Curso PLC 1vvvvv

8/20/2019 Curso PLC 1vvvvv

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CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES (PLC´S)

Las empresas de hoy, que piensan en el futuro, se encuentran provistas de modernos dispositivos electrónicosen sus máquinas y procesos de control. Hoy las fábricas automatizadas deben proporcionar en sus sistemas,alta confiabilidad, gran eficiencia y flexibilidad. Una de las bases principales de tales fábricas es un dispositivo

electrónico llamado Controlador Lógico Programable. Este dispositivo fue inicialmente introducido en 1970 yse ha sido refinando con nuevos componentes electrónicos, tales como Microprocesadores de alta velocidad,agregándole funciones especiales para el control de proceso más complejos. Hoy los ControladoresProgramables son diseñados usando lo último en diseño de Micro-procesadores y circuitería electrónica lo cualproporciona una mayor confiabilidad en su operación en aplicaciones industriales donde existen peligrodebido al medio ambiente, alta repetibilidad, altas temperaturas, ruido ambiente o eléctrico, suministro depotencia eléctrica no confiable, vibraciones mecánicas etc.El Control Lógico Programable fue diseñado y concebido para su uso en el medio ambiente industrial.

Definiciones importantesBits: Unidad más pequeña de información, puede tener solo dos estados: Activo (on) o Inactivo (off), puede

utilizarse para almacenar variables lógicas o números es aritmética binaria, pero también combinado con otrosbits puede almacenar tipos de datos complejos.Nibble o Cuarteto: Agrupación de cuatro bits, se utiliza principalmente para almacenamiento en código BCD.Byte u Octeto: Agrupación de ocho bits, puede almacenar un carácter (generalmente ASCII), un número entre0 y 255, dos números BCD u ocho indicadores de 1 bit.Word o Palabra: Una palabra consta de un número fijo de bits, por lo general de 16 bitsPalabra doble: Una palabra consta de un número fijo de bits, por lo general 32 bits Baudio: Medida de velocidad de transmisión de datos. Representa la cantidad de bits que es posible transferirpor segundo.

Ventajas de los PLCSLas condiciones favorables son las siguientes:1. Menor tiempo empleado en la elaboración de proyectos debido a que:

a) No es necesario dibujar el esquema de contactos.b) No es necesario simplificar las ecuaciones lógicas, ya que, por lo general, la capacidad de

almacenamiento del modulo de memoria es lo suficientemente grandec)

La lista de materiales queda sensiblemente reducida, y al elaborar el presupuesto correspondienteeliminaremos parte del problema que supone el contar con diferentes proveedores, distintos plazosde entrega, etc.

2.

Posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar el cableado y añadir aparatos.3. Mínimo espacio de ocupación4. Menor coste de mano de obra de la instalación

5.

Economía de mantenimiento. Además de aumentar la fiabilidad del sistema, al eliminar contactos móviles,los mismo autómatas pueden detectar e indicar averías.

6.

Posibilidad de gobernar varias maquinas con un mismo autómata.7. Menor tiempo para la puesta de funcionamiento del proceso al quedar reducido el tiempo de cableado.8. Si por alguna razón la maquina queda fuera de servicio, el autómata útil para otra máquina o sistema de

producción.

InconvenientesEn primer lugar, hace falta un programador, lo que obliga a adiestrar a unos de los técnicos de tal sentido,pero hoy en día ese inconveniente esta solucionado porque las universidades y/o institutos superiores ya seencargan de dicho adiestramiento.

Pero hay otro factor importante como el costo inicial que puede o no ser un inconveniente, según lascaracterísticas del automatismo en cuestión. Dado que el PLC cubre ventajosamente en amplio espacio entre


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la lógica cableada y el microprocesador es preciso que el proyectista lo conozca tanto en su actitud como ensus limitaciones. Por tanto, aunque el coste inicial debe tomarse en cuenta a la hora de decidirnos por uno uotro sistema, conviene analizar todos los demás factores para asegurar una decisión acertada.

Fundamentos

Definición del controlador lógico programableDe acuerdo con la definición de la "Nema" (National Electrical Manufacturers Association) un controladorprogramable es: "Un aparato electrónico operado digitalmente, que usa una memoria programable para elalmacenamiento interno de instrucciones para implementar funciones específicas, tales como lógica,secuenciación, registro y control de tiempos, conteo y operaciones aritméticas para controlar, a través demódulos de entrada/salida digitales (ON/OFF) o analógicos (1-5 VDC, 4-20 mA, etc.), varios tipos de máquinaso procesos.

Secuencia de Operaciones en un PLC.a)

Al encender el procesador, este efectúa un autochequeo de encendido e inhabilita las salidas. Entra enmodo de operación normal.

b) Lee el estado de las entradas y las almacena en una zona especial de memoria llamada tabla de imagen deentradas

c) En base a su programa de control, el PLC modifica una zona especial de memoria llamada tabla de imagende salida.

d)

El procesador actualiza el estado de las salidas "copiando" hacia los módulos de salida el estado de la tablade imagen de salidas (estas controlan el estado de los módulos de salida del PLC, relay, triacs, etc.).

e)

Vuelve al paso b) a cada ciclo de ejecución de esta lógica se le denomina ciclo de barrido (scan) quegeneralmente se divide en:I. I/O scan

II.

Program Scan

Funciones Adicionales1) Autochequeo de Fallas: en cada ciclo de scan, el PLC efectúa un Chequeo del funcionamiento del sistema

reportando el resultado en Bits internos que pueden ser accesados por el programa del usuario.2) Inicializaciones: cada tipo de partida de un microprocesador también es reportada en bits internos de la

memoria de PLC.3)

Salvaguarda de Estados: Es posible indicar al PLC el estado deseado de algunas salidas o variables internas

en caso de falla o falta de energía en el equipo. Esto es esencial cuando se requiere proteger algunosexternos de salida.4) Modularidad: Gracias a la utilización de Microprocesadores, es posible expandir los sistemas a través de

módulos de expansión de acuerdo al crecimiento del sistema. Es posible expandirse en Entradas y Salidasdigitales, análogas, etc., así como también en unidades remotas y de comunicación.

Descripción de un PLCLos Controladores Lógicos Programables, (PLC’s, Programable Logic Controller), nacieron esencialmente comotales, a finales de la década de los 60s y principios de los 70s. Las industrias que propiciaron este desarrollofueron las empresas automotrices. Los PLCs surgen como equipos electrónicos sustitutos de los sistemas decontrol basados en relevadores, que se hacían más complejos y esto arrojaba ciertas dificultades en cuanto a

la instalación de los mismos, los altos costos de los equipos. Los altos costos de operación y mantenimiento yla poca Flexibilidad y confiabilidad de los equipos.


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Los primeros PLCs se usaron solamente como reemplazo de relevadores, es decir, su capacidad se reducíaexclusivamente al control On -Off (de dos posiciones) en máquinas y procesos industriales. De hecho todavíase siguen usando en muchos casos como tales.La gran diferencia con los controles por relevador fue su facilidad de instalación, ocupan menor espacio, costoreducido, y proporcionan autodiagnósticos sencillos.

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

Maniobra de máquinas

Maquinaria industrial de plástico Máquinas transfer

Maquinaria de embalajes

Maniobra de instalaciones:

Instalación de aire acondicionado, calefacción...

Instalaciones de seguridad

Señalización y control:

Chequeo de programas

Señalización del estado de procesos

Estructura general de los PLC’s El siguiente diagrama de flujo muestra los componentes y la estructura de un PLC

Figura 1. Diagrama generalizado de un PLC.

Como puede observarse en la figura, para que el sistema funcione es necesario que exista un suministro depotencia cuyo propósito principal es garantizar los voltajes de operación internos del controlador y susbloques.Los valores más frecuentemente utilizados son ±5V, ±12V y ±24V y existen principalmente dos módulos desuministro de potencia: los que utilizan un voltaje de entrada de la red de trabajo los que utilizan

suministradores de potencia operacionales para el control de los objetos.


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La parte principal es la denominada “unidad central de procesamiento” o CPU que contiene la parte deprocesamiento del controlador y está basada en un microprocesador que permite utilizar aritmética yoperaciones lógicas para realizar diferentes funciones.Además, la CPU, testea también frecuentemente el PLC para lograr encontrar errores en su debido tiempo.Los primeros PLC’s utilizaron chips que habían sido procesados mediante la técnica denominada “bit -slice”,como el AMD2901, 2903, etc.

La transferencia de datos y/o direcciones en los PLC’s es posible gracias a cuatro tipos de buses diferentes:• bus de datos, para la transferencia de datos de los componentes individuales• bus de direcciones, para aquellas transferencias entre celdas donde se habían guardado datos• bus de control, para las señales de control de los componentes internos• bus de sistema, para conectar los puertos con los módulos de E/S.El lugar donde se guardan los datos y las instrucciones es la memoria que se divide en memoria permanente,PM, y memoria operacional, conocida como memoria de acceso aleatorio o RAM. La primera, la PM, se basaen las ROM, EPROM, EEPROM o FLASH; es donde se ejecuta el sistema de operación del PLC y puede serreemplazada. Sin embargo, la RAM, es donde se guarda y ejecuta el programa en cuestión utilizado y es la detipo SRAM la que se utiliza habitualmente.La condición común para las entradas de dos componentes digitales de un PLC se guarda en una parte de la

RAM y se denomina tabla PII o entrada imagen de proceso. La salida controlada, o el último valor de la salidacalculado por las funciones lógicas, se guardan en la parte de la RAM denominada tabla PIO, salida de laimagen del proceso. El programa utilizado también puede guardarse en una memoria externa permanente(EPROM o EEPROM) que, para ciertos PLC’s, puede ser un módulo externo que se coloca en una toma delpanel frontal.Finalmente, los módulos de E/S, son aquellos módulos de señal (SM) que coordinan la entrada y salida de lasseñales, con aquellas internas del PLC. Estas señales pueden ser digitales (DI, DO) y analógicas (AI, AO), yprovienen o van a dispositivos como sensores, interruptores, actuadores, etc. Los SMs analógicos utilizan engeneral un voltaje en DC y una corriente directa. De este modo, opto acopladores, transistores y relés sonempleados en la salida digital del SMs para cambiar los estados de la señal de salida con el fin de proteger aestos dispositivos de situaciones como un cortocircuito, una sobrecarga o un voltaje excesivo. El número de

entradas y/o salidas de los SMs digitales es también bastante más elevado que en los analógicos, siendo losprimeros más de 8,16 o 32, mientras que los segundos son, a lo sumo 8. Finalmente, los términos “Sinking” y“Sourcing” explican cómo se realiza la conexión de las PLC a los sensores y actuadores:

• Sinking = Línea GND común (-) – tierra común• Sourcing = Línea VCC común (+) – suministro de potencia común

Componentes de hardwareUna PLC puede contener un casete con una vía en la que se encuentran diversos tipos de módulos,como puede observarse en la siguiente figura, correspondiente a una PLC de la empresa Siemens:

Figura 2. Organización modular del PLC Siemens S7-300


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Como puede observarse en la figura, el PLC dispone de los siguientes módulos que, aunque en estetipo no puede ser intercambiada, esto sí es posible para PLC’s de otras compañías. Los módulos másimportantes son:• Módulo de interfaz (IM), conecta diferentes casetes individuales con un único PLC;• Módulo funcional (FM), procesamiento complejo en tiempo – crítico de procesos independientes

de la CPU, por ejemplo, conteo rápido;• Regulador PID o control de la posición;• Procesador de la comunicación (CP), conecta el PLC en una red de trabajo industrial, ej. Industrial

Ethernet, PROFIBUS, AS – interfaz, conexión serie punto – a - punto;• Interfaz hombre - máquina (HMI), ej. panel de operaciones;• Entradas/salidas remotas;• Módulos de señal de alta - velocidad.• Cada módulo de PLC module tiene su propia interfaz - HIM básica, utilizada para la visualización

de los errores y las condiciones de comunicación, la batería, entradas/salidas, operación de losPLC, etc. Pequeños displays con cristal líquido (LCD) o diodos emisores de luz (LED) se utilizanpara la interfaz - HMI.

Tipos de PLC’s Debido a la gran variedad de tipos distintos de PLC, tanto en sus funciones, en su capacidad, en el número deI/O, en su tamaño de memoria, en su aspecto físico y otros, es que es posible clasificar los distintos tipos envarias categorías:

1) PLC compactos, son aquellos que incorporan CPU, PS, módulos de entrada y salida en un únicopaquete. A menudo existe un número fijo de E/S digitales (no mayor a 30), una o dos canales decomunicación (para programar el PLC y la conexión de los buses de campo) y HMI. Además,puede haber una entrada para el contador de alta velocidad y una o dos E/S analógicas. Para

aumentar el número de las E/S de una PLC compacta individual se incrementa (además) losmódulos que pueden ser conectados. Estos se colocan en un paquete, similar al del mismo PLC.Estos PLC’s de tipo compacto se utilizan en automoción como substitutos de los relés.

Figura 3. Ejemplos de PLC’s compactos. Festo FEC FC660 PLC (a la izquierda), Siemens Logo (en el medio) y S7 – 200 PLC (a la derecha)

2)

PLC modular es el tipo de PLC más potente y tiene más funciones que los PLC compactos. La CPU, SM, CP yotros módulos se encuentran generalmente en paquetes separados en un riel DIN o en un riel con unaforma especial y que se comunica con la CPU a través de un sistema bus. Tiene un número limitado delugares para los módulos pero, en la mayoría de los casos, este puede aumentarse. Además, los PLC’s modulares pueden utilizar un elevado número de entradas/salidas, pueden soportar programas másgrandes, guardar más datos y operar bajo el modo de multitarea. Normalmente se utilizan para el control,regulación, posicionamiento, procesamiento de datos, manipulación, comunicación, monitorización,servicios - web, etc.


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Figura 4. Ejemplos de PLC’s modulares Siemens S7-300 PLC (en la parte izquierda) y Allen - Bradley Compact Logix PLC (en la parte

derecha)

3) PLC de tipo montaje en rack son aquellos que prácticamente tienen las mismas capacidades y funcionesque el PLC modular. Sin embargo, existen algunas diferencias en el bus o en el rack dónde se colocan losmódulos del PLC. El rack contiene ranuras para los módulos y un sistema de bus integrado paraintercambiar información entre los diferentes módulos. La mayoría de los módulos PLC no tienen suspropias cajas, disponen solamente de un panel frontal con una interfaz-HIM. La ventaja principal es quepueden permitir un intercambio más rápido de los datos entre los módulos y el tiempo de reacción porparte de los módulos es menor.

Figura 5. Ejemplos de PLC’s de tipo montaje en rack. Siemens S7-400 PLC (en la parte izquierda) y Festo CPX PLC (en la parte derecha)

4) PLC con panel Operador y Controlador Lógico Programable (OPLC) posee una interfaz HIM para sufuncionamiento y una monitorización de los procesos automáticos y las máquinas. La HMI consisteprincipalmente en un monitor y un teclado o una pantalla táctil. El monitor puede ser bien de tipo texto ográfico. La ventaja principal de este sistema respecto a un PLC con un panel operador aparte es que no esnecesario programar el panel de forma separada. Toda la programación se realiza por medio de unaherramienta software, lo que permite economizar los gastos del desarrollo del sistema.

Figura 6. Ejemplo de un OPLC Unitronics M-90

5)

Otros tipos de PLC:i) Con ordenador industrial (PC industrial) son aquellos que combina un PC normal y un PLC en

un único sistema. La parte de PLC puede estar basada en hardware (PLC de tipo slot) o basadasen un PLC con software virtual (PLC de tipo software). Los ordenadores industriales que seutilizan son de tamaño medio y tienen una gran cantidad de aplicaciones en la automatización

donde se requiere un control rápido de los procesos, así como una recopilación rápida de losdatos y un intercambio con el OPC y/o el servidor SQL (estos pueden estar integrados en el


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PC), y existe también el requerimiento de un fácil funcionamiento y monitorización y un ciclode vida largo. Los PCs industriales utilizan, a menudo, un bus de campo para el control de losprocesos y/o maquinaria automatizada. Algunos de ellos tienen incorporadas entradas/salidas,así como otro tipo de partes modulares del PLC. Sin embargo, la desventaja es que puedesuceder que, tras un periodo de tiempo, no se encuentren recambios de ciertas partes(memoria, procesador, tarjeta de video etc.) debido a que han dejado de producirse.

Figura 7. Ejemplos de PCs industriales, fabricados por la empresa Siemens

ii)

PLC de tipo de ranura se trata de una tarjeta especial, que posee todas las funciones decualquier CPU de un PLC normal. Se sitúa en una ranura vacía de la placa base, lo que permite

intercambiar directamente la información entre las aplicaciones - HIM del PC existente y/uotras aplicaciones software. La ranura de la tarjeta del PLC tiene por lo menos un canal decomunicación para conectar con el bus de campo (para conectar con unas entradas/salidasremotas o con otros dispositivos PLC).

Figura 8. PLC Omrom CS1G/H de tipo ranura

iii) PLC de tipo software, se trata de un PLC virtual, que trabaja en un ordenador personal. Paracontrolar las máquinas o procesos se utilizan los puertos de comunicación del PC (Ethernet,COM) o unas tarjetas especiales del tipo del bus del sistema (que se sitúan en el PC) quepermiten realizar una comunicación remota con las entradas/salidas de otros dispositivos parala automatización. La desventaja de los PLC de este tipo es la falta de memoria individual paraguardar los datos y la pérdida de los datos sobre el control de los procesos cuando seinterrumpe el suministro de potencia. Además, existen ciertos riesgos de que al cambiar el OSel PLC virtual no sea compatible con el nuevo sistema. Además no está garantizado que otrasaplicaciones como las HIM o los servidores OPC puedan trabajar simultáneamente con la PLCde tipo software sin generar ningún problema y que su funcionamiento no tenga ningunainfluencia sobre el del PLC de tipo software (ej. la velocidad de control sobre los procesospuede verse disminuida, la conexión sobre el bus de campo puede perderse en ciertosmomentos, etc.).

Figura 9. PLC de tipo máquina virtual por Siemens


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PLC de arquitectura maestro - esclavoEl esquema de comunicación industrial ampliamente difundido para redes de integración de equipos decontrol es el denominado “maestro esclavo”, y se utiliza en comunicaciones entre PLC y otros sistemas comoSCADA’s y en DCS’s. Este sistema de comunicación maestro - esclavo consta esencialmente de un equipo quese lo denomina maestro y uno o varios equipos denominados esclavos; el maestro es quien gobierna los ciclosde comunicación, toda iniciativa de comunicación es llevada a cabo por este equipo, los esclavos solo

responden a la petición del maestro, si les corresponde, el proceso de pregunta/respuesta de un equipomaestro a uno esclavo se lo conoce como transacción. A continuación se observa un diagramacorrespondiente a esta configuración en un PLC:

Figura 10. Ejemplo de configuración de un PLC bajo la arquitectura “maestro-esclavo”.

Como puede observarse en la figura anterior, este controlador programable tiene diseñada su arquitectura

como un sistema multiprocesos especializado, basado en redes de PLC’s, que se localizan en diferentes niveles.De este modo, el controlador denominado como ‘Maestro’ puede modificar la estructura, los algoritmos, losajustes, las asignaciones, etc. de su subordinado.Existe así otro controlador llamado ‘esclavo’, que lleva a cabo un complejo procesamiento de los datos con elfin de coordinar todo y tener muchos más recursos a su disposición. Un ‘Maestro’ puede ser un PLC o unordenador que controle de forma más potente, disponiendo un mayor acceso a los parámetros deconfiguración de cada controlador subordinado.

Tipos de señales utilizadas por los PLC’s Un PLC recibe y transfiere señales eléctricas, expresando así variables físicas finitas (temperatura, presiónetc.). De este modo es necesario incluir en el SM un convertidor de señal para recibir y cambiar los valores avariables físicas. Existen tres tipos de señales en un PLC: señales binarias, digitales y analógicas.1) Señales binarias, señal de un bit con dos valores posibles (“0” – nivel bajo, falso o “1” – nivel alto,

verdadero), que se codifican por medio de un botón o un interruptor. Una activación, normalmente abreel contacto correspondiendo con el valor lógico “1”, y una no - activación con el nivel lógico “0”. Los límitesde tolerancia se definen con interruptores sin contacto. Así el IEC 61131 define el rango de -3- +5 V para elvalor lógico “0”, mientras que 11- 30 V se definen como el valor lógico de “1” (para sensores sin contacto)a 24 V DC (Fig.12). Además, a los 230 VAC, la IEC 61131 define el rango de 0 – 40 V para el valor lógico de“0”, y 164 – 253 V para el valor lógico “1”.

2) Señales digitales, se trata de una secuencia de señales binarias, consideradas como una sola. Cada posiciónde la señal digital se denomina un bit. Los formatos típicos de las señales digitales son:

i)

tetrad –4 bits (raramente utilizado),ii)

byte –8 bits,


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iii)

word –16 bits,iv) double word – 32 bits,v) double long word – 64 bits (raramente utilizado).

3) Señales analógicas, son aquellas que poseen valores continuos, es decir, consisten en un número infinitode valores (ej. en el rango de 0 - 10 V). Hoy en día, los PLC’s no pueden procesar señales analógicas reales.De este modo, estas señales deben ser convertidas en señales digitales y vice-versa. Esta conversión se

realiza por medio de SMs analógicos, que contienen ADC. La elevada resolución y precisión de la señalanalógica puede conseguirse utilizando más bits en la señal digital. Por ejemplo, una señal analógica típicade 0 – 10 V puede ser con precisión (pasos para la conversión en una señal digital) desde 0.1 V, 0.01 V o0.001 V de acuerdo al número de bits que vaya a tener la señal digital

Principio de funcionamiento.Un PLC funciona cíclicamente, como se describe a continuación:

1) Cada ciclo comienza con un trabajo interno de mantenimiento del PLC como el control de memoria,diagnostico etc. Esta parte del ciclo se ejecuta muy rápidamente de modo que el usuario no lo perciba.

2)

El siguiente paso es la actualización de las entradas. Las condiciones de la entrada de los SMs se leen y

convierten en señales binarias o digitales. Estas señales se envían a la CPU y se guardan en los datos dela memoria.

3) Después, la CPU ejecute el programa del usuario, el cual ha sido cargado secuencialmente en lamemoria (cada instrucción individualmente). Durante la ejecución del programa se generan nuevasseñales de salida.

4)

El último paso es la actualización de las salidas. Tras la ejecución de la última parte del programa, lasseñales de salida (binaria, digital o analógica) se envían a la SM desde los datos de la memoria. Estasseñales son entonces convertidas en las señales apropiadas para las señales de los actuadores. Al finalde cada ciclo el PLC comienza un ciclo nuevo.

En la siguiente figura se muestra el ciclo de operación de un PLC Siemens S7-300 aunque el de otras empresaspuede ser algo diferente.

Figura 11. Ciclo de operación del PLC Siemens S7-300.

Respecto al tiempo de reacción entre un determinado evento, debemos mencionar que este dependerá deltipo de ejecución de un ciclo del programa aplicado. De este modo, se define tiempo de reacción como aqueldesde el momento de ocurrencia de un evento hasta el momento en el que se envía la correspondiente señalde control a la salida del PLC, como puede observarse en la siguiente figura:

Figura 12. Tiempo de reacción de un PLC


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Finalmente es interesante saber que los PLC’s modernos tienen la capacidad de operar bajo un modo demultitareas. Por ejemplo, un PLC puede trabajar simultáneamente en dos tareas diferentes (utilizandoprogramas distintos). En la práctica, un PLC puede ejecutar solamente una tarea en cada momento, sinembargo, las CPUs de los PLC’s trabajan tan extremadamente rápido que parece que el PLC ejecuta diferentestareas simultáneamente.El estándar IEC 61131 define una tarea como un elemento de ejecución de control, capaz de generar la

ejecución de una secuencia de unidades organizadas de un programa (programas de finidos) o basada enperiodicidad (tareas periódicas) o basada en un evento (tarea no-periódica).Las tareas periódicas se ejecutan periódicamente sobre un tiempo ya definido, establecido por el usuario. Lastareas no-periódicas se ejecutan con la ocurrencia de un determinado evento, relacionado con la tarea. Elevento y la tarea se relacionan mediante una variable Booleana. Un bloque de prioridad de tareas se utiliza enlas multitareas, el cual establece un plan de la prioridad de las tareas.

Direccionamientos de entradas y salidas.Como pueden existir gran cantidad de entradas y salidas, es necesario indicarle a la CPU la dirección de laentrada o salida a la que el programa usuario se está refiriendo. El direccionamiento de entradas y salidas en laprogramación de un PLC consiste en informar a la CPU, de acuerdo al formato empleado por el fabricante, la

dirección lógica de las diferentes entradas y salidas.El direccionamiento de I/O varía de marca en marca, sin embargo, la mayoría adopta una nomenclaturadividida en campos que proporciona información sobre la ubicación física de la entrada o salida, por ejemplo:Para los PLC pequeños, la especificación de SLOT y RACK no es utilizada.

Definición de CanalUn canal en un conjunto de 16 bits que puede ser procesado de forma conjunta (por ejemplo para realizar

operaciones matemáticas) o en forma individual como operaciones de bit (entradas, salidas, operaciones

booleanas y matemáticas, etc.)

Canales de Entrada (IR)Los canales de entrada introducen información binaría al PLC procedente de la máquina o la aplicación.

Dependiendo de la CPU y la configuración de tarjetas de E/S se tiene más o menos canales. Estos canales

actuarán como entradas siempre que existan las tarjetas de entrada en el PLC. De no existir se pueden utilizar

como bits o canales de trabajo (ver Canales de trabajo).

Canales de salida (IR)Los canales de salida envían el resultado de las operaciones del programa a las tarjetas de salida conectadas al

PLC que activarán actuadores como electroválvulas, relés, contactores, etc.

Canales de trabajoLos canales de trabajo son “relés internos”. Esto significa que no son ni entradas ni salidas, pero permiten

efectuar procesos intermedios en el programa. Los canales disponibles son:

Nota: Recordar que los canales de E/S no utilizados (o sea que no tienen tarjeta de E/S asignada) pueden

utilizarse como canales de trabajo.

Canales de Retención (HR)Los canales de retención son canales mantenidos por batería. Si se interrumpe el suministro de alimentación al

PLC, los canales IR vistos anteriormente “olvidan” su estado y regresan a 0 (OFF). Los canales de Retención“recuerdan” su estado, volviendo a éste tras un corte de suministro.


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Canales EspecialesLos canales especiales son aquellos que facilitan información o tienen funciones específicas asignadas. Se

verán en lecciones más avanzadas y son los llamados canales SR y AR.

Area de Datos (DM)

Son registros de almacenamiento de datos de 16 bits. Estos registros no pueden ser operados directamentecomo bits individuales y son los más utilizados para las operaciones aritméticas. Retienen su información en

caso de cortes de suministro eléctrico al igual que los HR.

Canales de Enlace (LR)Los canales de enlace LR son empleados en comunicaciones 1:1 entre dos PLC’s.

Areas de Temporizadores / ContadoresLos temporizadores se programan en formato BCD siendo su precisión de 1 décima de segundo. No obstante

existen funciones de contaje rápido.

Introducción a la programación de autómatasHasta ahora se ha tratado el hardware de los autómatas y ahora nos introduciremos en la parte software.Se va a hacer un repaso de las distintas representaciones de los sistemas de control que luego se codificarán yde los lenguajes de programación de autómatas.El software asociado a un autómata consta de dos partes. Por una parte tenemos el sistema operativo(firmware) residente en el autómata que ejecuta las órdenes del programa de usuario y vigila el correctofuncionamiento del equipo y por otra parte tenemos el software de edición y depuración de programas que

permite escribir e introducir el programa en el autómata o en un soporte físico adecuado por parte delprogramador desde un dispositivo como un PC o una consola de programación.Tenemos entonces una unidad de programación sobre la que se escribe un programa en un determinadolenguaje y que luego se conecta al PLC para traspasarle la información.Posteriormente, el firmware del PLC interpretará el código y ejecutará el programa.

Para realizar un programa comprensible por el PLC, se ejecutan diversos pasos.Una vez se sabe lo que se quiere hacer, en qué orden y los medios de que se dispone (E/S, memoria, etc.) se hade realizar una representación del sistema de control con un modelo que indique las funciones que se van arealizar mediante una representación que puede ser algebraica o gráfica.Después se asignan las salidas y entradas a los distintos elementos de nuestro modelo y se codifica el modeloanterior en un lenguaje entendible por el PLC. Por último, el código se transfiere al PLC.


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Las representaciones de los sistemas de control son una manera de expresar mediante un lenguaje lo que haceexactamente el proceso que queremos estudiar o lo que queremos que haga. Se puede expresar de diversasmaneras como por ejemplo con lenguaje usual (descripción literal) pero puede que no nos permita ser muyexactos en las descripciones debido a la complejidad de los sistemas y de la necesidad de dejar perfectamenteespecificadas las condiciones de trabajo, lo que nos obliga a utilizar útiles simbólicos de representación quenos permitan ser más precisos y dar toda la información necesaria.

Estas representaciones deben de ser comunes a los que la utilicen y coherentes en las reglas que utilicen(sintaxis).Formas de representación:• Proposicional: descripciones literales.• Algebraica: funciones booleanas y aritméticas.• Gráfica: esquemas, diagramas, grafcet.Descripciones literales: Esta manera de describir el proceso mediante el lenguaje corriente, no será exacta enlas especificaciones aunque explique correctamente el proceso a nivel general. Así, le costará expresarrelaciones entre variables, etc.Funciones algebraicas: Esta representación utilizaría funciones booleanas y aritméticas para establecercondiciones entre variables de uno o varios bits. Aunque este sistema es exacto, adolece de no poder

expresarse en función del tiempo.Esquema de relés: Es una representación gráfica de la tarea de automatización mediante símbolos decontactos abierto/cerrado. Con este modelo pueden expresarse sistemas sencillos puesto que es un tantodeficiente en representación de funciones secuenciales complejas como son los secuenciadores, los registrosde memoria, etc., y, sobre todo las señales digitales de varios bits.Diagramas lógicos: Utiliza símbolos que representan las funciones lógicas and, or, etc., o biestables, registros,contadores, etc. Este modo de representación es útil pero está alejada de muchos usuarios finales delautómata, quedando circunscrito a la representación del sistema en alto nivel, a efectos de documentacionesy especificaciones.Ordinogramas: Este modelo refleja con especial claridad la evolución y toma de decisiones del proceso aunqueno es tan claro si se intentan representar variables y señales que intervienen y las relaciones entre ellas a no

ser que se utilicen expresiones algebraicas lo que va en contra de la claridad del gráfico del modelo.

Representación GRAFCET: Es una evolución del diagrama de flujos que representa la sucesión de los distintosestados, separados por transiciones, por los que pasa el sistema.Comienza con una etapa inicial y evoluciona por el resto según las condiciones de las transiciones. En cadaetapa se representan las distintas acciones a realizar en ella y que se pueden representar aparte concualquiera de las representaciones anteriores (por ejemplo con diagrama de relés). Esta representación setratará posteriormente con más amplitud por su importancia.


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Figura 13. Ejemplo de GRAFCET

Una vez vistos los distintos tipos de representaciones del sistema que queremos automatizar, se verán losdistintos lenguajes que se pueden utilizar para codificar lo expresado con un GRAFCET, un diagrama de relés ocualquiera de las otras representaciones.Los lenguajes de programación vuelven a ser, como las distintas maneras de representación anterior,

algebraica y gráficos y, aunque sean distintos, intentan con unas reglas sintácticas definidas, construir unprograma coherente y comprensible por el autómata.Todos los lenguajes poseen instrucciones con una estructura similar:

El Campo de Operación indica qué hacer como el tipo de operación, etc., mientras que el Operando dice conquién hay que realizarlo como por ejemplo una dirección de memoria (DM150.13) o un valor numérico (136).Los lenguajes son lo suficientemente completos y complejos como para realizar cualquier tipo de operacióndesde las más sencillas como las booleanas hasta las más complejas como movimiento de datos, rotaciones debits o manipulación de ficheros.Además del lenguaje propiamente dicho puede ser necesario pasarle al autómata ciertos parámetros para

configurar su entorno como por ejemplo si está conectado a red o cómo actuará en caso de fallo de tensión oal volver a arrancar.

Lenguaje de Lista de instrucciones: Este lenguaje de mnemónicos utiliza básicamente las funcionesdel álgebra de Boole aunque como resultan insuficientes para todas las tareas que puede realizar el autómata,se amplían con un juego de instrucciones mayor como son de contadores (CNT), temporizadores (TIM),manipulación de datos (comparar datos CMP, mover datos MOV), gestión de programa (final de programaEND, salto a otro bloque JMP) o aritméticas (suma ADD, multiplicación MUL).

Lenguaje de Diagramas de contactos: Es un lenguaje gráfico que expresa relaciones entre señalesbinarias como una sucesión de contactos en serie y en paralelo. Estos contactos con dos estados(abierto/cerrado) permiten su combinación formando todo tipo de funciones lógicas equivalentes directa einmediatamente a funciones en lenguaje mnemónico.

Esta manera de representación nació como representación del diagrama de relés de uso común enautomatización y contiene contactos y bobinas a modo de relés de salida o internos además de otras funcionesque visualmente a modo de ‘caja’ realizan operaciones de lo más diverso, desde contadores a funciones decomunicaciones.Al igual que el lenguaje de Lista de instrucciones, éste ha tenido que ampliarse con otras instruccionesmediante bloques funcionales complejos que permiten la manipulación de datos, gestión del programa,funciones aritméticas y otras muchas operaciones.Este lenguaje, muy utilizado por fabricantes norteamericanos y japoneses.


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Figura 14. Diagrama de contactos

Lenguaje de Plano de funciones: Este método utiliza los símbolos contenidos en las normas DIN 40700y DIN 40719. Estos símbolos corresponden a funciones lógicas, contadores, temporizadores, multiplexores,sumadores, etc., pero al igual que les pasaba a los otros lenguajes, no abarca todas las posibles funciones quepuede realizar el autómata. Por eso, se utiliza en diagramas lógicos sencillos con variables booleanas y bloquesde tipo contador, temporizador y poco más. Debido a su baja difusión y a la no normalización de las distintasfunciones del autómata, cada fabricante ha ampliado este lenguaje con las extensiones al lenguaje deDiagrama de contactos.

Figura 15. Función lógica de Plano de funciones

Intérprete de GRAFCET: Algunos autómatas pueden ser programados mediante GRAFCET.Lenguajes de alto nivel: Con CPU cada vez más rápidas, más potentes y de mayor capacidad de tratamiento,los autómatas de gamas altas invaden aplicaciones hasta hace bien poco reservadas a los miniordenadores

industriales. Para estas aplicaciones, los lenguajes tradicionales de Lista de instrucciones o Diagrama decontactos resultan ya insuficientes.Por esta razón, los fabricantes han desarrollado lenguajes de programación próximos a la informáticatradicional, con sentencias literales de alto nivel.Sin embargo, lo más importante es que son lenguajes estructurados, donde es posible la programación porbloques o “procedimientos”, con definición de variables locales o globales, que incluyen estructuras de cálculorepetitivo y condicional como FOR ... TO, REPEAT ... UNTIL X, WHILE X ... y que disponen de instrucciones demanipulación de cadenas de caracteres, muy útiles en aplicaciones de gestión, estadística, etc.Se pueden encontrar intérpretes o compiladores de C, PASCAL, FORTRAN, BASIC, etc., lo que permite resolvertareas de cálculo científico en alta resolución, clasificaciones de datos, estadísticas, etc., con total facilidad, ycon acceso además a módulos y subrutinas específicos ya escritos en estos lenguajes y de uso general en

aplicaciones informáticas.Los lenguajes de alto nivel son posibilidades adicionales al alcance del programador, que puede, si así lo desea,utilizar sólo las formas básicas de contactos/bloques o lista de instrucciones para escribir sus aplicaciones: enotras palabras, los lenguajes avanzados nunca constituyen el lenguaje básico de un autómata o familia deautómatas, papel que queda reservado a la lista de instrucciones o al diagrama de contactos.Una ventaja adicional del programa en alto nivel es que a él se puede transcribir, casi literalmente, el diagramade flujos que constituye la primera aproximación a la representación del sistema de control.

EL GRAFCET

RESUMEN HISTÓRICO

El GRAFCET nació como resultado de los trabajos de la AFCET (Association Francaise pour la CybernétiqueÉconomique et Technique), iniciados en la década de los setenta. En principio se pretendía satisfacer la


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necesidad de disponer de un método de descripción de procesos, con total independencia de la tecnología,mediante un gráfico funcional que pudiera ser interpretado por no especialistas en automatización. El gráficofuncional permite unificar la forma de descripción del proceso para técnicos de distintos campos, desde elingeniero de organización o de producción, que define las necesidades del automatismo, pasando por el dediseño, que debe implementar el sistema de control y los accionamientos, hasta el técnico de mantenimiento,que debe cuidar de su funcionalidad o introducir modificaciones en la fase de explotación.

A partir de 1977 y gracias a la colaboración entre AFCET y ADEPA (Agence pour le DÉveloppement de laProductique Appliquée) se crearon una serie de útiles metodológicos, entre los que destaca el GEMIU (Guided'Étude des Modes de Marche et Arrêt), para apoyar el GRAFCET como método no sólo descriptivo, sino comoherramienta de diseño.En 1982 el trabajo fue recogido por un grupo de trabajo de AFNOR, organismo encargado de la normalizaciónen Francia, culminado con la publicación de la Norma NF CO3-1904. Esta norma fue también adoptada por laComisión Electrotécnica Internacional (IEC) en 1988, con el número IEC-848 y título “Établissementdesdiagrammes fonctionnels pour systèmes de commande”. En la actualidad, diversos autómatas programables incorporan algunas instrucciones de programación quepermiten introducir directamente el grafo de GRAFCET. En otros casos se dispone de software capaz decompilar un grafo GRAFCET al lenguaje de la máquina, permitiendo en ambos casos una gran flexibilidad y

rapidez de diseño, con ventajas sustanciales en las fases de verificación, explotación o eventual modificacióndel automatismo. A pesar de ello no debe confundirse el GRAFCET con un lenguaje de programación.El gráfico funcional, complementado con los métodos del álgebra de Boole, permite ir más allá de la simpledescripción e interpretación gráfica de un proceso y se ha convertido en una potente herramienta de diseñode sistemas lógicos, con unas reglas bastante simples.

INTRODUCCIÓN AL DISEÑOAl ir a diseñar con GRAFCET, debemos tener en cuenta la filosofía de este tipo de diseño para poder aplicarcorrectamente las reglas que rigen este método.Así se deberá caracterizar el sistema en función de lo que va a hacer y no en función de lo que estáconstituido. Así será independiente de la tecnología utilizada.

Se deberá dividir el proceso estudiado en macroetapas que representen operaciones distintas y a su vezdeberíamos subdividir estas macroetapas en etapas elementales que correspondan a las acciones más simplesposibles que se realizan en nuestro sistema.A continuación se establecerá un gráfico de evolución que indique la secuencia de etapas y las condicionespara pasar de una a otra. Se establece para cada etapa lo que acontece en ella y las relaciones entre salidas yentradas. Finalmente se utiliza para cada etapa un biestable que maneje una variable denominada variable deestado.A continuación se exponen los principales elementos y reglas utilizados para realizar un GRAFCET.El modelo GRAFCET está basado en los siguientes elementos y reglas:

ELEMENTOS GRÁFICOS.Estos son los elementos principales que constituyen los símbolos a partir de los cuales se dibuja el gráficofuncional.1. 1.- Las etapas, que representan cada uno de los estados del sistema. La relación de entradas y salidas dentrode una etapa es puramente combinacional. El símbolo empleado para representar una etapa es un cuadradocon un número o símbolo en su interior que la identifica.Se denominan etapas iniciales aquéllas en que se posiciona el sistema al iniciarse el proceso por primera vez.Las etapas iniciales se representan por un cuadrado con doble línea.2. Las líneas de evolución, que unen entre sí las etapas. Las líneas siempre orientadas de arriba hacia abajo, amenos que se represente una flecha en sentido contrario.3. Las transiciones, que representan las condiciones lógicas necesarias para que finalice una etapa y se inicie laetapa o etapas inmediatamente consecutivas.Gráficamente se representan las transiciones por una línea cruzada sobre las líneas de evolución.


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4. Los reenvíos son símbolos en forma de flecha que indican la procedencia o destino de las líneas deevolución. Las flechas de reenvío permiten fraccionar un gráfico o evitan dibujar líneas de evolución conexcesivos cruces.5. Dos líneas de evolución que se crucen debe interpretarse, en principio, que no están unidas.6. Cuando se recorre el gráfico de evolución, por cualquier camino posible, deben alternarse siempre unaetapa y una transición. La regla básica de sintaxis del GRAFCET es que entre dos etapas debe existir una y sólo

una condición de transición.Es posible representar qué etapas están activas y cuáles están inactivas. El simbolismo utilizado para elloconsiste en marcar con un punto las etapas activas.

MENSAJES DE INTERPRETACIÓN.Estos mensajes pueden ser textos, símbolos o ecuaciones lógicas asociados a las etapas o transiciones paraindicar la actividad desarrollada o las relaciones entre variables del sistema que deben cumplirse. Puedendistinguirse dos tipos de mensajes:1. Mensajes de acción asociados a cada etapa. Indican cuál es la actividad a desarrollar en dicha etapa cuandoesté activa bien sea en forma de texto o en forma de ecuaciones lógicas que indiquen la relaciónsalidas/entradas.

2. Mensajes de receptividad asociados a cada transición. Estos mensajes indican las condiciones lógicasnecesarias y suficientes para pasar de cada etapa a la consecutiva o consecutivas.

REGLAS DE EVOLUCIÓN.Estas son las principales reglas que permiten definir e interpretar de forma unívoca el comportamientodinámico del sistema.1. Cada etapa tiene asociada una variable de estado Xi de tipo bit.2. Se distinguen dos posibles estados de una etapa: activa o inactiva.3. Durante la evolución normal del proceso, una etapa no inicial se activará cuando esté activada la etapaanterior y se cumplan las condiciones de transición entre ambas.4. Cualquier etapa se desactiva cuando se cumplan las condiciones de transición a la siguiente o siguientes ydicha transición se haya efectuado.5. Una transición puede encontrarse en una de las cuatro situaciones siguientes:• No validada: La etapa o etapas inmediatamente anteriores o siguientes no están activas.• Validada: La etapa o etapas inmediatamente anteriores están activas, pero no se cumple la condición lógicade transición.• Franqueable: La etapa o etapas inmediatamente anteriores están activas y se cumple la condición lógica detransición.• Franqueada: Se ha activado la etapa o etapas inmediatamente siguientes y se han desactivado la etapa oetapas inmediatamente anteriores.6. Sólo se podrá franquear una transición si ésta está previamente validada.7. Toda transición franqueable será inmediatamente franqueada.8. Si hay varias transiciones franqueables simultáneamente, serán franqueadas simultáneamente.9. El franqueo de una transición implica automáticamente la desactivación de todas las etapasinmediatamente anteriores.10. Si una etapa debe ser simultáneamente activada y desactivada, dicha etapa permanecerá activada.11. El gráfico de evolución debe ser siempre cerrado, sin dejar ningún camino abierto.En el GRAFCET existen dos estructuras como son la divergencia en Y y en O que permiten que un GRAFCETevolucione por diversos caminos a la vez o bajo determinadas condiciones


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PRENSA HIDRÁULICA

DESCRIPCIÓN TECNOLÓGICA:

Automatizar una prensa hidráulica, de modo que sólo pueda funcionar cuando la rejilla protectora estécerrada (S3 y S4). Además deberán haberse presionado dos pulsadores (S1 y S2), y el pistón se encuentre en suposición inicial (S5).

Si durante el descenso del pistón, la rejilla de abre o se deja de presionar cualquiera de los dos pulsadores, elpistón se detiene instantáneamente.

Cuando el pistón llega al límite inferior (S6), inmediatamente inicia su retorno al límite superior. Durante suretorno, la rejilla protectora puede abrirse y dejar de presionar los pulsadores.

Todos los pulsadores e interruptores de final de carrera están normalmente abiertos en su estado de reposo.

Se pide:

1. LISTA DE ORDENAMIENTO

ENTRADAS

SALIDAS


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2. DIAGRAMA DE CONTACTOS

3. PLANO DE FUNCIONES

4. DIAGRAMA DE CONEXIONES

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