memory): En los primeros días de la computación, todos los métodos de

almacenamiento de datos eran por naturaleza, más o menos de tipo serie. Para escribir un dato en una posición determinada de la memoria, había que pasar antes por todas las posiciones anteriores hasta la ubicación deseada,

Cuando se hizo posible direccional hacia cualquier punto, se las llamo memorias de acceso aleatorio.(Random Access Memory) .

El programa se almacena en memorias RAM soportadas por batería, pero con la posibilidad de transferir, en forma automática, datos a memorias que permanezcan inalterables ante falta de energía.

Otra aplicación posible es la de mantener en la memoria del módulo una cantidad de recetas de distintos productos a elaborar. Las recetas se podrán descargar a pedido del operador en el momento adecuado, modificando posiciones de memoria requeridas del controlador. Se pueden crear menúes para facilitar el trabajo del operador.

EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory): Usando un equipo especial, las EPROM pueden programarse luego

de su fabricación y ser usadas para almacenamiento por largos periodos de tiempo.

Este tipo de memoria tiene la ventaja de poder ser borrada y reprogramada. Para borrarla, se la debe exponer a una fuente de luz ultravioleta.

Las EPROM proveen una excelente solución cuando se requiere almacenamiento de programas de aplicación que no van a sufrir modificaciones posteriores. Se adaptan perfectamente para almacenamiento permanente, por lo que también se usan para el programa ejecutivo.

EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory):

Estas memorias pueden ser borradas aplicando tensión a una de Las patas del chip.

Proveen almacenamiento no volátil y es posible programarla con elementos convencionales, para reprogramarla o realizar algún cambio debe ser borrada en su totalidad antes de escribir un nuevo dato. Tiene un limite máximo de operaciones borrado/escritura. A pesar de esto, es usada en muchos controladores medianos y grandes.

Una vez programada solo se borra mediante un programa que es puede usar desde la PC . Es menos usada que las ROM o EPROM.

Entre las principales ventajas tenemos: Menor tiempo de elaboración de proyectos. debido a que no es necesario

dibujar el esquema de contactos Posibilidad de añadir modificaciones sin costo añadido en otros componentes. Mínimo espacio de ocupación. Menor costo de mano de obra de la instalación Mantenimiento económico. Posibilidad de gobernar varias máquinas con el mismo PLC Menor tiempo de puesta en funcionamiento. Si el PLC queda pequeño para el proceso industrial puede seguir siendo de

utilidad en otras máquinas o sistemas de producción. Entre los inconvenientes podemos citar el Adiestramiento de técnicos y su costo. Al día de hoy estos inconvenientes se van haciendo cada vez menores, ya que todos los PLC comienzan a ser mas sencillos de programar, algunos se los programa con símbolos. En cuanto al costo tampoco hay problema, ya que hay Controladores Lógicos Programables para todas las necesidades y a precios ajustados.