TC Control Teory

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a) Sistemas de Control basados en eventosa) Sistemas de Control basados en eventos

Características equipos control en los 70’s: • alto costo;• requerimiento de personal capacitado;• complejidad de las interfaces (equipos a procesos).

i) El Controlador Lógico Programable (PLC)

Hoy (“Controladores Lógicos ProgramablesControladores Lógicos Programables” o PLC’sPLC’s, también denominados “autómatas programablesautómatas programables”):

• sistemas económicos, robustos y flexibles;• de fácil manejo por el operador;• simplicidad de interconexión con los procesos (facilidad

para manejar corrientes y tensiones más grandes que las que maneja la CPU del equipo)

Los primeros PLC’s sustituyeron los clásicos sistemas con relés o con circuitos lógicos, y son “configurablesconfigurables” (a través de un programa con un modo de programación muy similar a la que se usaba para definir la lógica de relés).

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NANC

a) Sistemas de Control basados en eventosa) Sistemas de Control basados en eventosi) El Controlador Lógico Programable (PLC)

NA NC

FísicamenteFísicamente EsquemáticamenteEsquemáticamente

Los relésLos relés

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Circuito de controlCircuito de control(Diagrama de relés)(Diagrama de relés)

Encendido con botonera partir-pararEncendido con botonera partir-parar

EsquemáticamenteEsquemáticamente

NA NC

B1

B1

NA

a) Sistemas de Control basados en eventosa) Sistemas de Control basados en eventosi) El Controlador Lógico Programable (PLC)

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Los PLC’s hoyhoy superan los sistemas basados en lógica de relés:• mejor sistema de instrucciones sistema de instrucciones (inclusión de (inclusión de

temporizadores y contadores, instrucciones aritméticas y temporizadores y contadores, instrucciones aritméticas y lógicas, etc.)lógicas, etc.);

• mayor velocidad de respuestavelocidad de respuesta;• mejores interfaces con los procesos interfaces con los procesos (tratamiento de (tratamiento de

entradas y salidas analógicas)entradas y salidas analógicas);• mejor capacidad de comunicación capacidad de comunicación (buses de campo o (buses de campo o

“field bus”).“field bus”).


Energía RespuestaSeñalesde control

Señales deconsigna

SISTEMADE CONTROL

ACCIONAMIENTOS PLANTA

Elementos de SeñalElementos de Señal Elementos de PotenciaElementos de Potencia

La principal virtud de un PLC es su robustezrobustez y su capacidad de capacidad de conexión con las señales provenientes de los procesosconexión con las señales provenientes de los procesos.

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Los sistemas de control se pueden dividir en:i) El Controlador Lógico Programable (PLC)

• analógicos;• digitales• híbridos (analógicos-digitales)

• Los sistemas analógicossistemas analógicos trabajan con señales continuas (presión, temperatura, velocidad, etc.), usando voltajes o corrientes voltajes o corrientes proporcionales a dichas magnitudesproporcionales a dichas magnitudes (P/E: 0-10V0-10V, 4-20mA4-20mA, etc).

• Los sistemas digitalessistemas digitales trabajan con señales binarias (toman sólo dos niveles o estados posibles: abierto-cerradoabierto-cerrado; conduce-no conduce-no conduceconduce; mayor-menormayor-menor, etc.), que se suelen representar por valores 11 y 00 (usando notación del Álgebra de Boole).

Los automatismosautomatismos pueden ser lógicoslógicos (grupos de variables de un un solo bitsolo bit) o digitalesdigitales (variables de varios bitsvarios bits, como estado de contadores, etc.).

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La CPU del PLC trabaja en forma digitaldigital (microcomputador) .


El advenimiento de la instrumentación inteligenteinstrumentación inteligente (“smartsmart”) y el uso de buses de campobuses de campo, hará que las señales analógicasanalógicas sean desplazadas por las digitalesdigitales. La gran cantidad de equipamiento analógico disponible a nivel industrial (tanto electrónico como neumático y/o hidráulico) no permiten augurar que su cambio total ocurra en un futuro muy cercano.

Las señales de los procesos y acciones de control son –por lo general- de carácter analógicoanalógico.

Los PLC’s tienen en sus interfaces las conversiones A/Dconversiones A/D y D/AD/A.

Muchos dispositivos (tanto de entradaentrada como de salidasalida) manejan señales binarias (no requieren conversores).

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La ventaja del PLC frente a los sistemas cableados convencionales (lógica de reléslógica de relés o de circuitos lógicoscircuitos lógicos) radica en que el funciona-miento del sistema depende de un programa y no de un circuito.

Automatismos cableados y programablesAutomatismos cableados y programables

• Sistemas cableados (poco adaptables);• Sistemas programables (muy adaptables)

Aunque todos los equipos basados en “microprocesador” pueden considerarse como “programablesprogramables”, aquí debe entenderse como “configurables a través de un programaconfigurables a través de un programa” desarrollado por el usuario.

Con un mismo “hardwarehardware” o equipo se pueden realizar distintas funciones, modificando el “softwaresoftware de de configuraciónconfiguración”.

Se distinguen:


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Las diferencias entre ambos automatismos puede resumirse como sigue:

CARACTERISTICASISTEMA

CABLEADOAUTOMATA

PROGRAMABLE

Flexibilidad de adaptación al proceso Baja AltaHardware estándar para distintas aplicaciones No SíPosibilidades de ampliación Bajas AltasInterconexiones y cableado exterior Mucho PocoTiempo de desarrollo del proyecto Largo CortoPosibilidades de modificación Difícil FácilDifícil Mantenimiento Difícil FácilHerramientas para prueba No SíStoks de mantenimiento Medios BajosModificaciones sin parar el proceso (”on line”) No SíCosto para pequeñas series Alto BajoEstructuración para bloques independientes Difícil Fácil

Automatismos cableados y programablesAutomatismos cableados y programablesi) El Controlador Lógico Programable (PLC)

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Se considera al autómata programable como el conjunto de dispositivos integrados por la unidad de controlunidad de control y las interfaces interfaces con las señales del procesocon las señales del proceso.

Puede considerarse como un equipo con un “hardware” estándar“hardware” estándar, con capacidad de conexión directa con las señales de campocapacidad de conexión directa con las señales de campo (a transductores y periféricos electrónicos), con niveles de tensión y con niveles de tensión y corriente industrialescorriente industriales, y configurable por el usuarioconfigurable por el usuario.

El conjunto de señales de consigna y de realimentación que entran al PLC se les denomina “entradasentradas”, mientras que las que se obtienen de él se denominan “salidassalidas”, pudiendo ser –en ambos casos- análogas análogas o digitalesdigitales.

Se habla de “modularidadmodularidad” cuando el hardware está dividido en partes interconectables que permiten conformar el sistema según las necesidades.

El Autómata ProgramableEl Autómata Programable


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La “modularidadmodularidad” permite distinguir entre autómatas “compactos” (el dispositivo incluye –en un solo cuerpo- la unidad de control y un mínimo de entradas y salidas). Con unidades de expansión pueden llegar hasta 256 “puntos” (entradas o salidas) adicionales o más.Cuando se requiere un número mucho más grande de puntos (más de 1000 con una única CPU), es necesario acudir a sistemas sistemas modulares montados en rackmodulares montados en rack.

Existe la posibilidad de tener varios sistemas en paralelo, cada uno con su propia CPU y haciendo tareas distintas. Este tipo de configu-raciones ha dado lugar a los que se conoce como “inteligencia inteligencia distribuidadistribuida”, fundada en la comunicación que puede existir entre los distintos ordenadores. Esta técnica sustituye al “gran” autómata en que residía toda la inteligencia del proceso (“inteligencia inteligencia centralizadacentralizada”)



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Ejemplos de PLC’s compactos

Ejemplo de PLC modular



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La estructura básica de un PLC y su forma de conexión a un proceso se muestra en la siguiente figura:

ii) Arquitectura. Interfaces I/O.ii) Arquitectura. Interfaces I/O.

TERMINAL DE PROGRAMACIÓN

SENSORES MAQUINA O PROCESO

MODULO DE ENTRADAS

MODULO DE SALIDAS

CPU

PERIFERICOS

FUENTE

ACTUADORES

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La secuencia de operaciones de un PLC se define en base al análisis de un conjunto de entradas del sistemaconjunto de entradas del sistema y, dependiendo del programa de operación, se toman acciones sobre un conjunto de las conjunto de las salidas del mismosalidas del mismo.

Las señales de entradaseñales de entrada pueden provenir de elementos digitaleselementos digitales (como sensores de fines de carrera, detectores de proximidad, interruptores o pulsadores, etc.) o analógicosanalógicos (sensores de presión o temperatura, señales de voltaje o de corriente, etc.).

Las señales de salidaseñales de salida pueden ser acciones digitalesacciones digitales (activación de un relé o motor, encendido de una ampolleta, etc.) o analógicasanalógicas (accionamiento de una válvula entre sus diversas posiciones, etc.).

Estas condiciones de entrada o de salida de un PLC se realizan a través de interfaces específicas estandarizadasinterfaces específicas estandarizadas, que permiten configurar fácilmente un sistema de acuerdo a las necesidades del usuario.

a) Sistemas de Control basados en eventosa) Sistemas de Control basados en eventosii) Arquitectura. Interfaces I/O.ii) Arquitectura. Interfaces I/O.

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Un PLC tiene básicamente los siguientes bloques:Bloques principales de un autómataBloques principales de un autómata

La unidad de controlunidad de control consulta el estado de las entradas y extrae de la memoria de programa la secuencia de instrucciones a ejecutar, elaborando –a partir de ellas- señales de salida que se enviarán al proceso. Simultáneamente, actualiza los temporizadores y contadores internos que se hayan utilizado en el programa.Durante la ejecución del programa, las instrucciones se van las instrucciones se van ejecutando en serieejecutando en serie (una tras otra). La memoria contiene todos los datos e instrucciones necesarias para la ejecución del programa.

• Unidad Central de Proceso o Control (CPU);• Memorias internas;• Memorias de programa;• Interfaces de entrada y de salida;• Fuente de alimentación.


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La memoria internamemoria interna es la encargada de mantener los datos intermedios de cálculo y variables internas que no aparecen directamente sobre las salidas, así como un reflejo o imagen de los últimos estados leídos sobre las señales de entrada o enviados a las señales de salida.La clasificaciónclasificación de una memoria interna se realiza por el tipo de tipo de variables que almacenavariables que almacena y por el número de bits que ocupa la número de bits que ocupa la variablevariable. Pueden agruparse en:

• Posiciones de un bit (bits internos)o Memoria imagen de entradas/salidaso Relés internoso Relés especiales o auxiliares

• Posiciones de 8, 16 o más bits (registros internos)o Temporizadoreso Contadoreso Otros registros de uso general.

Bloques principales de un autómataBloques principales de un autómataii) Arquitectura. Interfaces I/O.ii) Arquitectura. Interfaces I/O.

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El área de memoria imagenmemoria imagen almacena las últimas señales leídas en la entrada y enviadas a la salida, actualizándose después de cada ejecución completa del programa (ciclo de barrido o de “scan”).

Después de ejecutar el programa, la CPU orden el intercambio de señales entre las interfaces I/O y la memoria imagen. Por lo tanto, mientras dura la ejecución, los estados de las señales de entradas considerados para el cálculo no son los actuales de la planta sino los almacenados en memoria (leídos en el ciclo anterior).Por otra parte, los cálculos realizados no van directamente a las interfaces de salida, sino que se almacenan en los lugares correspondientes. Esto hará que la transferencia global de todas las señales (lectura de entrada y escritura de salidas) se realice cuando finaliza cada ciclo de barrido.Las posiciones de la memoria imagen se denominan “puntos de puntos de E/SE/S” (“I/O pointsI/O points”). Esta cantidad es propia de cada PLC.


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Los relésrelés (internos, auxiliares y especialesinternos, auxiliares y especiales) se identifican con lugares de memoria de 1 bit, y almacenan el estado interno de un sistema (relojes, bits de control, estado de la CPU, etc.). Estos relés pueden consultarse desde el programa, pero no afectan directamente a ninguna salida.

La memoria de programamemoria de programa contiene la secuencia de operaciones que deben realizarse sobre las señales de entrada para obtener las señales de salida, así como los parámetros de configuración del autómata. Para introducir una modificación sobre el sistema de control, sólo es necesario modificar el contenido de esta memoriasólo es necesario modificar el contenido de esta memoria.Las interfaces de entrada y salidainterfaces de entrada y salida establecen la comunicación del autómata con la planta. Para ello, las señales del proceso se conec-tan a través de los bornes previstos. La interfaz se encarga de adaptar las señales que se utilizan en el proceso a las manejadas internamente por la máquina.


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Las interfaces I/O establecen la conexión física entre la unidad central y el proceso, filtrando, adaptando y codificando de manera comprensible para dicha unidad las señales procedentes de los elementos de entrada, y decodificando y amplificando las señales generadas durante la ejecución del programa (antes de enviarla a los elementos de salida).Las interfaces pueden clasificarse según:

Interfaces de entrada y de salidaInterfaces de entrada y de salida

• El tipo de señaleso Digitales de 1 bito Digitales de varios bitso Analógicas

• Por la tensión de alimentacióno De CC (P/E: de 24 VCC)o De CC a colector abierto (PNP o NPN)o De CA (60/110/220 VCA).o Salidas por relés (libres de tensión)


Interfaces de entrada y de salidaInterfaces de entrada y de salida

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También por:• Por el aislamiento

o Con aislación galvánica (optoacopladores),o Con acoplamiento directo.

• Por la forma de comunicación con la unidad centralo Comunicación serie,o Comunicación paralelo.

• Por la ubicacióno Locales,o Remotos.

Existen clasificaciones más específicas, dependiendo del tipo de autómata (compactocompacto o modularmodular), incluyendo la adaptación de transductores específicos (termocuplas, etc.) así como interfaces de comunicaciones (tanto para su programación como para su interco-nexión a buses industriales), tal como se verá en futuros ejemplos.


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La forma como se ejecutan las acciones de un PLC se muestra en el siguiente esquema:

Secuencia de ejecución del programaSecuencia de ejecución del programa

SEÑALES EN LA INTERFAZ DE ENTRADAS A MEMORIA

IMAGEN DE ENTRADAS

SEÑALES DE MEMORIA IMAGEN DE SALIDAS A INTERFAZ DE SALIDAS

EJECUCIÓN DELPROGRAMA

Las posiciones dela memoria imagen

se denominan “Puntos de E/SPuntos de E/S”

iii) Ciclo de funcionamiento y configuración del autómataiii) Ciclo de funcionamiento y configuración del autómata


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Cuando un autómata está energizado, puede encontrarse en uno de los siguientes modos o estados de operación:

Modos de operaciónModos de operación

RUNRUN: El autómata se encuentra en el modo de ejecución normal del programa.

• Las salidas cambian según el valor de las entradas y lo establecido por el programa.

• Los temporizadorestemporizadores y contadorescontadores configurados evolucionan en forma normal.



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STOPSTOP: La ejecución del programa se detiene por orden del usuario.

• Las salidas pasan a estado OFF

• Las posiciones internas (relés y registros), contadores y temporizadores mantienen su estado en memoria interna

• Cuando pasa a RUN, todas las posiciones internas, excepto las “protegidasprotegidas”, pasan a estado OFF.




ERRORERROR: El autómata detiene su ejecución por un error de funcionamiento, hasta que se solucione el error.

• Las salidas pasan a estado OFF

• Cuando se corrige el error, para que el autómata nuevamente entre en modo RUN, es necesario un “resetreset” desde la CPU, o por el usuario, o por un comando enviado desde el programa.



a) Sistemas de Control basados en eventosa) Sistemas de Control basados en eventos 23

Los aspectos citados se muestran en el siguiente esquema:




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Configuraciones de la Configuraciones de la unidad de controlunidad de controlLa Unidad de Control debe:

• Ejecutar las instrucciones

• Ordenar transferencia de información I/O

• Establecer lazos de regu-lación y control

• Comunicarse con los operadores y con el entorno.

Puede configurarse como:



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Configuraciones de la unidad de controlConfiguraciones de la unidad de control

Existen sistemas con multiprocesadores centrales:



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Un ejemplo de PLC con multiprocesa-dores centrales es el SIMATIC S5 (de Siemens)

Configuraciones de la unidad de controlConfiguraciones de la unidad de control



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Unidades de Control redundantesUnidades de Control redundantesPor los riesgos que pueden ocurrir durante la operación del proceso, una forma de asegurar el normal funcionamiento es mediante la incorporación de unidades de control redundantes:

Funcionamiento redundanteFuncionamiento redundante Funcionamiento supervisadoFuncionamiento supervisado



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Entradas/Salidas distribuidasEntradas/Salidas distribuidas

Según la conexión de las entra-das o salidas con la CPU del autómata base, existen diversas formas de conexión:

• BusBus: un solo procesador de enlace en la unidad base.

• EstrellaEstrella: Hay tantos procesadores de enlace como unidades de expansión.

• MixtaMixta: La unidad base tiene procesadores independientes para cada expansión.

EstructuraEstructurade busde bus



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En este tipo de conexión es posible la desconexión de cualquier unidad de expansión sin afec-tar el funcionamien-to del conjunto.

EstructuraEstructuraEstrellaEstrella




31

A pesar de tener procesadores independientes para cada expansión, cada una puede estar formada por varias unidades conectadas en bus entre sí.

EstructuraEstructuraMixtaMixta




32

Una opción posible son las I/O remotas enlazadas con fibra óptica:Entradas/Salidas distribuidasEntradas/Salidas distribuidas



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Entradas / Salidas digitalesEntradas / Salidas digitales

Conectan el autómata con señales de proceso de tipo binariotipo binario (o con grupos de señales binarias formando palabraspalabras).

Una interfaz de entrada lógica binariaentrada lógica binaria (de 1 bit), con optoacopla-miento, es la que se muestra a continuación:



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Una interfaz de salida lógica binariasalida lógica binaria (de 1 bit) es la que se muestra a continuación:

Los voltajes aplicados pueden ser de CC (12V, 24V, 48V, ...) o de CA (24V, 48V, 110V o 220V).




35

Una interfaz muy usada en circuitos industriales provenientes de interruptores (entrada CC-entrada CC-PNPPNP) es:




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Una ejemplo de conexión de un detector de proximidad a una interfaz de entrada es la siguiente:




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Entradas / Salidas análogasEntradas / Salidas análogas

Los PLC’s también tienen módulos de entrada analógicos que permiten ingresar las señales de sensores, con salida de corrientecorriente o de tensióntensión normalizadanormalizada: 4-20mA, 0-10V, etc.).

Como las señales de los procesos generalmente son lentaslentas, se puede usar un sistema de multiplexado de señal antes del conversor A/D.



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También se encuentran módulos de entradas analógicas especialesentradas analógicas especiales (termocuplas, Pt100, etc.) como las que se muestran a continuación:

Entradas / Salidas análogasEntradas / Salidas análogas



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Esquemas de relésEsquemas de relésEs una representación gráfica que permite representar las tareas del autómata mediante símbolos de contacto abierto-cerradocontacto abierto-cerrado.

La función de control que se realice dependerá de las conexiones entre los distintos contactos de relés que intervienen en el esquema.

Este tipo de esquemas presenta deficiencias para representación de representación de funciones secuenciales complejasfunciones secuenciales complejas, así como en la representación de señales representación de señales digitales de varios bitsdigitales de varios bits.

Su empleo se debe a la familiaridad que presenta a los electricistas, y constituye la base de la programación en lenguaje base de la programación en lenguaje escaleraescalera (“ladder logicladder logic”).

iv) Programación de autómatas programablesiv) Programación de autómatas programables


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Diagramas lógicosDiagramas lógicosSe basa en la utilización de símbolos normalizados (compuertascompuertas) que representan componentes circuitales que responden al Álgebra de Boole (AND, OR, NOT, etc.), o sistemas lógicos más complejos (biestablesbiestables, registrosregistros, contadorescontadores, etc.).

Este esquema representa el diagrama lógico de un circuito de una alarma S que debe activarse debe activarse cuando el contacto C cuando el contacto C está cerrado, y los está cerrado, y los contactos A y B en contactos A y B en estados opuestosestados opuestos.

Este tipo de diagrama es independienteindependiente de la tecnología de construcción (eléctrica, neumática, etc.)



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Diagramas de contactos (“Lógica escalera – Ladder logic”)Diagramas de contactos (“Lógica escalera – Ladder logic”)Expresa las relaciones entre señales binarias como una sucesión de contactos en serie y en paralelo, según las siguientes equivalencias:



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El editor normalmente está restringido en cuanto al número de contactos o bobinas a representar en cada línea, la ubicación de los mismos, la forma de conexiones, etc.

La forma posible de contactos es la siguiente:

Del mismo modo, ejemplos de representación de bobinas (PLC serie C de OMRON):

Diagramas de contactos (“Lógica escalera – Ladder logic”)Diagramas de contactos (“Lógica escalera – Ladder logic”)



Ejemplos de bloques funcionales más complejos (para el PLC de ejemplo) pueden ser:




A continuación, se indican algunos aspectos a tener en cuenta en la realización de diagramas de contactos:

Los contactos deben conectarse de izquierda a derecha.

Si se quiere activar R2 cuando estén presentes A, D y E, podría pensarse:

XXLo correcto sería

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Se puede usar una cantidad ilimitada de contactos de entradacontactos de entrada, e incluso repetirse cuantas veces se quiera:

Las “marcasmarcas” se utilizan de manera similar a las entradas o salidas, y su uso es muy común en los PLC’s:

El número de cada salida es fijonúmero de cada salida es fijo, por lo que no puede repetirse, pero sí se puede utilizar una cantidad ilimitada de contactos asociados a ellas:

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Una condición complicada se puede descomponer en varios bloques sencillos, tal como:

Diagramas de contactos e instrucciones mnemotécnicasDiagramas de contactos e instrucciones mnemotécnicas

La programación puede ser complicadacomplicada o sencillasencilla.

Los bloques se programan desde arriba hacia abajo y de izquierda a derecha (este aspecto es importante tenerlo en cuenta cuando se programa en forma mnemotécnica). Para el ejemplo anterior resulta:

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Para el ejemplo anterior, la programación mnemotécnica para el caso del PLC’s OMRON de la Serie C sería:

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Para programar un circuito paralelo-serie, primero debe programarse el circuito paralelo y luego el serie. Por ejemplo:

En las líneas Simatic (de Siemens), la precedencia se establece a través del uso de paréntesis. También los mnemónicos son distintos.

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Un aspecto también importante a considerar es la posición de un contacto dentro de la línea de comando.

En el siguiente ejemplo, en el circuito de la izquierda, la bobina 0103 no se activará nuncano se activará nunca, ya que el programa ejecuta las instrucciones según el orden en que están programadas. En cambio, en el circuito reestructurado de la derecha sí se activarásí se activará (durante un tiempo de barrido o de “scan”).

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Además de los contactos y las salidas, existen bloques funcionalesbloques funcionales con propiedades especiales.

Un ejemplo de la estructura que suelen tener estos bloques es:

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Estos bloques suelen cumplir la función de de ciertas conexiones especiales, como la que se muestra a continuación:

51




Los contadores son bloques funcionales funcionales muy emplea-dos. En general, para la mayor parte de los PLC’s tiene entradas de conteo crecientecreciente y decrecientedecreciente.

Distintas formas de utilizar este tipo de bloques pueden ser:

52




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El ejemplo para el uso de S7-200 es aplicarlo al siguiente sistema:

LH

LL

COMPONENTE 1COMPONENTE 1 COMPONENTE 2COMPONENTE 2

BOMBA 1BOMBA 1 BOMBA 2BOMBA 2

VVÁÁLVULALVULAVAPORVAPOR

NIVELNIVELALTOALTO

NIVELNIVELBAJOBAJO

MOTORMOTORMEZCL.MEZCL.

BOMBABOMBAVACIADOVACIADO

VÁLVULAVÁLVULAVACIADOVACIADO

Modos programación PLC’s SIEMENS Línea S7-200Modos programación PLC’s SIEMENS Línea S7-200v) Ejemplos de aplicación con PLC’s v) Ejemplos de aplicación con PLC’s


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Los puntos de I/O del PLC S7-200 pueden conectarse así:Modos programación PLC’s SIEMENS Línea S7-200Modos programación PLC’s SIEMENS Línea S7-200v) Ejemplos de aplicación con PLC’s v) Ejemplos de aplicación con PLC’s


55

Para utilizar el S7-200 para comandar este sistema, se lo puede utili-zar de la siguiente manera:

24V

P1

P2

NS

NI

P3

P4

Nombre TAG ENTRADA IDMarcha_1 I0.0 P1Marcha_2 I0.1 P2Paro_1 I0.2 P3Paro_2 I0.3 P4Nivel_Superior I0.4 NSNivel_Inferior I0.5 NIDesactivar I0.7 D

A continuación se muestran las conexiones para los puntos de entrada:



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Los puntos de salida se conectan de la siguiente manera:

B1 B2 M V1 V2 B3

Nombre TAG SALIDA IDBomba_1 Q0.0 B1Bomba_2 Q0.1 B2Motor_Mezclador Q0.2 MVálvula_Vapor Q0.3 V1Válvula_Vaciado Q0.4 V1Bomba_Vaciado Q0.5 B3

donde:



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Los puntos de entrada/salida se resumen como:

Puede notarse que se utiliza un bit (M0.1M0.1) para indicar cuándo se ha alcanzado el nivel superior.

También se utiliza un contador (C30C30) para contar la cantidad de ciclos realizados (hasta 1212).

Finalmente, se utiliza el tempori-zador T37T37 (tiempo de conteo: 100ms100ms) para controlar el tiempo de agitación: 10s10s.

Nombre TAG ENTRADA IDMarcha_1 I0.0 P1Marcha_2 I0.1 P2Paro_1 I0.2 P3Paro_2 I0.3 P4Nivel_Superior I0.4 NSNivel_Inferior I0.5 NIDesactivar I0.7 DBomba_1 Q0.0 B1Bomba_2 Q0.1 B2Motor_Mezclador Q0.2 MVálvula_Vapor Q0.3 V1Válvula_Vaciado Q0.4 V1Bomba_Vaciado Q0.5 B3Niv_Sup_Alcanz M0.1 okContador_Ciclos C30 CCTemporiz_Mezcla T37 TM



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Tipos de programas del PLC’s SIEMENS Línea S7-200Tipos de programas del PLC’s SIEMENS Línea S7-200El programa de control de una CPU S7-200 comprende los siguientes tipos de unidades de organización del programa:

• Programa principalPrograma principal: El programa principal (denominado OB1) contiene las operaciones que controlan la aplicación, las que se ejecutan de forma secuencial en cada ciclo de la CPU.

• SubrutinasSubrutinas: Comprenden un juego opcional de operaciones situadas en un bloque por separado que se ejecuta sólo cuando se llama desde el programa principal o desde una rutina de interrupción.

• Rutinas de interrupciónRutinas de interrupción: Están formadas por un juego opcio-nal de operaciones colocadas en un bloque por separado que se ejecuta sólo cuando ocurre el evento de interrupción.

v) Ejemplos de aplicación con PLC’s v) Ejemplos de aplicación con PLC’s


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Los tipos de memoriastipos de memorias de un PLC S7-200 y sus propiedades son:

Área DescripciónAcceso en

bitsAcceso en bytes

Acceso en palabras

Acceso en palabras dobles

Puede ser remanente

Se puede forzar

I

Entradas digitales e imagen del

proceso de las entradas

lectura/ escritura

lectura/ escritura

lectura/ escritura

lectura/ escritura

no sí

Q

Salidas digitales e imagen del

proceso de las salidas

lectura/ escritura

lectura/ escritura

lectura/ escritura

lectura/ escritura

no sí

M Marcas internaslectura/

escrituralectura/

escrituralectura/

escrituralectura/

escriturasí sí

SM

Marcas especiales (SM0 a SM29 son de

sólo lectura)

lectura/ escritura

lectura/ escritura

lectura/ escritura

lectura/ escritura

no no

VMemoria de

variableslectura/

escrituralectura/

escrituralectura/

escrituralectura/

escriturasí sí

TValores actuales

y bits de temporiza-dores

Bit T lectura/escrit

urano

Valor actual T lectura/escritur

ano

Valor actual T - sí; Bit T - no

no

Memorias del PLC’s SIEMENS Línea S7-200Memorias del PLC’s SIEMENS Línea S7-200v) Ejemplos de aplicación con PLC’s v) Ejemplos de aplicación con PLC’s


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Área DescripciónAcceso en

bitsAcceso en

bytesAcceso en palabras

Acceso en palabras dobles

Puede ser remanente

Se puede forzar

CValores actuales

y bits de contadores

Bit C lectura/escrit

urano

Valor actual C

lectura/escritura

noValor actual C - sí; Bit C - no

no

HCValores actuales de contadores

rápidosno no no sólo lectura no no

AIEntradas

analógicasno no sólo lectura no no sí

AQSalidas

analógicasno no sólo escritura no no sí

AC Acumuladores nolectura/

escrituralectura/

escrituralectura/

escriturano no

LMemoria de

variables localeslectura/

escrituralectura/

escrituralectura/

escrituralectura/

escriturano no

S SCRlectura/

escrituralectura/

escrituralectura/

escrituralectura/

escriturano no



61

Los márgenes de direcciones de las memoriasmárgenes de direcciones de las memorias de la CPU son:Acceso en formato de

Tipo de memoria CPU 222Acceso en formato de

Tipo de memoria CPU 222

V 0.0 - 2047.7 VW 0 - 2046I 0.0 - 15.7 IW 0 - 14Q 0.0 - 15.7 QW 0 - 14M 0.0 - 31.7 MW 0 - 30

SM 0.0 - 299.7 SMW 0 - 298S 0.0 - 31.7 SW 0 - 30T 0 - 255 T 0 - 255C 0 - 255 C 0 - 255L 0.0 - 59.7 LW 0 - 58

VB 0 - 2047 AC 0 - 3IB 0 - 15 AIW 0 - 30QB 0 - 15 AQW 0 - 30

MB 0 - 31 VD 0 - 2044SMB 0 - 299 ID 0 - 12SB 0 - 31 QD 0 - 12LB 0 - 59 MD 0 - 28AC 0 - 3 SMD 0 - 296

SD 0 - 28LD 0 - 56AC 0 - 3HC 0 - 3, 4, 5

Bit (Byte.bit)

Byte

Palabra

Palabra doble

TIPOS DE MEMORIAS Y FORMAS DE ACCESO PARA UNA CPU 222 DEL S7-200



62

Los PLC’s Siemens pueden programarse en tres modos distintos:

• Modo KOPModo KOP: Es la programación clásica, según diagrama de diagrama de contactoscontactos (“lógica escalera”).

• Modo AWLModo AWL: Es la programación usando programa de programa de instruccionesinstrucciones (con mnemónicos).

• Modo FUPModo FUP: Es la programación mediante símbolos lógicossímbolos lógicos (cada línea se programa según operaciones logicas del álgebra de Boole).

A continuación, se presentan ejemplos de cada uno de estos modos de programación:



63

Un ejemplo de programa para el S7-200 es el siguiente:



64



65



66

El listado de etiquetas (TAG’s) para los contactos, salidas y bloque funcionales utilizados en el programa, son:



Modos programación PLC’s SIEMENS Línea S7-200Modos programación PLC’s SIEMENS Línea S7-200

67

Entre los contactos directoscontactos directos están:

Estas operaciones leen el valor de la entrada física al ejecutarse la operación, pero la imagen del proceso no se actualiza.

• El contacto abierto directocontacto abierto directo se cierra (se activa) si la entrada física (bit) es 1.

• El contacto cerrado directocontacto cerrado directo se cierra (se activa) si la entrada física (bit) es 0.

v) Ejemplos de aplicación con PLC’s v) Ejemplos de aplicación con PLC’s


68

Para detectar flancos positivos o negativos con bitsdetectar flancos positivos o negativos con bits se usa:

• El contacto detectar flanco positivodetectar flanco positivo permite que la corriente circule durante un ciclo cada vez que se produce un cambio de 0 a 1 (de "off" a "on").

• El contacto detectar flanco negativodetectar flanco negativo permite que la corriente circule durante un ciclo cada vez que se produce un cambio de 1 a 0 (de "on" a "off").



69

Bloques que suelen ser útiles durante la programación son:

La Operación nula (NOP)Operación nula (NOP) no tiene efecto alguno en la ejecución del programa. En FUP no se dispone de esta operación. El operando N es un número comprendido entre 0 y 255.

El Bloque funcional biestable SRBloque funcional biestable SR es un flip-flop en el que domina la señal “S1S1". Si tanto la señal S1 como la señal R son verdaderas, la salida (OUT) será verdadera.

El parámetro xxxxxx del bloque funcional especifica el parámetro booleano activado o desactivado. La salida opcional refleja el estado de señal del parámetro xxxxxx.



70

Los bloques temporizadoresbloques temporizadores tienen la estructura:La operación Temporizador de retardo Temporizador de retardo a la conexión (TON)a la conexión (TON) cuenta el tiempo al estar activada la entrada de habilitación ININ. Si el valor actual (TxxxTxxx) es mayor o igual al valor de preselección (PTPT), se activa el bit de temporización (bit Tbit T).

El valor actual del temporizador de retardo a la conexión se borra cuando la entrada de habilitación está desactivada.

El temporizador continúa contando tras haber alcanzado el valor de preselección y para de contar cuando alcanza el valor máximo de 3276732767.



71

Los bloques contadoresbloques contadores pueden ser como:La operación Contar adelante (CTU)Contar adelante (CTU) empieza a contar hasta el valor máximo cuando se produce un flanco positivo en la entrada de contaje adelante (CUCU).

Si el valor actual (CxxxCxxx) es mayor o igual al valor de preselección (PVPV), se activa el bit de contaje (CxxxCxxx).

El contador se inicializa al activarse la entrada de desactivación (RR) y para de contar cuando alcanza PVPV.

Tal como los temporizadores, no se puede compartir el número del contador



72

Los valores posibles de cada uno de estos bloques funcionales son:Modos programación PLC’s SIEMENS Línea S7-200Modos programación PLC’s SIEMENS Línea S7-200v) Ejemplos de aplicación con PLC’s v) Ejemplos de aplicación con PLC’s


73

Los contactos que pueden utilizarse para comparación de datoscomparación de datos son:Modos programación PLC’s SIEMENS Línea S7-200Modos programación PLC’s SIEMENS Línea S7-200v) Ejemplos de aplicación con PLC’s v) Ejemplos de aplicación con PLC’s


74

Los bloques que pueden utilizarse para conversión de tipos de datos son:

... o también:



75

Existen varias operaciones en operaciones en punto fijopunto fijo que pueden ser ejecutadas en el S7-200. Ellas son:



76

También hay varias operaciones en punto operaciones en punto flotanteflotante que pueden ser utilizarse en un programa, a saber:



77

Finalmente, se indican comandos que pueden utilizarse para el control del programacontrol del programa, tal como en un software de bajo nivel:



78

El diagrama de tiempos correspon-diente será:



Estas transparencias sobre GRAFCET fueron desarrolladas por William Gutiérrez Marroquín, Instructor del Servicio de Enseñanza Nacional de Aprendizaje (SENA), del Centro de Electrónica Industrial y Automatización (CEIA) de CALI-COLOMBIA, como parte del IV Curso Internacional de Automatización y Supervisión Totalmente Integrada (enero-marzo/2009).

79

EL GRAFCETEL GRAFCETEl Grafcet es un método gráfico de modelado de El Grafcet es un método gráfico de modelado de sistemas basados en automatismos de carácter sistemas basados en automatismos de carácter secuencial.secuencial.

CARACTERISTICASCARACTERISTICAS1. Metodología de programación estructurada, permite 1. Metodología de programación estructurada, permite el desarrollo conceptual de lo general a lo particular en el desarrollo conceptual de lo general a lo particular en forma descendente.forma descendente.

2. Permite estructurar las tareas del automatismo en 2. Permite estructurar las tareas del automatismo en forma jerarquizada.forma jerarquizada.

vi) Programación de autómatas programablesvi) Programación de autómatas programables


80

ESTRUCTURAS EN EL GRAFCETESTRUCTURAS EN EL GRAFCETDotan al Grafcet de una gran capacidad de Dotan al Grafcet de una gran capacidad de representación gráfica.representación gráfica.

Estructuras básicasEstructuras básicasPermiten representar fácilmente conceptos tales como Permiten representar fácilmente conceptos tales como secuencialidad y concurrencia. Permiten analizar el secuencialidad y concurrencia. Permiten analizar el sistema mediante su descomposición en subprocesos.sistema mediante su descomposición en subprocesos.

Estructuras lógicasEstructuras lógicasAtienden a conceptos de concatenación entre si de las Atienden a conceptos de concatenación entre si de las estructuras básicas.estructuras básicas.Estas transparencias sobre GRAFCET fueron desarrolladas por William Gutiérrez Marroquín, Instructor del Servicio de Enseñanza Nacional de Aprendizaje (SENA), del Centro de Electrónica Industrial y Automatización (CEIA) de CALI-COLOMBIA, como parte del IV Curso Internacional de Automatización y Supervisión Totalmente Integrada (enero-marzo/2009).

a) Sistemas de Control basados en eventosa) Sistemas de Control basados en eventosvi) Programación de autómatas programablesvi) Programación de autómatas programables

81

ELEMENTOS BASICOS ASOCIADOS AL GRAFCETELEMENTOS BASICOS ASOCIADOS AL GRAFCET

ETAPAETAPA

Es la situación del sistema en la cual todo o una parte Es la situación del sistema en la cual todo o una parte del órgano de mando es invariante con relación a las del órgano de mando es invariante con relación a las entradas - salidas del sistema automatizado.entradas - salidas del sistema automatizado.




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CLASIFICACION CLASIFICACION DE LAS ETAPASDE LAS ETAPAS

ETAPAETAPA ETAPAETAPAINICIALINICIAL

ETAPA ETAPA FUENTEFUENTE

ETAPAETAPASUMIDEROSUMIDERO

2020 00

15153030




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ACCION ASOCIADAACCION ASOCIADASon una o mas posibles acciones a realizar sobre el sistema, cuando la etapa de la cual dependen dichas operaciones se encuentra activada.

2020Encender motorEncender motor

Clasificación




84

TRANSICION Y RECEPTIVIDADTRANSICION Y RECEPTIVIDADLa transición se asocia a la La transición se asocia a la barrera existente entre dos etapas barrera existente entre dos etapas consecutivas y cuyo consecutivas y cuyo franqueamiento hace posible la franqueamiento hace posible la evolución del sistema.evolución del sistema.A toda transición le corresponde A toda transición le corresponde una condición de transición o una condición de transición o función lógica booleana que se función lógica booleana que se denomina receptividad, que puede denomina receptividad, que puede ser verdadera o falsa.ser verdadera o falsa.

TransiciónTransición

55




85

FORMAS DE REPRESENTAR LA RECEPTIVIDADFORMAS DE REPRESENTAR LA RECEPTIVIDAD

Enciende motorEnciende motor (a.c) + b(a.c) + b = 1= 1

a + a + cc ( a+b)( a+b)

( T1/5seg)( T1/5seg)

Forma literal Forma simbólica

Siempre verdadera

Toma en cuenta el flanco de subida de c

Toma en cuenta el flanco de bajada de (a+b)



86

ARCOARCOUn arco es un segmento de recta que une una transición Un arco es un segmento de recta que une una transición con una etapa o viceversa, pero nunca elementos con una etapa o viceversa, pero nunca elementos homónimos entre sí.homónimos entre sí.

TransiciónTransición

EtapaEtapa

ArcoArco

Arco ascendenteArco ascendente1515

2020



87

REGLAS DEREGLAS DEEVOLUCIONEVOLUCION

a + b = 1a + b = 1 a + b = 0a + b = 0

a + b = 1a + b = 1 a + b = 1a + b = 1

1 2

3 4



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SECUENCIA UNICASECUENCIA UNICA



89

ECUACIONES DE ACTIVACIÓN / DESACTIVACIÓN DE ETAPAS



90

ECUACIONES DE ACTIVACIÓN DE OPERACIONES DE MANDO



91

SECUENCIASSECUENCIASCONCURRENTESCONCURRENTES



92




93




94

ECUACIONES DE ACTIVACIÓN DE OPERACIONES DE MANDO



95

ESTRUCTURAS LOGICAS EN EL GRAFCETESTRUCTURAS LOGICAS EN EL GRAFCETLas estructuras lógicas OR Las estructuras lógicas OR y AND son utilizadas para y AND son utilizadas para realizar el modelado de realizar el modelado de los conceptos de secuencias los conceptos de secuencias exclusivas y secuencias exclusivas y secuencias concurrentes.concurrentes.

DIVERGENCIA ORDIVERGENCIA OR



96

CONVERGENCIA EN ORCONVERGENCIA EN ORLa etapa 3 pasa a La etapa 3 pasa a ser activa si estando ser activa si estando activa la etapa 1 se activa la etapa 1 se satisface la satisface la receptividad de la receptividad de la transición 3, o si transición 3, o si estando la etapa 2 estando la etapa 2 activa se satisface la activa se satisface la receptividad de la receptividad de la transición 4transición 4



97

DIVERGENCIA EN ANDDIVERGENCIA EN AND

Las etapas 2 y 4 pasan al Las etapas 2 y 4 pasan al estado activo si estando estado activo si estando activa la etapa 1 se activa la etapa 1 se satisface la receptividad de satisface la receptividad de la transición 2.la transición 2.



98

CONVERGENCIA CONVERGENCIA EN ANDEN AND

La etapa 6 pasa a ser La etapa 6 pasa a ser activa si estando activas activa si estando activas las etapas 3 y 5 se las etapas 3 y 5 se satisface la receptividad satisface la receptividad de la transición 5.de la transición 5.



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SALTOS CONDICIONALESSALTOS CONDICIONALES



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