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Introducción a los PLC’sIntroducción a los PLC’s

Laboratorio de Electrónica. Julio de 2009Autor: José Juan Rincón Pasaye UMSNH-FIE

¿¿Qué Qué son los PLC’sson los PLC’s??

PLC = Programmable Logic ControllerPLC = Programmable Logic Controller

Programmable.- Computadora de propósito específico. Lenguaje de programación propio

Logic.- Basado en funciones lógicas (ON/OFF)

Controller.- Interacción directa con dispositivos externos

*PLC también es una marca registrada de Allen-Bradley,

pero actualmente se ha vuelto un término genérico.

Autor: José Juan Rincón Pasaye UMSNH-FIE

¿¿Qué Qué son los PLC’sson los PLC’s??

El PLC está diseñado para realizar control automático en tiempo real de procesos secuenciales, máquinas o herramientas en ambientes industriales.

El PLC fue concebido originalmente para reemplazar el control basado en relevadores.


El relevadorEl relevador

Principio de operación:


El relevadorEl relevador

Aspecto físico:


AntecedentesAntecedentes

Control basado en relevadores:

Cada esquema de control estaba alambrado en tableros de relevadores.

Cuando cambian los requerimientos de producción también tiene que cambiar el sistema de control.

Cambios frecuentes Costo elevado, e.g. industria automotriz.

Los relevadores son dispositivos electromecánicos: vida útil limitada.

Conexiones entre cientos o miles de relés enorme esfuerzo de diseño y mantenimiento.



En 1968 Ford y General Motors imponen condiciones a sus proveedores de sistemas de control:

Debían ser fácilmente programables y modificables por ingenieros de planta o personal de mantenimiento.

El tiempo de vida debía ser largo.

Operación en entornos industriales adversos.



Bedford Associates propuso algo denominado Controlador Digital Modular o MODICON (MOdular DIgital CONtroler).



En la década de los 70’s el desarrollo de los microprocesadores generó un auge en el desarrollo de los PLC, mejorándolos en

Mayor capacidad de memoria Mayor capacidad de entradas /salidas Reducción de tamaño Incorporación de funciones más poderosas Facilidad de programación: mejormaiento de la

interfaz hombre-máquina Comunicación con otros PLC y otras

computadoras de control en red.



En la década de los 80’s continuó el mejoramiento de los PLC, en cuanto a

Mayor concentración de entradas /salidas por módulo

Incorporación de funciones analógicas: Control PID

Servocontroladores

Control Fuzzy



Década de los 90’s:

Tendencia a la estandarización

Reducción de protocolos de comunicación

El estándar IEC-1131-3 intenta unificar el sistema de programación de PLCs en un único sistema a nivel mundial.

Desplazamiento del PLC por las cada vez más potentes PCs.



Tendencia actual:Tendencia actual:


Campos de aplicaciónCampos de aplicación

Aplicaciones donde es necesario realizar procesos de

Maniobra, secuenciación, señalización

Maquinarias con procesos variables

Procesos de producción cambiantes por periodos

Procesos complejos y amplios

Ejemplos típicos:

Máquinas herramientas, máquinas transfer, maquinaria industrial del mueble y madera, plásticos, cementeras, industria química y eléctrica, empacadoras y ensambladoras, semáforos, control de iluminación, riego de jardines, invernaderos, climatización, etc..


Campos de aplicaciónCampos de aplicación

Máquina transfer para manufactura flexible


Opciones TecnológicasOpciones Tecnológicas

Lógica Cableada

Relés electromagnéticos

Electroneumática

Electrohidráulica

Electrónica estática

Lógica Programada

Computadoras

Microcontroladores

Dispositivos Lógicos Programables (FPGAs)

PLCs


Ventajas respecto a la lógica cableadaVentajas respecto a la lógica cableada

Reducción del tiempo de diseño

Reducción del cableado

Reducción de espacio

Posibilidad de hacer cambios en el diseño sin cambiar el cableado

Facilidad de mantenimiento

Desventajas: En lugar de alambrar hay la necesidad de programar. Dependiendo del modelo, la inversión inicial puede ser muy elevada.


Estructura de un PLCEstructura de un PLC

Estructura Compacta: Contiene todos sus elementos en un solo módulo:

Fuente dealimentación

Fuente dealimentación

CPUCPUCPUCPU Entradas/Salidas

Entradas/Salidas

ActuadoresActuadores

SensoresSensores

Interfaz de programación

Memoria


Estructura de un PLCEstructura de un PLC

Estructura Modular:

• Estructura americana: Separa las unidades de Entrada/Salida del resto de las unidades del PLC.

• Estructura Europea: Separa un módulo para cada función: Fuente, CPU, Entradas/Salidas, etc.


Gamas de PLCsGamas de PLCs

La capacidad más importante de un PLC es su número de entradas/salidas:

• Gama Baja: número de E/S menor de 256

• Gama Media: número de E/S de 256 a 1024

• Gama Alta: número de E/S mayor de 1024


Unidades de Entrada/SalidaUnidades de Entrada/Salida

Tipos de Entrada: se pueden clasificar en cuanto a la tensión que manejan como:• Libres de tensión• De corriente directa• De corriente alterna

Y en cuanto al tipo de señal:• Analógicas• Digitales



Tipos de Salida: también se clasifican de acuerdo al tipo de voltaje manejado:• a relevador (corriente directa o alterna)• a triac (sólo corriente alterna)• a transistor (sólo corriente directa)

Y en cuanto al tipo de señal:• Analógicas• Digitales



Aislamiento galvánico: Para protección contra sobrevoltajes, sobrecorrientes o errores de conexión, tanto entradas como salidas pueden ser de dos tipos:

• Con aislamiento galvánico (por optoacopladores)• Con conexión directa.


Ciclo de operación del PLCCiclo de operación del PLC

Inicio

Lee estadode entradas

Ejecutaprograma

Diagnosticacomunicaciones

Actualizasalidas


n

ProgramaciónProgramación

Lenguaje original: Diagrama de contactos (diagrama de escalera)

m

nPL1

PL3

m

m

nPL2

Símbolos lógicos:


El PLC LOGO!El PLC LOGO!

El PLC LOGO! De SIEMENS es un PLC de bajo costo, muy compacto de gama baja

Familia de PLCs de Siemens



El LOGO! Básico tiene 8 entradas y 4 salidas (ampliable) y tiene dos versiones:



8 EntradasFuente

4 salidas

Interfaz local de

programación

Cable para programación

remota



Identificación y variantes:

12: versión de 12 v DC24: versión de 12 v DC230: versión de 115…240 v ACR: Salidas a ReléC: Incluye timer semanalo: Versión “ciega”DM: Módulo digitalAM: Modulo analógicoCM: Módulo de comunicaciones

Entradas Analógicas



Montaje en un Riel:



Conexión de Fuente y Entradas:

Sólo las entradas de grupos distintos pueden ser conectadas a fases distintas

Separador de grupos



Conexión de Salidas a relé:

Carga

Protección16 Amp.

Max.


Arrancando LOGO!Arrancando LOGO!

Al energizar sin programa en Memoria:

Con programa ejecutándose en memoria:

>Program.. PC/Card.. Start..

No ProgramOKOK


I:123456

DD hh:mmQ:1234

OKOK


Progamación del PLC-LOGO!Progamación del PLC-LOGO!

Crear un programa en Logo! es equivalente a alambrar un circuito lógico con los componentes que Logo! Proporciona:

Conectores: Entradas: I1, I2, …I6, I7, …I24, AI1, …, AI8

Salidas: Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, …, Q16, AQ1, AQ2

Banderas: M1, …, M8, M9, …, M24

Constantes: hi, lo, x

Bloques: Funciones Básicas

Funciones EspecialesAutor: José Juan Rincón Pasaye UMSNH-FIE


Vista de un Bloque en el display de Logo!

B01I2 ≥1B2 Q1x

Número de bloque asignado por LOGO!

Salida

Entrada

Salida de otro Bloque

No conectado

Bloque



Interconexión de Bloques: Como sólo se puede ver un bloque a la vez, LOGO! Asigna números para indicar la interconexión entre bloques:

B01B2 ≥1B3 Q1x

B02I2 ≥1B2 B1x

B03I2 ≥1B2 B1x

B1 Q1



Ejemplo 1: Se programará en LOGO! El siguiente circuito lógico:

I1

I2 I3

K1

K1

Carga

Bobina de Relé

Contacto de Relé

L1

L1

I1

I2

I3

L N



En LOGO!:

I1 ≥1 Q1x

I2 &I3x

L1

L1

I1

I2

I3



Alambrado:

I1 ≥1 Q1x

I2 &I3x

L1

L

N

L1



Creación del programa en LOGO!


OKOK>Edit Prg Clear Prg Set Clock

ESCESC

Q1

OKOK

ESCESC

Modo de programación

Otra salida

El programa comienza desde la salida hacia atrás



Manejo del Cursor en modo de Programación:

Se puede Mover el cursor cuando está en forma de “_” Presione alguno de los botones para moverse sobre el circuito

Presione para cambiar a modo de selección de Conector o Block.

Presione para salir del modo de programación.

En modo de selección de Conector o Block (el cursor se ve en forma de un bloque sólido)

Presione para seleccionar un Conector o un Block

Confirme con

Presione para volver al modo anterior

OKOK

ESCESC

OKOK

ESCESC



Creación del programa del Ejemplo 1

I1 ≥1 Q1x

I2 &I3x

Q1

Cursor

_ Q1_ OKOK

Co Q1↓




OKOK

Co Q1↓

Gf Q1↓

B01 B2 & B3 Q1 x

B01_ ≥1 Q1

OKOK

B01 Co ≥1 Q1

OKOK

↓ B01 I1 ≥1_ Q1

OKOK



Creación del programa del Ejemplo 1OKOK

OKOK

OKOK B01 I1 ≥1_ Q1

OKOK B02_ & B01

OKOK

OKOK

B02I2 &_ B01

OKOK

OKOK

OKOK

B02I2 &I3 B01_

OKOK

OKOKOKOK

B02I2 &I3 B01x

B01 I1 ≥1B02 Q1_ ?




OKOK

B01 I1 ≥1B02 Q1_ ?

B01 I1 ≥1B02 Q1x

OKOK

B01 Q1

ESCESC

>Edit Prg Clear Prg Set Clock



Ejecución del Programa

ESCESC>Edit Prg Clear Prg Set Clock

Program.. PC/Card..>Start..

OKOK

I:123456

DD hh:mmQ:1234

Modo de Ejecución



Modificación del programa:

Si el diagrama del ejemplo 1 se desea cambiar a:

I1 ≥1 Q1x

I2 ≥1I3x



Pasar a modo de edición de programa:

B01 Q1

varias teclas de cursor

B02I2 &I3 B01x

_OKOK B02

I2 ≥1I3 B01x

OKOK



Borrado de Bloques:

Si deseamos borrar el bloque B01 del ejemplo 1:

I1 ≥1 Q1x

I2 ≥1I3x



En modo de edición de programa:

El circuito queda:

B01 Q1_

OKOKOKOK

B01 Q1_OKOK

B02 Q1

I2 ≥1I3x

Q1


Funciones Lógicas BásicasFunciones Lógicas Básicas

LOGO! Cuenta con las siguientes funciones Básicas:

Función AND Función OR Función NOT

Función NAND Función NOR Función EXOR

& ≥1 1

& ≥1 =1



Otras funciones Básicas:

Función AND con detección de flanco (transición)

Función NAND con detección de flanco (transición)

&↑

&↓



Función AND con detección de flanco (transición)

&↑ Produce una salida 1 solamente cuando todas sus entradas son 1 y al menos una de ellas era 0 en el ciclo previo.

123

Q



Función NAND con detección de flanco (transición)

Produce una salida 1 solamente cuando al menos una de sus entradas es 0 y todas ellas eran 1 en el ciclo previo.

123

Q&↓


Funciones EspecialesFunciones Especiales

Las aplicaciones más poderosas del PLC están basadas en el manejo de timers y contadores. Este tipo de funciones se denominan Funciones Especiales, a continuación se describen algunas.

El Latch Set Reset:

SRPar

QRS

Set: Activa la Salida Q=1

Reset: Apaga la salida Q=0

Parámetro: Activa/desactiva la Retentividad= Capacidad de conservar el estado previo a una corte de energía.



Ejemplo: Un arrancador simple de motor consiste en un botón de arranque A y un botón de paro P. En este caso se ha agregado un switch C de mantenimiento para evitar el arranque.

MotorRS

&ACx

P

L

N Motor

A

P

C



Encendido Retardado (ON Delay).- Esta función permite programar el encendido temporizado de dispositivos.

TrgPar Q

Trg: En el flanco de subida arranca el conteo de tiempo, cuando el tiempo programado termina la salida se enciende. Si Trg=0 la salida se apaga.Par: Establece el tiempo de retardo de encendido.Opciones de Protección:+: Permite Lectura/Modificación en modo de asignación de parámetros-: Protege contra Lectura/escritura en modo de asignación de parámetros y sólo puede ser modificado en modo de programación



Modo de asignación de parámetros: Permite visualizar y/o modificar valores de parámetros siempre y cuando no estén protegidos.

ESCESC OKOK

I:123456

DD hh:mmQ:1234

Modo de ejecución

>Set Clock Set Param

OKOK

B01:TT=03:00s

Ta=00.00s

Tiempo de retardo en evolución

Tiempo de retardo programado



Apagado Retardado (OFF Delay).- Esta función permite programar el apagado temporizado de dispositivos.

TrgRPar

Q

Trg: En el flanco de bajada enciende la salida y arranca el conteo de tiempo, al terminar el tiempo programado la salida se apaga. Si Trg=1 el conteo se reinicia.R (Reset): Si R=1 la salida se apaga.Par: Establece el tiempo de retardo.Opciones de Protección:+: Permite Lectura/Escritura-: Protege contra Lectura/escritura



Ejemplo: Secuencia de encendido de dos dispositivos

TrgRPar

Q


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