Clase PLC (Clase 9)_2014

Laboratorio de Instrumentacin y Control

Introduccin a la Electrnica Industrial

Controlador Lgico Programable

PLC



UN CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ES:

Un equipo electrnico, basado en un microprocesador o microcontrolador, que tiene generalmente una configuracin modular, puede programarse en lenguaje no informtico y esta diseado para controlar procesos en tiempo real y en ambiente agresivo (ambiente industrial).



FUNCIONES DE UN PLC

o Adquirir datos del proceso por medio de las entradas digitales y

analgicas.

o Tomar decisiones en base a reglas programadas.

o Almacenar datos en memoria.

o Generar ciclos de tiempo.

o Realizar clculos matemticos.

o Actuar sobre dispositivos externos mediante las salidas digitales y

analgicas.

o Comunicarse con otros sistemas externos.



EVOLUCIN:

Su historia se remonta a finales de la dcada de 1960 Los PLC fueron inventados en respuesta a las necesidades de la industria automotriz norteamericana por el ingeniero Estadounidense Dick Morley. En 1968 GM Hydramatic (la divisin de transmisiones automticas de General Motors) ofert un concurso para una propuesta del reemplazo electrnico de los sistemas

cableados.



EVOLUCIN: Los primeros controladores completamente programables fueron desarrollados en 1968 por la empresa de consultores en ingeniera Bedford y Asociados, que posteriormente pas a llamarse MODICOM, actualmente perteneciente al grupo Schneider. Este primer modelo MODICOM, el 084, tuvo una gran cantidad de modificaciones, obtenindose como resultado los modelos 184 y 384 desarrollados a principios de la dcada de los '70.



EVOLUCIN:

1968: Procesador sustituye a rels cableados.

Dcada de los setenta

Incorporacin de elementos hombre-mquina.

Manipulaciones de datos

Operaciones aritmticas

Comunicaciones (ordenador)

Incremento de memoria

E/S remotas

Instrucciones ms potentes

Desarrollo de comunicaciones con dispositivos

Dcada de los ochenta: Avance de la tecnologa P

Alta velocidad de respuesta, ms lenguajes

Reduccin de dimensiones

Mdulos inteligentes, autodiagnstico

Dcada de los noventa:

Buses de campo abiertos

Utilizacin de tecnologa de ordenador: PCMCIA /ETHERNET

Plug & Play / Down sizing / Easy to use



APLICACIONES DE LOS PLC

El PLC es usado en la actualidad en una amplia gama de aplicaciones de control, muchas de las cuales no eran econmicamente posibles hace algunos aos. Esto debido a:

o El costo efectivo por punto de entrada/salida ha disminuido con la cada del precio de los microprocesadores y los componentes relacionados.

o La capacidad de los controladores para resolver tareas complejas de computacin y comunicacin ha hecho posible el uso de PLC en aplicaciones donde antes era necesario dedicar un computador.

Existen 5 reas generales de aplicacin de PLC:

o Control secuencial o Control de movimiento. o Control de procesos. o Monitoreo y supervisin de procesos. o Administracin de datos. o Comunicaciones.



ESTRUCTURA BSICA DE UN PLC

Unidades funcionales

Un controlador lgico programable se compone de cuatro unidades

funcionales:

- Unidad de entradas

- Unidad de salidas

- Unidad lgica

- Unidad de memoria



Unidad de Entradas

Proporciona el aislamiento elctrico necesario y realiza el acondicionamiento de

las seales elctricas de voltaje , provenientes de los switches de contactos ON-

OFF de terreno. Las seales se adecan a los niveles lgicos de voltaje de la

Unidad Lgica.

Unidad de Salidas

Acepta las seales lgicas provenientes de la Unidad Lgica, en los rangos de

voltaje que le son propios y proporciona la aislacin elctrica a los switches de

contactos que se comandan hacia la planta.

Unidad Lgica

El corazn de un PLC es la Unidad Lgica, basada en un microprocesador.

Ejecuta las instrucciones programadas en memoria, para desarrollar los

esquemas de control lgico que se especifican.



Memoria

Almacena el cdigo de mensajes o instrucciones que ejecuta la Unidad Lgica.

La memoria se divide en PROM o ROM y RAM.

o ROM: Memoria de slo lectura (Read Only Memory). Memoria no voltil

que puede ser leda pero no escrita. Es utilizada para almacenar

programas y datos necesarios para la operacin de un sistema basado

en microprocesadores. En la actualidad se ha reemplazado por

memorias no voltiles que pueden ser reescritas (EEPROM o Flash)

o RAM: Memoria de acceso aleatorio (Random Access Memory).

Memoria voltil que puede ser leda y escrita segn sea la aplicacin.

Generalmente utilizada para almacenar datos , tambin puede ser

usada para almacenar programas con el agregado de una batera de

alimentacin. Cualquier posicin de memoria puede ser accedida en

cualquier momento.

Por medio de ellas, se puede utilizar un PLC en procesos diferentes sin

necesidad de readecuar o transformar el equipo; slo se debe modificar el

programa.



Adems de las unidades funcionales los PLC tienen una serie de elementos que

posibilitan su funcionamiento.

Fuente de alimentacin

A partir de una tensin exterior proporciona las tensiones necesarias para el

funcionamiento de los distintos circuitos electrnicos del autmata.

Batera, capacitor de alto rendimiento: para mantener el programa y algunos datos

en la memoria si hubiere en corte de la tensin exterior.

Perifricos

Son aquellos elementos auxiliares, fsicamente independientes del autmata, que

se unen al mismo mediante interfases, para realizar una funcin especifica y que

amplan su campo de aplicacin o facilitan su uso.

Como tales no intervienen directamente ni en la elaboracin ni en la ejecucin del

programa. Ej.: visualizador de mensajes, impresoras, lectores de barra, etc.

Consola de programacin

Software de PC o consolas de programacin con interfase que permite crear,

cargar, leer y modificar el programa que se va a ejecutar en el PLC



CLASIFICACION DE LOS PLC:

ESTRUCTURA COMPACTA:

En un solo bloque todos sus elementos: fuente de alimentacin,

CPU, memorias de entradas/salidas, etc.

Aplicaciones en el que el nmero de entradas/salidas es pequeo,

poco variable y conocido a priori.

Carcasa de carcter estanco, que permite su empleo en ambientes

industrialmente especialmente hostiles.

ESTRUCTURA MODULAR:

Permite adaptarse a las necesidades del diseo, y a las posteriores

actualizaciones. Configuracin del sistema variable.

Funcionamiento parcial del sistema frente a averas localizadas, y

una rpida reparacin con la simple sustitucin de los mdulos

averiados.



PLC compacto

PLC Samsung Rockwell Modelo NX7

PLC Hitachi SERIE EH-MICRO

Mitsubishi PLC Compacto FX3G

PLC Siemens Modelo S7-200

Omron micro PLC

Schneider Telemecanique Twido



PLC modular

PLC Siemens S7-400

PLC Siemens M550

PLC Hitachi SERIE EH-150

PLC Schneider Modicom M340

PLC Panasonic Modular FP2


AUTOMATIZACION

Hasta 128 E/S

Hasta 512 E/S

Ms de 512 E/S

3 Familias de PLCs para 3 niveles de aplicacin.



Modo de Funcionamiento

Los Controladores Lgicos Programables son maquinas secuenciales que

ejecutan correlativamente las instrucciones indicadas en el programa de usuario

almacenado en su memoria, generando unas rdenes o seales de mando a partir

de las seales de entrada ledas de la planta (aplicacin): al detectarse cambios

en las seales, el autmata reacciona segn el programa hasta obtener las

rdenes de salida necesarias.

La secuencia bsica de operacin del autmata se puede dividir en tres fases

principales:

o Lectura de seales desde la interfaz de entradas.

o Procesado del programa para obtencin de las seales de control.

o Escritura de seales en la interfaz de salidas.

A fin de optimizar el tiempo, la lectura y escritura de las seales se realiza a la vez

para todas las entradas y salidas


1 2

3

4 5

Tiempo de Barrido

Encendido del PLC, auto cheque e inicializacin.

Lectura de las entradas fsicas y actualizacin de la imagen de entradas.

Ejecucin del programa. Actualizacin de la imagen de salida.

Lectura de la imagen de salidas y actualizacin fsica de las salidas.

Procesar las peticiones de comunicacin. La CPU procesa los mensajes que haya recibido por el puerto de comunicacin.

Efectuar el auto diagnostico de la CPU. Se comprueba el CPU y la memoria del programa (solo

en modo RUN), as como el estado de los mdulos de

ampliacin.


CICLO DE FUNCIONAMIENTO DE UN PLC



NORMA IEC 61131

IEC 61131 es el primer paso en la estandarizacin de los autmatas programables y sus

perifricos, incluyendo los lenguajes de programacin que se deben utilizar.

Esta norma se divide en cinco partes:

Parte 1: Vista general.

Parte 2: Hardware.

Parte 3: Lenguaje de programacin.

Parte 4: Guas de usuario.

Parte 5: Comunicacin.

IEC 61131-3 pretende ser la base real para estandarizar los lenguajes de programacin en

la automatizacin industrial, haciendo el trabajo independiente de cualquier compaa.

LENGUAJES DE PROGRAMACIN




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

los que se aaden muchos aos de experiencia en el campo de la

automatizacin industrial.

o Incluye 200 pginas de texto aproximadamente, con mas de 60 tablas.

o IEC 61131-3 son las especificaciones de la sintaxis y semntica de un lenguaje de

programacin, incluyendo el modelo de software y la estructura del lenguaje.




NORMA IEC 61131 La parte 3 presenta dos grandes bloques temticos:

o Elementos comunes

o Lenguajes de Programacin



Elementos comunes

Tipos de datos

Los tipos comunes de datos son:

o variables booleanas

o nmero entero

o nmero real

o byte y palabra

o Fechas

o horas del da

o cadenas (strings).

Variables

Las variables permiten identificar los objetos de datos cuyos contenidos pueden

cambiar, por ejemplo, los datos asociados a entradas, salidas o a la memoria del

autmata programable. Una variable se puede declarar como uno de los tipos de

datos elementales definidos o como uno de los tipos de datos derivados. De este

modo se crea un alto nivel de independencia con el hardware, favoreciendo la

reusabilidad del software.

NORMA IEC 61131



NORMA IEC 61131

Variables

Declaracin de variables

los objetos no predefinidos debern tener el nombre y el tipo declarado por el programador .

Objetos predefinidos definidos en 3 zonas (como mnimo) :

zona memoria (%M) ;

zona de entradas (%I) ;

zona de salidas (%Q) ;

Los objetos en cada zona pueden ser (definicin mnima) :

bits (X);

bytes (B) - 8 bits ;

words (W) -16 bits ;

double words (D) - 32 bits

Flotantes (F) -32 bits



NORMA IEC 61131

Variables

Ejemplos de objetos standard :

word de la zona de entradas : %IWdir

word de la zona memoria : %MWdir

bit de la zona memoria : %MXdir %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 %Qdir ( la X se puede omitir)

NOTA: dir hace refencia a una direccin de memoria o a una direccin

fsica del autmata (rack, mdulo, va, etc..)



NORMA IEC 61131

Elementos comunes Unidades de Organizacin de Programa Dentro de IEC 1131-3, los programas, bloques Funcionales y funciones se denominan Unidades de Organizacin de Programas, POUs.

Funciones IEC 1131-3 especifica funciones estndar y funciones definidas por usuario. Las funciones estndar son por ejemplo ADD (suma), ABS (valor absoluto), SQRT (raz cuadrada), SIN (seno), y COS (coseno). Las funciones definidas por usuario, una vez implementadas pueden ser usadas indefinidamente en cualquier POU. Bloques Funcionales, FBs Los bloques funcionales son los equivalentes de los circuitos integrados, ICs, que representan funciones de control especializadas. Los FBs contienen tanto datos como instrucciones, y adems pueden guardar los valores de las variables (que es una de las diferencias con las funciones). Tienen una interfaz de entradas y salidas bien definida y un cdigo 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 tambin existen FBs estndar (biestables, deteccin de flancos, contadores, temporizadores, etc.). Programas Los programas son un conjunto lgico de todos los elementos y construcciones del lenguaje de programacin que son necesarios para el tratamiento de seal previsto que se requiere para el control de una mquina o proceso mediante el sistema de autmata programable. Un programa puede contener, aparte de la declaracin de tipos de datos, variables y su cdigo interno, distintas instancias de funciones y bloques funcionales.



NORMA IEC 61131

Lenguajes de Programacin

Se definen cuatro lenguajes de programacin normalizados. Esto significa que

su sintaxis y semntica ha sido definida, no permitiendo particularidades

distintivas (dialectos). Una vez aprendidos se podr usar una amplia variedad

de sistemas basados en esta norma.

Los lenguajes consisten en dos de tipo literal y dos de tipo grfico:

Literales:

Lista de instrucciones (Instruction List, IL).

Texto estructurado (Structured Text, ST).

Grficos:

Diagrama de contactos (Diagram Ladder, LD).

Diagrama de bloques funcionales (Function Block Diagram, FBD).



En la figura superior, los cuatro programas describen la misma accin. La eleccin del lenguaje de programacin depende de:

o los conocimientos del programador, o el problema a tratar, o el nivel de descripcin del proceso, o la estructura del sistema de control, o la coordinacin con otras personas o departamentos

NORMA IEC 61131



NORMA IEC 61131

Lenguajes de Programacin

El Diagrama de contactos (LD) tiene sus orgenes en los Estados Unidos. Est basado en la presentacin grfica de la lgica de rels. Lista de Instrucciones (IL) es el modelo de lenguaje ensamblador basado un acumulador simple; procede del alemn Anweisungliste, AWL. El Diagramas de Bloques Funcionales (FBD) es muy comn en aplicaciones que implican flujo de informacin o datos entre componentes de control. Las funciones y bloques funcionales aparecen como circuitos integrados y es ampliamente utilizado en Europa. El lenguaje Texto estructurado (ST) es un lenguaje de alto nivel con orgenes en el Ada, Pascal y C; puede ser utilizado para codificar expresiones complejas e instrucciones anidadas; este lenguaje dispone de estructuras para bucles (REPEAT-UNTIL; WHILE-DO), ejecucin condicional (IF-THEN-ELSE; CASE), funciones (SQRT, SIN, etc.).



Lenguaje LADDER

El LADDER, tambin denominado

lenguaje de contactos o de escalera, es

un lenguaje de programacin grfico

muy popular dentro de los

Controladores Lgicos Programables

(PLC), debido a que est basado en los

esquemas elctricos de control

clsicos. De este modo, con los

conocimientos que todo tcnico

elctrico posee, es muy fcil adaptarse

a la programacin en este tipo de

lenguaje. Su principal ventaja es que

los smbolos bsicos estn

normalizados segn normas IEC y son

empleados por todos los fabricantes.

Para programar un PLC con LADDER,

adems de estar familiarizado con las

reglas de los circuitos de conmutacin,

es necesario conocer cada uno de los

elementos de que consta este lenguaje.



Lenguaje LADDER

Elementos de temporizacin

Existen funciones que permiten el manejo de tiempo en los diagramas ladder,

estas funciones pueden aparecer en el diagrama como un bloque funcional en

donde se especifican las entradas y la salida o bien se pueden representar con

bobinas en el caso de las entradas y contactos en el caso de la salida.

Los temporizadores ms comunes utilizado por la mayora de los fabricantes son:

Ton : Demora al

encendido Toff : Demora al

apagado

Tp : Pulso


Lenguaje LD

Lenguaje LADDER

Elementos de conteo

Existen funciones que permiten la cuenta de eventos y su salida se activa se

activa al haber llegado al valor de preset, cuando la cuenta es ascendente, o

cuando la cuenta llega a cero, cuando la cuenta es descendente. En todos los

casos existe una seal de reset del contador.

En el caso del contador de la figura, el bloque tiene 4

entradas: reset , set , conteo ascendente y conteo

descendente

y cuenta con 3 salidas: E : se activa cuando la cuenta

llega a cero, D : se activa cuando la cuenta llega al

preset y F : se activa cuando el contador rebalsa.

En algunos controladores las entradas son representadas por bobinas y las

salidas por contactos que se utilizan en un diagrama convencional.



Lenguaje LADDER

Elementos operacin y comparacin

En aquellos controladores donde no solamente se manejan variables booleanas sino

que tambin utilizan variables numricas existen bloques que permiten hacer

operaciones con estas variables y realizar funciones con esas variables. Estos

bloques de operacin son colocados al final de la lnea y se encuentran activos

cuando la cadena de contactos as lo permiten.

Tambin existen bloques que permiten comparar variables numricas y si se cumple

la premisa de comparacin permiten que la lnea del diagrama se cierre a travs de

ellos.



Lenguaje LADDER

Programacin

Una vez conocidos los elementos que LADDER proporciona para su programacin,

resulta importante resaltar cmo se estructura un programa y cul es el orden de

ejecucin.

El siguiente esquema representa la estructura general de la distribucin de todo

programa LADDER, contactos a la izquierda y bobinas y otros elementos a la

derecha.

En cuanto a su equivalencia elctrica, podemos imaginar que las lneas verticales

representan las lneas de alimentacin de un circuito de control elctrico.



Lenguaje LADDER

Ejecucin de un diagrama de contactos

escaln conectado = ecuacin independiente

La ejecucin de un diagrama se efecta escaln conectado a escaln

conectado, y dentro de un escaln conectado en la direccin de la ecuacin:

desde arriba a abajo, lnea a lnea, y en cada lnea de izquierda a derecha.



Lenguaje LADDER

Ejemplo: Encendido y apagado de un motor.



CONCLUSIN:

EL PLC es un aparato electrnico, de bajo mantenimiento y fcil uso, operado

digitalmente que usa una memoria programable para el almacenamiento interno

de instrucciones las cuales implementan funciones especificas tales como

lgicas, secunciales, temporizacin, para controlar a travs de mdulos de

entrada /salida digitales y analgicas, varios tipos de maquinas o procesos.

FIN GRACIAS POR SU ATENCIN

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