Clase 1 Plc Duoc

CURSO Controladores Lógicos

Programables

Profesor: Alfredo Alamos Cortes

Ingeniero Civil Electricista

Universidad de Chile

[email protected]

Generalidades del Control basado en PLC

Hoy (“Controladores Lógicos Programables” o PLC’s, también denominados “autómatas programables”):

• sistemas económicos, robustos y flexibles;

• de fácil manejo por el operador;

• simplicidad de interconexión con los procesos (facilidad para manejar corrientes y tensiones más grandes que las que maneja la CPU del equipo)

Los primeros PLC’s sustituyeron los clásicos sistemas con relés o con circuitos lógicos, y son “configurables” (a través de un programa con un modo de programación muy similar a la que se usaba para definir la lógica de relés).

Unid

ad3.

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Los PLC’s hoy superan los sistemas basados en lógica de relés:

• mejor sistema de instrucciones (inclusión de temporizadores y contadores, instrucciones aritméticas y lógicas, etc.);

• mayor velocidad de respuesta;

• mejores interfaces con los procesos (tratamiento de entradas y salidas analógicas);

• mejor capacidad de comunicación (buses de campo o “field bus”).

Energía Respuesta Señales de control

Señales de consigna

SISTEMA

DE CONTROL ACCIONAMIENTOS PLANTA

Elementos de Señal Elementos de Potencia


Las señales provenientes de Sensores o las emanadas por el PLC hacia los actuadores se pueden dividir en:

• analógicos;

• digitales

• híbridos (analógicos-digitales)

• Los sistemas analógicos trabajan con señales continuas (presión, temperatura, velocidad, etc.), usando voltajes o corrientes proporcionales a dichas magnitudes (P/E: 0-10V, 4-20mA, etc).

• Los sistemas digitales trabajan con señales binarias (toman sólo dos niveles o estados posibles: abierto-cerrado; conduce-no conduce; mayor-menor, etc.), que se suelen representar por valores 1 y 0 (usando notación del Álgebra de Boole).

Los automatismos pueden ser lógicos (grupos de variables de un solo bit) o digitales (variables de varios bits, como estado de contadores, etc.).


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La CPU del PLC trabaja en forma digital (microcomputador) .

El advenimiento de la instrumentación inteligente (“smart”) y el

uso de buses de campo, hará que las señales analógicas sean

desplazadas por las digitales. La gran cantidad de equipamiento

analógico disponible a nivel industrial (tanto electrónico como

neumático y/o hidráulico) no permiten augurar que su cambio total

ocurra en un futuro muy cercano.

Las señales de los procesos y acciones de control son –por lo general- de carácter analógico.

Los PLC’s tienen en sus interfaces las conversiones A/D y D/A.

Muchos dispositivos (tanto de entrada como de salida) manejan señales binarias (no requieren conversores).


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La ventaja del PLC frente a los sistemas cableados convencionales

(lógica de relés o de circuitos lógicos) radica en que el funciona-

miento del sistema depende de un programa y no de un circuito.

Automatismos cableados y programables

• Sistemas cableados (poco adaptables);

• Sistemas programables (muy adaptables)

Aunque todos los equipos basados en “microprocesador” pueden

considerarse como “programables”, aquí debe entenderse como

“configurables a través de un programa” desarrollado por el

usuario.

Con un mismo “hardware” o equipo se pueden realizar

distintas funciones, modificando el “software de

configuración”.

Se distinguen:


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Las diferencias entre ambos automatismos puede resumirse como

sigue:

CARACTERISTICA SISTEMA

CABLEADO

AUTOMATA

PROGRAMABLE

Flexibilidad de adaptación al proceso Baja Alta

Hardware estándar para distintas aplicaciones No Sí

Posibilidades de ampliación Bajas Altas

Interconexiones y cableado exterior Mucho Poco

Tiempo de desarrollo del proyecto Largo Corto

Posibilidades de modificación Difícil Fácil

Difícil Mantenimiento Difícil Fácil

Herramientas para prueba No Sí

Stoks de mantenimiento Medios Bajos

Modificaciones sin parar el proceso (”on line”) No Sí

Costo para pequeñas series Alto Bajo

Estructuración para bloques independientes Difícil Fácil

Automatismos cableados y programables

Arquitectura de los PLC

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Se considera al autómata programable como el conjunto de

dispositivos integrados por la unidad de control y las interfaces

con las señales del proceso.

Puede considerarse como un equipo con un “hardware” estándar,

con capacidad de conexión directa con las señales de campo (a

transductores y periféricos electrónicos), con niveles de tensión y

corriente industriales, y configurable por el usuario.

El conjunto de señales de consigna y de realimentación que entran

al PLC se les denomina “entradas”, mientras que las que se

obtienen de él se denominan “salidas”, pudiendo ser –en ambos

casos- análogas o digitales.

Se habla de “modularidad” cuando el hardware está dividido en

partes interconectables que permiten conformar el sistema según las

necesidades.

El Autómata Programable


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La “modularidad” permite distinguir entre autómatas “compactos”

(el dispositivo incluye –en un solo cuerpo- la unidad de control y un

mínimo de entradas y salidas). Con unidades de expansión pueden

llegar hasta 256 “puntos” (entradas o salidas) adicionales o más.

Cuando se requiere un número mucho más grande de puntos (más

de 1000 con una única CPU), es necesario acudir a sistemas

modulares montados en rack.

Existe la posibilidad de tener varios sistemas en paralelo, cada uno

con su propia CPU y haciendo tareas distintas. Este tipo de configu-

raciones ha dado lugar a los que se conoce como “inteligencia

distribuida”, fundada en la comunicación que puede existir entre los

distintos ordenadores. Esta técnica sustituye al “gran” autómata en

que residía toda la inteligencia del proceso (“inteligencia

centralizada”)

El Autómata Programable


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Las señales de entrada pueden provenir de elementos digitales (como sensores de fines de carrera, detectores de proximidad, interruptores o pulsadores, etc.) o analógicos (sensores de presión o temperatura, señales de voltaje o de corriente, etc.).

Las señales de salida pueden ser acciones digitales (activación de un relé o motor, encendido de una ampolleta, etc.) o analógicas (accionamiento de una válvula entre sus diversas posiciones, etc.).

ii) Arquitectura Interna, interfaces I/O


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Un PLC tiene básicamente los siguientes bloques:

Bloques principales de un autómata

La unidad de control consulta el estado de las entradas y extrae de la memoria de programa la secuencia de instrucciones a ejecutar, elaborando –a partir de ellas- señales de salida que se enviarán al proceso. Simultáneamente, actualiza los temporizadores y contadores internos que se hayan utilizado en el programa.

Durante la ejecución del programa, las instrucciones se van ejecutando en serie (una tras otra). La memoria contiene todos los datos e instrucciones necesarias para la ejecución del programa.

• Unidad Central de Proceso o Control (CPU);

• Memorias internas;

• Memorias de programa;

• Interfaces de entrada y de salida;

• Fuente de alimentación.


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La memoria interna es la encargada de mantener los datos intermedios de cálculo y variables internas que no aparecen directamente sobre las salidas, así como un reflejo o imagen de los últimos estados leídos sobre las señales de entrada o enviados a las señales de salida.

La clasificación de una memoria interna se realiza por el tipo de variables que almacena y por el número de bits que ocupa la variable. Pueden agruparse en:

• Posiciones de un bit (bits internos) o Memoria imagen de entradas/salidas o Relés internos o Relés especiales o auxiliares

• Posiciones de 8, 16 o más bits (registros internos) o Temporizadores o Contadores o Otros registros de uso general.



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El área de memoria imagen almacena las últimas señales leídas en la entrada y enviadas a la salida, actualizándose después de cada ejecución completa del programa (ciclo de barrido o de “scan”).

Después de ejecutar el programa, la CPU orden el intercambio de señales entre las interfaces I/O y la memoria imagen. Por lo tanto, mientras dura la ejecución, los estados de las señales de entradas considerados para el cálculo no son los actuales de la planta sino los almacenados en memoria (leídos en el ciclo anterior).

Por otra parte, los cálculos realizados no van directamente a las interfaces de salida, sino que se almacenan en los lugares correspondientes. Esto hará que la transferencia global de todas las señales (lectura de entrada y escritura de salidas) se realice cuando finaliza cada ciclo de barrido.

Las posiciones de la memoria imagen se denominan “puntos de E/S” (“I/O points”). Esta cantidad es propia de cada PLC.



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Los relés (internos, auxiliares y especiales) se identifican con lugares de memoria de 1 bit, y almacenan el estado interno de un sistema (relojes, bits de control, estado de la CPU, etc.). Estos relés pueden consultarse desde el programa, pero no afectan directamente a ninguna salida.

La memoria de programa contiene la secuencia de operaciones que deben realizarse sobre las señales de entrada para obtener las señales de salida, así como los parámetros de configuración del autómata. Para introducir una modificación sobre el sistema de control, sólo es necesario modificar el contenido de esta memoria.

Las interfaces de entrada y salida establecen la comunicación del autómata con la planta. Para ello, las señales del proceso se conec-tan a través de los bornes previstos. La interfaz se encarga de adaptar las señales que se utilizan en el proceso a las manejadas internamente por la máquina.

Bloques principales de un autómata ii) Arquitectura. Interfaces I/O.


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Las interfaces I/O establecen la conexión física entre la unidad central y el proceso, filtrando, adaptando y codificando de manera comprensible para dicha unidad las señales procedentes de los elementos de entrada, y decodificando y amplificando las señales generadas durante la ejecución del programa (antes de enviarla a los elementos de salida).

Las interfaces pueden clasificarse según:

Interfaces de entrada y de salida

• El tipo de señales o Digitales de 1 bit o Digitales de varios bits o Analógicas

• Por la tensión de alimentación o De CC (P/E: de 24 VCC) o De CC a colector abierto (PNP o NPN) o De CA (60/110/220 VCA). o Salidas por relés (libres de tensión)

Interfaces de entrada y de salida


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También por:

• Por el aislamiento o Con aislación galvánica (optoacopladores), o Con acoplamiento directo.

• Por la forma de comunicación con la unidad central o Comunicación serie, o Comunicación paralelo.

• Por la ubicación

o Locales, o Remotos.


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La forma como se ejecutan las acciones de un PLC se muestra en el siguiente esquema:

Secuencia de ejecución del programa

SEÑALES EN LA INTERFAZ

DE ENTRADAS A MEMORIA

IMAGEN DE ENTRADAS

SEÑALES DE MEMORIA

IMAGEN DE SALIDAS A

INTERFAZ DE SALIDAS

EJECUCIÓN DEL

PROGRAMA

Las posiciones de

la memoria imagen

se denominan

“Puntos de E/S”

Requerimientos para cada alumno:

1.- Leer constantemente las clases del docente dispuestas en el AVA

2.- Usar y Trabajar con programas de PLC con Simuladores ( Delta, Siemens y Schneideer)

3.- Usar y trabajar con Simulador de Plantas

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