Historia de los Autmatas Programables

Los PLC's se introdujeron por primera vez en la industria en 1960 aproximadamente.

La razn principal de tal hecho fu la necesidad de eliminar el gran costo que se produca al reemplazar el complejo sistema de control basado en rels y contactores. Bedford Associates propuso algo denominado Controlador Digital Modular (MODICON, MOdular DIgital CONtroler) a un gran fabricante de coches. Otras compaias propusieron a la vez esquemas basados en ordenador, uno de los cuales estaba basado en el PDP-8.

El MODICON 084 result ser el primer PLC del mundo en ser producido comercialmente.

El problema de los rels era que cuando los requerimientos de produccin cambiaban tambin lo haca el sistema de control. Esto comenz a resultar bastante caro cuando los cambios fueron frecuentes. Dado que los rels son dispositivos mecnicos y poseen una vida limitada se requera una estricta manutencin planificada.Por otra parte, a veces se deban realizar conexiones entre cientos o miles de rels, lo que implicaba un enorme esfuerzo de diseo y mantenimiento.

Los "nuevos controladores" deban ser fcilmente programables por ingenieros de planta o personal de mantenimiento. El tiempo de vida deba ser largo y los cambios en el programa tenan que realizarse de forma sencilla. Finalmente se impona que trabajaran sin problemas en entornos industriales adversos. La solucin fu el empleo de una tcnica de programacin familiar y reemplazar los rels mecnicos por rels de estado slido.

A mediados de los 70 las tecnologas dominantes de los PLC eran mquinas de estado secuenciales y CPU basadas en desplazamiento de bit. Los AMD 2901 y 2903 fueron muy populares en el Modicon y PLC's A-B. Los microprocesadores convencionales cedieron la potencia necesaria para resolver de forma rpida y completa la lgica de los pequeos PLC's. Por cada modelo de microprocesador haba un modelo de PLC basado en el mismo. No obstante, el 2903 fu de los ms utilizados.

Las habilidades de comunicacin comenzaron a aparecer en 1973 aproximadamente. El primer sistema fu el bus Modicon (Modbus). El PLC poda ahora dialogar con otros PLC's y en conjunto podan estar aislados de las mquinas que controlaban. Tambien podan enviar y recibir seales de tensin variables, entrando en el mundo analgico. Desafortunadamente, la falta de un estndar acompaado con un continuo cambio tecnolgico ha hecho que la comunicacin de PLC's sea un maremagnum de sistemas fscicos y protocolos incompatibles entre si. No obstante fu una gran decada para los PLC's.

En los 80 se produjo un intento de estandarizacin de las comunicaciones con el protocolo MAP (Manufacturing Automation Protocol) de General Motor's. Tambin fu un tiempo en el que se redujeron las dimensiones del PLC y se pas a programar con programacin simblica a travs de ordenadores personales en vez de los clsicos terminales de programacin. Hoy da el PLC ms pequeo es del tamao de un simple rel.

Los 90 han mostrado una gradual reduccin en el nmero de nuevos protocolos, y en la modernizacin de las capas fsicas de los protocolos ms populares que sobrevivieron a los 80. El ltimo estndar (IEC 1131-3) intenta unificar el sistema de programacin de todos los PLC en un nico estndar internacional. Ahora disponemos de PLC's que pueden ser programados en diagramas de bloques, lista de instrucciones, C y texto estructurado al mismo tiempo.

Los PC estn comenzando a reemplazar al PLC en algunas aplicaciones, incluso la compaa que introdujo el Modicon 084 ha cambiado al control basado en PC. Por lo cual, no sera de extraar que en un futuro no muy lejano el PLC desaparezca frente al cada vez ms potente PC, debido a las posibilidades que ste ltimo puede proporcionar.

Definicin de autmata programable Se entiende por controlador lgico programable (PLC), o autmata programable, a toda mquina electrnica diseada para controlar en tiempo real y en medio industrial procesos secuenciales.

Esta definicin se est quedando un poco desfasada, ya que han aparecido los micro-controladores, destinados a pequeas necesidades y al alcance de cualquier persona.

Un PLC trabaja en base a la informacin recibida por los captadores y el programa lgico interno, actuando sobre los accionadores de la instalacin.

Campos de aplicacinEl PLC por sus especiales caractersticas de diseo tiene un campo de aplicacin muy extenso. La constante evolucin del hardware y software ampla constantemente este campo para poder satisfacer las necesidades que se detectan en el espectro de sus posibilidades reales.

Su utilizacin se da fundamentalmente en aquellas instalaciones en donde es necesario un proceso de maniobra, control, sealizacin, etc. , por tanto, su aplicacin abarca desde procesos de fabricacin 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 rpida utilizacin, la modificacin o alteracin de los mismos, etc., hace que su eficacia se aprecie fundamentalmente en procesos en que se producen necesidades tales como:Espacio reducidoProcesos de produccin peridicamente cambiantesProcesos secuencialesMaquinaria de procesos variablesInstalaciones de procesos complejos y ampliosChequeo de programacin centralizada de las partes del proceso

Ejemplos de aplicaciones generales:Maniobra de mquinas Maquinaria industrial de plstico Mquinas transfer Maquinaria de embalajes Maniobra de instalaciones: Instalacin de aire acondicionado, calefaccin... Instalaciones de seguridad Sealizacin y control: Chequeo de programas Sealizacin del estado de procesos

VentajasMenor tiempo empleado en la elaboracin de proyectos debido a que: No es necesario dibujar el esquema de contactos No es necesario simplificar las ecuaciones lgicas, ya que, por lo general la capacidadde almacenamiento del mdulo de memoria es lo suficientemente grande. La lista de materiales queda sensiblemente reducida, y al elaborar el presupuestocorrespondiente eliminaremos parte del problema que supone el contar con diferentes proveedores, distintos plazos de entrega.

Posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar el cableado ni aadir aparatos. Mnimo espacio de ocupacin. Menor coste de mano de obra de la instalacin. Economa de mantenimiento. Adems de aumentar la fiabilidad del sistema, al eliminar contactos mviles, los mismos autmatas pueden indicar y detectar averas. Posibilidad de gobernar varias mquinas con un mismo autmata. Menor tiempo para la puesta en funcionamiento del proceso al quedar reducido el tiempo cableado. Si por alguna razn la mquina queda fuera de servicio, el autmata sigue siendo til para otra mquina o sistema de produccin.

InconvenientesComo inconvenientes podramos hablar, en primer lugar, de que hace falta un programador, lo que obliga a adiestrar a uno de los tcnicos en tal sentido, pero hoy en da ese inconveniente esta solucionado porque las universidades ya se encargan de dicho adiestramiento. El coste inicial tambin puede ser un inconveniente.

Funciones bsicas de un PLCDeteccin: Lectura de la seal de los captadores distribuidos por el sistema de fabricacin.Mando: Elaborar y enviar las acciones al sistema mediante los accionadores y preaccionadores.Dialogo hombre maquina: Mantener un dilogo con los operarios de produccin, obedeciendo sus consignas e informando del estado del proceso.Programacin: Para introducir, elaborar y cambiar el programa de aplicacin del autmata. El dialogo de programacin debe permitir modificar el programa incluso con el autmata controlando la maquina.

Nuevas Funciones

Redes de comunicacin: Permiten establecer comunicacin con otras partes de control. Las redes industriales permiten la comunicacin y el intercambio de datos entre autmatas a tiempo real. En unos cuantos milisegundos pueden enviarse telegramas e intercambiar tablas de memoria compartida.

Sistemas de supervisin: Tambin los autmatas permiten comunicarse con ordenadores provistos de programas de supervisin industrial. Esta comunicacin se realiza por una red industrial o por medio de una simple conexin por el puerto serie del ordenador.

Control de procesos continuos: Adems de dedicarse al control de sistemas de eventos discretos los autmatas llevan incorporadas funciones que permiten el control de procesos continuos. Disponen de mdulos de entrada y salida analgicas y la posibilidad de ejecutar reguladores PID que estn programados en el autmata.

Entradas- Salidas distribuidas: Los mdulos de entrada salida no tienen porqu estar en el armario del autmata. Pueden estar distribuidos por la instalacin, se comunican con la unidad central del autmata mediante un cable de red.

Buses de campo: Mediante un solo cable de comunicacin se pueden conectar al bus captadores y accionadores, reemplazando al cableado tradicional. El autmata consulta cclicamente el estado de los captadores y actualiza el estado de los accionadores.

El trmino estructura externa o configuracin externa de un autmata programable industrial se refiere al aspecto fsico exterior del mismo, bloques o elementos en que est dividido.

Actualmente son tres las estructuras ms significativas que existen en el mercado: Estructura compacta. Estructura semimodular. ( Estructura Americana) Estructura modular. (Estructura Europea)

Estructura compactaEste tipo de autmatas se distingue por presentar en un solo bloque todos sus elementos, esto es, fuente de alimentacin, CPU, memorias, entradas/salidas, etc.. Son los autmatas de gama baja o nanoautmatas los que suelen tener una estructura compacta. Su potencia de proceso suele ser muy limitada dedicndose a controlar mquinas muy pequeas o cuadros de mando.

Estructura semimodularSe caracteriza por separar las E/S del resto del autmata, de tal forma que en un bloque compacto estn reunidas las CPU, memoria de usuario o de programa y fuente de alimentacin y separadamente las unidades de E/S . Son los autmatas de gama media los que suelen tener una estructura semimodular (Americana).

Estructura modular

Su caracterstica principal es la de que existe un mdulo para cada uno de los diferentes elementos que componen el autmata como puede ser una fuente de alimentacin, CPU, E/S, etc. La sujecin de los mismos se hace por carril DIN, placa perforada o sobre RACK, en donde va alojado el BUS externo de unin de los distintos mdulos que lo componen. Son los autmatas de gama alta los que suelen tener una estructura modular, que permiten una gran flexibilidad en su constitucin.

Dentro de un PLC

El autmata est constituido por diferentes elementos, pero tres son los bsicos:CPU Entradas Salidas

Con las partes mencionadas podemos decir que tenemos un autmata pero para que sea operativo son necesarios otros elementos tales como:Fuente de alimentacin Interfaces La unidad o consola de programacin Los dispositivos perifricos

La CPU(Central Procesing Unit) es la parte inteligente del sistema. Interpreta las instrucciones del programa de usuario y consulta el estado de las entradas. Dependiendo de dichos estados y del programa, ordena la activacin de las salidas deseadas.

La CPU est constituida por los siguientes elementos:Procesador Memoria monitor del sistema Circuitos auxiliares

Procesador Est constituido por el microprocesador, el reloj(generador de onda cuadrada) y algn chip auxiliar.El micropocesador es un circuito integrado (chip), que realiza una gran cantidad de operaciones, que podemos agrupar en:Operaciones de tipo lgico.Operaciones de tipo aritmtico. Operaciones de control de la transferencia de la informacin dentro del autmata.

Para que el microprocesador pueda realizar todas estas operaciones est dotado de unos circuitos internos que son los siguientes:

Circuitos de la unidad aritmtica y lgica o ALU: Es la parte del p donde se realizan los clculos y las decisiones lgicas para controlar el autmata. Circuitos de la unidad de control (UC) o Decodificador de instrucciones: Decodifica las instrucciones ledas en memoria y se generan las seales de control. Acumulador: Es la encargada de almacenar el resultado de la ltima operacin realizada por el ALU. Flags: Flags, o indicadores de resultado, que pueden ser consultados por el programa. Contador de programa: Encargada de la lectura de las instrucciones de usuario. Bus(interno): No son circuitos en si, sino zonas conductoras en paralelo que transmiten datos, direcciones, instrucciones y seales de control entre las diferentes partes del p.

Memoria monitor del sistemaEs una memoria de tipo ROM, y adems del sistema operativo del autmata contiene las siguientes rutinas, incluidas por el fabricante.Inicializacin tras puesta en tensin o reset. Rutinas de test y de respuesta a error de funcionamiento. Intercambio de informacin con unidades exteriores. Lectura y escritura en las interfaces de E/S.

Funciones bsicas de la CPU

En la memoria ROM del sistema, el fabricante ha grabado una serie de programas ejecutivos, software del sistema y es a estos programas a los que acceder el p para realizar las funciones.

El software del sistema de cualquier autmata consta de una serie de funciones bsicas que realiza en determinados tiempos de cada ciclo.

En general cada autmata contiene y realiza las siguientes funciones:

Vigilar que el tiempo de ejecucin del programa de usuario no exceda de un determinadotiempo mximo. A esta funcin se le denomina Watchdog. Ejecutar el programa usuario. Crear una imagen de las entradas, ya que el programa de usuario no debe acceder directamente a dichas entradas. Renovar el estado de las salidas en funcin de la imagen de las mismas, obtenida al final del ciclo de ejecucin del programa usuario. Chequeo del sistema.

La fuente de alimentacin proporciona las tensiones necesarias para el funcionamiento de los distintos circuitos del sistema.La alimentacin a la CPU puede ser de continua a 24 Vcc, tensin muy frecuente en cuadros de distribucin, o en alterna a 110/220 Vca. En cualquier caso es la propia CPU la que alimenta las interfaces conectadas a travs del bus interno.La alimentacin a los circuitos E/S puede realizarse, segn tipos, en alterna a 48/110/220 Vca o en continua a 12/24/48 Vcc.La fuente de alimentacin del autmata puede incorporar una batera tampn, que se utiliza para el mantenimiento de algunas posiciones internas y del programa usuario en memoria RAM, cuando falla la alimentacin o se apaga el autmata.

En el control de un proceso automatizado, es imprescindible un dialogo entre operador-mquina junto con una comunicacin entre la mquina y el autmata, estas comunicaciones se establecern por medio del conjunto de entradas y salidas del citado elemento.

Los autmatas son capaces de manejar tensiones y corrientes de nivel industrial, gracias a que disponen un bloque de circuitos de interfaz de E/S muy potente, que les permite conectarse directamente con los sensores y accionamientos del proceso.

De entre todos los tipos de interfaces que existen, las interfaces especificas permiten la conexin con elementos muy concretos del proceso de automatizacin. Se pueden distinguir entre ellas tres grupos bien diferenciados:

Entradas / salidas especiales.

Entradas / salidas inteligentes.

Procesadores perifricos inteligentes.

Las interfaces especiales del primer grupo se caracterizan por no influir en las variables de estado del proceso de automatizacin. nicamente se encargan de adecuar las E/S, para que puedan ser inteligibles por la CPU, si son entradas, o para que puedan ser interpretadas correctamente por actuadores (motores, cilindros, etc.), en el caso de las salidas. Las del segundo grupo admiten mltiples modos de configuracin, por medio de unas combinaciones binarias situadas en la misma tarjeta. De esta forma se descarga de trabajo a la unidad central, con las ventajas que conlleva.

Los procesadores perifricos inteligentes, son mdulos que incluyen su propio procesador, memorias y puntos auxiliares de entrada / salida. Estos procesadores contienen en origen un programa especializado en la ejecucin de una tarea concreta, a la que le basta conocer los puntos de consigna y los parmetros de aplicacin para ejecutar, de forma autnoma e independiente de la CPU principal, el programa de control.

UNIDAD DE PROGRAMACION

Es el conjunto de medios hardware y software mediante los cuales el programador introduce y depura sobre las secuencias de instrucciones (en uno u otro lenguaje) que constituyen el programa a ejecutar.

ENTRADAS Y SALIDASLa seccin de entradas mediante el interfaz, adapta y codifica de forma comprensible para la CPU las seales procedentes de los dispositivos de entrada o captadores.

Hay dos tipos de entradas:Entradas digitalesEntradas analgicas

La seccin de salida tambin mediante interfaz trabaja de forma inversa a las entradas, es decir, decodifica las seales procedentes de la CPU, y las amplifica y manda con ellas los dispositivos de salida o actuadores como lmparas, rels... aqu tambin existen unos interfaces de adaptacin a las salidas de proteccin de circuitos internos.

Hay dos tipos de salidas: Salidas digitalesSalidas analgicas

Entradas digitales Los mdulos de entrada digitales permiten conectar al autmata captadores de tipo todo o nada como finales de carrera pulsadores...Los mdulos de entrada digitales trabajan con seales de tensin, por ejemplo cuando por una va llegan 24 voltios se interpreta como un "1" y cuando llegan cero voltios se interpreta como un "0"El proceso de adquisicin de la seal digital consta de varias etapas.Proteccin contra sobretensiones Filtrado Puesta en forma de la onda Aislamiento galvnico o por optoacoplador.

Entradas analgicas Los mdulos de entrada analgicas permiten que los autmatas programables trabajen con accionadores de mando analgico y lean seales de tipo analgico como pueden ser la temperatura, la presin o el caudal.Los mdulos de entradas analgicas convierten una magnitud analgica en un numero que se deposita en una variable interna del autmata. Lo que realiza es una conversin A/D, puesto que el autmata solo trabajar con seales digitales. Esta conversin se realiza con una precisin o resolucin determinada (numero de bits) y cada cierto intervalo de tiempo (periodo muestreo).Los mdulos de entrada analgica pueden leer tensin o intensidad.El proceso de adquisicin de la seal analgica consta de varias etapas:Filtrado Conversin A/D Memoria interna

Salidas digitalesUn mdulo de salida digital permite al autmata programable actuar sobre los preaccionadores y accionadores que admitan ordenes de tipo todo o nada.El valor binario de las salidas digitales se convierte en la apertura o cierre de un rel interno del autmata en el caso de mdulos de salidas a rel.En los mdulos estticos (bornero), los elementos que conmutan son los componentes electrnico como transistores o triacs, y en los mdulos electromecnicos son contactos de rels internos al mdulo.Los mdulos de salidas estticos al suministrar tensin, solo pueden actuar sobre elementos que trabajan todos a la misma tensin, en cambio los mdulos de salida electromecnicos, al ser libres de tensin, pueden actuar sobre elementos que trabajen a tensiones distintas.El proceso de envo de la seal digital consta de varias etapas:Puesta en forma Aislamiento Circuito de mando (rel interno) Proteccin electrnica Tratamiento cortocircuitos

Salidas analgicas Los mdulos de salida analgica permiten que el valor de una variable numrica interna del autmata se convierta en tensin o intensidad.Lo que realiza es una conversin D/A, puesto que el autmata solo trabaja con seales digitales. Esta conversin se realiza con una precisin o resolucin determinada (numero de bits) y cada cierto intervalo de tiempo (periodo muestreo).Esta tensin o intensidad puede servir de referencia de mando para actuadores que admitan mando analgico como pueden ser los variadores de velocidad, las etapas de los tiristores de los hornos, reguladores de temperatura... permitiendo al autmata realiza funciones de regulacin y control de procesos continuos.El proceso de envo de la seal analgica consta de varias etapas:Aislamiento galvnico Conversin D/A Circuitos de amplificacin y adaptacin Proteccin electrnica de la salida