PLC 01

Universidad Catlica de Santa Mara de ArequipaFacultad de Ciencias e Ingenieras Fsicas y Formales

15/05/2015Ing. Christiam G. Collado Oporto 1

UNIVERSIDAD CATLICA DE SANTA UNIVERSIDAD CATLICA DE SANTA UNIVERSIDAD CATLICA DE SANTA UNIVERSIDAD CATLICA DE SANTA MARAMARAMARAMARA

FACULTAD: FACULTAD: FACULTAD: FACULTAD: Ciencias e Ingenieras Fsicas y Formales....

PROGRAMA PROFESIONAL:PROGRAMA PROFESIONAL:PROGRAMA PROFESIONAL:PROGRAMA PROFESIONAL:Ingeniera Mecnica, Mecnica-Elctrica y Mecatrnica.

ESPECIALIDAD:ESPECIALIDAD:ESPECIALIDAD:ESPECIALIDAD:Mecatrnica.

TEMATEMATEMATEMA::::PLCsPLCsPLCsPLCs

Ing. Ing. Ing. Ing. ChristiamChristiamChristiamChristiam G. Collado OportoG. Collado OportoG. Collado OportoG. Collado Oporto

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Los PLCPLCPLCPLC Controlador de lgica programable, son dispositivoselectrnicos muy usados en Automatizacin Industrial.Normalmente se requiere un PLC para:

Reemplazar la lgica de rels para el comando de motores, mquinas,

cilindros, neumticos e hidrulicos, etc. Reemplazar temporizadores y contadores electromecnicos. Actuar como interface entre una PC y el proceso de

fabricacin. Efectuar diagnsticos de fallas y alarmas. Controlar y comandar tareas repetitivas y peligrosas.



Regulacin de aparatos remotos desde un punto de la fbrica.

Sus principales beneficios son: Menor cableado, reduce los costos y los tiempos de parada

de planta. Reduccin del espacio en los tableros. Mayor facilidad para el mantenimiento y puesta en servicio Flexibilidad de configuracin y programacin, lo que permite

adaptar fcilmente la automatizacin a los cambios del proceso.



PrincipiosPrincipiosPrincipiosPrincipios bsicosbsicosbsicosbsicos

Para introducirnos en el mundo del PLC o controlador Lgico Programable, sepuede comenzar tratando de entender que hace un PLC en lugar de entenderque es.

Bsicamente un PLC es el cerebro de un proceso industrial de produccin ofabricacin, reemplazando a los sistemas de control de rels y temporizadorescableados.Se puede pensar en un PLC como una computadora desarrollada para soportarlas severas condiciones a las que puede ser sometida en un ambienteindustrial, as sea en una planta cervecera slo por nombrar algunos ejemplos.

Dicho de otra forma, el auto que usted conduce, el diario que usted lee, las bebidas que usted consume, son producidos valindose de la tecnologa de la automatizacin industrial, gracias a la invencin de este dispositivo.



Que es un Controlador Lgico Programable (PLC)?Que es un Controlador Lgico Programable (PLC)?Que es un Controlador Lgico Programable (PLC)?Que es un Controlador Lgico Programable (PLC)?

Un Controlador Lgico Programable es un sistema de controlde estado slido que monitorea la condicin de los equipos queestn conectados como entradas.Basado en un programa almacenado en memoria, escrito por elusuario, controla el estado de los equipos que estnconectados como salidas.



Su historia se remonta a finales de la dcada de 1960 cuando la industria busc en las nuevas tecnologas electrnicas una solucin ms eficiente para reemplazar los sistemas de control basados en circuitos elctricos con reles , interruptores y otros componentes comnmente utilizados para el control de los sistemas de lgica combinacional.

PLC moderno instalado (2008) dentro del tablero elctrico.



Hoy en da, los PLCPLCPLCPLC no slo controlan la lgica de funcionamiento demquinas, plantas y procesos industriales, sino que tambin puedenrealizar operaciones aritmticas, manejar seales analgicas pararealizar estrategias de control, tales como controladores proporcionalintegral derivativo (PID).

Los PLC actuales pueden comunicarse con otros controladores ycomputadoras en redes de rea local, y son una parte fundamental delos modernos sistemas de control distribuido.

Existen varios lenguajes de programacin, tradicionalmente los msutilizados son el diagrama de escalera (Lenguaje Ladder), preferidopor los electricistas, lista de instrucciones y programacin porestados, aunque se han incorporado lenguajes ms intuitivos quepermiten implementar algoritmos complejos mediante simplesdiagramas de flujo ms fciles de interpretar y mantener. Un lenguajems reciente, preferido por los informticos y electrnicos, es el FBD(en ingls Function Block Diagram) que emplea compuertas lgicas ybloques con distintas funciones conectados entre s.



En la programacin se pueden incluir diferentes tipos de operandos, desde losms simples como lgica booleana, contadores, temporizadores, contactos,bobinas y operadores matemticos, hasta operaciones ms complejas comomanejo de tablas (recetas), apuntadores, algoritmos PID y funciones decomunicacin multiprotocolos que le permitiran interconectarse con otrosdispositivos.



HistoriaHistoriaHistoriaHistoria

Los PLC fueron inventados en respuesta a las necesidades de laautomatizacin de la industria automotriz norteamericana por elingeniero Estadounidense Dick Morley. Antes de los PLC, el control,las secuenciacin, y la lgica para la manufactura de automviles erarealizada utilizando rels, contadores, y controladores dedicados.

El proceso para actualizar dichas instalaciones en la industria aotras ao era muy costoso y consuma mucho tiempo, y los sistemasbasados en rels tenan que ser recableados por electricistasespecializados. En 1968 GM Hydramatic (la divisin de transmisionesautomticas de General Motors) ofert un concurso para unapropuesta del reemplazo electrnico de los sistemas cableados.



La propuesta ganadora vino de Bedford Associates de Boston, Masachusets. Elprimer PLC, fue designado 084, debido a que fue el proyecto ochenta y cuatro deBedford Associates. Bedford Associates creo una nueva compaa dedicada aldesarrollo, manufactura, venta y servicio para este nuevo producto: Modicon(MOdular DIgital CONtroller o Controlador Digital Modular).

Una de las personas que trabaj en ese proyecto fue Dick Morley, el que esconsiderado como "padre" del PLC. La marca Modicon fue vendida en 1977 a GouldElectronics, y posteriormente adquirida por la compaa Alemana AEG y ms tardepor Schneider Electric, el actual dueo. La industria automotriz es todava una de lasms grandes usuarias de PLC, y Modicon todava numera algunos de sus modelosde controladores con la terminacin ochenta y cuatro. Los PLC son utilizados enmuchas diferentes industrias y mquinas tales como mquinas de empaquetado yde semiconductores. Algunas marcas con alto prestigio son ABB Ltd., Koyo,Honeywell, Siemens, Trend Controls, Schneider Electric, Omron, Rockwell (Allen-Bradley), General Electric, fraz max, Tesco Controls, Panasonic (Matsushita),Mitsubishi e Isi Matrix machines.



CAMPOS DE APLICACIN DE LOS CAMPOS DE APLICACIN DE LOS CAMPOS DE APLICACIN DE LOS CAMPOS DE APLICACIN DE LOS PLCsPLCsPLCsPLCs

Hoy la tecnologa nos ofrece PLCs acorde las necesidades de cada usuario y cadaaplicacin.

Para automatizaciones de pequea envergadura, como por ejemplodosificadores, alimentadores para mquinas, montacargas lavadoras industrialesy de automviles, control de barreras, calefaccin, vidrieras, etc, casos demediana complejidad donde se necesitan adems seales analgicas ycomunicacin, por ejemplo mquinas inyectores paletizadoras, cintastransportadoras, etc., se utilizan por lo general PLCs compactos.



En aplicaciones de mayor complejidad como por ejemplosupervisin remota de subestaciones de energa, estaciones debombeo, plantas potabilizadoras de agua, sistemas de controlde luces en aeropuertos, lneas de produccin en la industriaautomotriz, procesos de chancado y molienda en la industriacementera, etc., donde se requiere' gran cantidad deentradas/salidas de diversa, naturaleza (discretas, analgicas,termopares, pulsos de 40kHZ) y un programa de controlextenso y varios canales de comunicacin, por lo general serecurre a PLCs del tipo modular.



Cuando la complejidad del proceso requiere gran velocidad de procesamientodel programa, manejo de lazos de control, alta prestacin en mltiplesprotocolos de comunicacin, elevada cantidad de entradas/salidas controladasen forma remota y descentralizada, como por ejemplo en la automatizacin deuna planta siderrgica, de un oleoducto, de una refinera, de una planta mineracompleta, de una planta de extraccin de aceites, etc., se utiliza por lo generalgrandes PLCs modulares.

La supervisin se puede realizar en dos niveles diferentes de complejidad: A nivel del operador, empleando terminales de dilogo hombre - mquina

del tipo XBT Magelis.

A nivel de planta, empleando una PC con un software de supervisin,comnmente denominado SCADA, como por ejemplo el software P-CIM.



EQUIPOS DE ENTRADA

Botoneras Selectores Interruptor de Lmite Interruptor de Nivel Sensores Fotoelctricos Sensores de Proximidad Contactores de Arrancador de

Motor

120 VAC 240 VAC 12 VDC 24 VDC/VAC

EQUIPOS DE SALIDA

Vlvulas Arrancador de Motor Solenoides Alarmas Luces Ventiladores Bocinas

120 VAC 240 VAC 12 VDC 24 VDC/VAC



FuenteFuenteFuenteFuente dededede alimentacinalimentacinalimentacinalimentacin:::: convierte la tensin de la red, 110 220V ac abaja tensin de cc (24V por ejemplo) que es la que se utiliza comotensin de trabajo en los circuitos electrnicos que forma el autmata.

CPUCPUCPUCPU:::: la Unidad Central de Procesos es el autntico cerebro del sistema.Es el encargado de recibir rdenes del operario a travs de la consola deprogramacin y el mdulo de entradas. Despus las procesa para enviarrespuestas al mdulo de salidas.

MduloMduloMduloMdulo dededede entradasentradasentradasentradas:::: aqu se unen elctricamente los captadores (interruptores, finales de carrera... ). La informacin que recibe la enva alCPU para ser procesada segn la programacin. Hay 2 tipos decaptadores conectables al mdulo de entradas: los pasivos y los activos.



MduloMduloMduloMdulo dededede salidasalidasalidasalida:::: es el encargado de activar y desactivar los actuadores(bobinas de contactores, motores pequeos... ). La informacin enviadapor las entradas a la CPU, cuando esta procesada se enva al mdulo desalidas para que estas sean activadas ( tambin los actuadores que estnconectados a ellas ). Hay 3 mdulos de salidas segn el proceso acontrolar por el autmata: rels, triac y transistores.

TerminalTerminalTerminalTerminal dededede programacinprogramacinprogramacinprogramacin:::: la terminal o consola de programacin es elque permite comunicar al operario con el sistema. Sus funciones son latransferencia y modificacin de programas, la verificacin de laprogramacin y la informacin del funcionamiento de los procesos.

PerifricosPerifricosPerifricosPerifricos:::: ellos no intervienen directamente en el funcionamiento delautmata pero si que facilitan la labor del operario.



Comunicaciones Comunicaciones Comunicaciones Comunicaciones Las formas como los PLC intercambian datos con otros dispositivos son muy variadas.Tpicamente un PLC puede tener integrado puertos de comunicaciones seriales que puedencumplir con distintos estndares de acuerdo al fabricante. Estos puertos pueden ser de lossiguientes tipos:

o RS-232 o RS-485 o RS-422 o Ethernet

Sobre estos tipos de puertos de hardware las comunicaciones se establecen utilizando algntipo de protocolo o lenguaje de comunicaciones. En esencia un protocolo de comunicacionesdefine la manera como los datos son empaquetados para su transmisin y como soncodificados. De estos protocolos los ms conocidos son:

o Modbus o Bus CAN o Profibuso Deviceneto Controlneto Ethernet I/P

Muchos fabricantes adems ofrecen distintas maneras de comunicar sus PLC con el mundo exterior mediante esquemas de hardware y software protegidos por patentes y leyes de derecho de autor.



OperacinOperacinOperacinOperacin deldeldeldel MezcladorMezcladorMezcladorMezclador SolenoideSolenoideSolenoideSolenoide 1111

On = Sol 3 est apagado, Motor est apagado, Sensor 2 est apagado, Auto Switch est prendido

Off = Sol 3 est prendido, Motor est prendido, Sensor 2 est apagado

SolenoideSolenoideSolenoideSolenoide 2222 On = Sol 3 est apagado, Motor est

apagado, Sensor 2 est prendido Off = Sol 3 est prendido, Motor est

prendido, Sensor 1 est prendido

MotorMotorMotorMotor On = Sensor 1 est prendido, Solenoide 2

est apagado, Solenoide 1 est apagado

Off = Solenoide 3 prendido

SolenoideSolenoideSolenoideSolenoide 3333 On = Sol 1 est apagado, Sol 2 est

apagado, Motor ha corrido por 30 segundos.

Off = Solenoide 3 ha corrido por 60 segundos.



PLC en comparacin con otros sistemas de controlPLC en comparacin con otros sistemas de controlPLC en comparacin con otros sistemas de controlPLC en comparacin con otros sistemas de control

Los PLC estn adaptados para un amplio rango de tareas deautomatizacin. Estos son tpicos en procesos industriales en lamanufactura donde el costo de desarrollo y mantenimiento de un sistemade automatizacin es relativamente alto contra el costo de laautomatizacin, y donde van a existir cambios en el sistema durante todasu vida operacional. Los PLC contienen todo lo necesario para manejaraltas cargas de potencia; se requiere poco diseo elctrico y el problemade diseo se centra en expresar las operaciones y secuencias en la lgicade escalera (o diagramas de funciones). Las aplicaciones de PLC sonnormalmente hechos a la medida del sistema, por lo que el costo del PLCes bajo comparado con el costo de la contratacin del diseador para undiseo especfico que solo se va a usar una sola vez. Por otro lado, encaso de productos de alta produccin, los sistemas de control a medidase amortizan por s solos rpidamente debido al ahorro en loscomponentes, lo que provoca que pueda ser una buena eleccin en vez deuna solucin "genrica".



Sin embargo, debe ser notado que algunos PLC ya no tienen un precio alto. Los PLC actuales tienen todas las capacidades por algunos cientos de dlares.

Diferentes tcnicas son utilizadas para un alto volumen o una simple tarea deautomatizacin, Por ejemplo, una lavadora de uso domstico puede sercontrolada por un temporizador a levas electromecnico costando algunoscuantos dlares en cantidades de produccin.

Un diseo basado en un microcontrolador puede ser apropiado donde cientos omiles de unidades deben ser producidas y entonces el coste de desarrollo(diseo de fuentes de alimentacin y equipo de entradas y salidas) puede serdividido en muchas ventas, donde el usuario final no tiene necesidad de alterarel control.

Aplicaciones automotrices son un ejemplo, millones de unidades son vendidascada ao, y pocos usuarios finales alteran la programacin de estoscontroladores.



Los PLC pueden incluir lgica para implementar bucles analgicos, proporcional,integral y derivadas o un controlador PID. Un bucle PID podra ser usado paracontrolar la temperatura de procesos de fabricacin, por ejemplo. Histricamente,los PLCs fueron configurados generalmente con solo unos pocos bucles de controlanalgico y en donde los procesos requieren cientos o miles de bucles, un Sistemade Control Distribuido (DCS) se encarga. Sin embargo, los PLC se han vuelto mspoderosos, y las diferencias entre las aplicaciones entre DCS y PLC han quedadomenos claras.

Resumiendo, los campos de aplicacin de un PLC o autmata programable enprocesos industriales son: cuando hay un espacio reducido, cuando los procesos deproduccin son cambiantes peridicamente, cuando hay procesos secuenciales,cuando la maquinaria de procesos es variable, cuando las instalaciones son deprocesos complejos y amplios, cuando el chequeo de programacin se centraliza enpartes del proceso. Sus aplicaciones generales son las siguientes: maniobra demquinas, maniobra de instalaciones y sealizacin y control.

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