Introducción a los PLC

Programa PLC´s empleados en sistemas electrónicos

Ing. Sergio Antonio Villarreal Pérez

2013

Sergio Villarreal Pérez

¿Que es un autómata industrial ó PLC?El autómata es un dispositivo de control

de estado solido.Contiene memoria reprogramable para salvar instrucciones

y puede hacer las siguientes funciones:Control de entradas y salidas, temporizar, contar, hacer aritmética, manipular datos en registros, etc.

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En otras palabras:Un PLC capta señales provenientes de una máquina

ó un proceso las compara contra un programa y activa las salidas pertinentes de acuerdo al proceso.

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Básicamente el PLC se puede dividir a dos partes. El CPU y el interface de Entrada y Salida (E/S).

PROGRAMADOR

CPU

MEMORIAENTRADAS SALIDAS

FUENTE DE ALIMENTACIÓN

RAM ROM

Esquema básico

Esquema completo

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Se puede decir con certeza que un PLC fue diseñado para reemplazar bancos de relevadores electromecánicos que

controlaban máquinas y procesos industriales en la época de los años setenta.

¿Ahora bien……Por qué se necesita un PLC?

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Historia del PLCUna división de la compañía General Motors (Hidramatic) en el año de 1968 especificó el criterio de diseño del primer

autómata programable industrial ó PLC.

Era muy costoso hacer cambios en los tableros que contenían cientos de relevadores cada vez que el producto

cambiaba en las líneas de producción.

En aquellos años, si se quería cambiar el proceso, tenían que cambiar

físicamente las conexiones entre relés para lograr adaptar las máquinas al

nuevo proceso.

Se buscó solucionar este problema utilizando tecnología de estado solido y el resultado fue el desarrollo de un PLC.

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Los primeros PLC solo podían manejar instrucciones de apagado y encendido (on/off). Sus aplicaciones se limitaban

a máquinas simples y procesos repetitivos.

Innovaciones al PLCEn los años de 1970 a 1974 aparecieron los primeros PLC en el mercado, a estos se les añadió flexibilidad e instrucciones,

algunas mejoras fueron:

1.- Una pantalla (CRT): esto hizo que el técnico tuviera la oportunidad de programar, monitorear y diagnosticar el

PLC con rapidez y facilidad.

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2.- Mas instrucciones se agregaron.

Instrucciones de temporizador y

contador así como operaciones básicas

de aritmética.

3.- Comunicación: Se logró que el PLC pudiera comunicarse con módulos de expansión localizados a distancia.

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Durante los años de 1975 a 1979 el desarrollo de nuevos microprocesadores y programas de software facilitó más el desarrollo y le dio mayor flexibilidad a las unidades PLC.

4.- Mas capacidad de memoria: Se hizo mas fácil hacer programas más largos y también añadir más puntos

de entrada/salida.

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5.- Entradas y salidas analógicas: Ahora era posible monitorear y controlar señales continuas

(0-10 volts y 4-24 mA) así también variables como presión y temperatura.

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6.- Interface para operador: El desarrollo de programadores portátiles o de bolsillo con teclas y exhibidor digital facilitó al técnico aun más la programación, monitoreo y diagnostico

del PLC.

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• Bajo costo y flexibilidad• Mayor capacidad de entradas y salidas remotas• Manipulación de datos y salvado de los mismos• Diseño modular que facilita el crecimiento• Capacidad para diagnosticarse a si mismos• Comunicación serial• Instrucciones matemáticas avanzadas

Los PLC en el presente:Se puede decir que los PLC ahora son

poderosos sistemas de control. Han llegado a un nivel inimaginado

por los diseñadores originales.

Ventajas del PLC

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Elementos del PLC:El PLC consiste de 5 componentes básicos.

Fuente de alimentaciónProcesador ó CPU

Memoria (RAM y ROM)Interface de entradaInterface de salida

PROGRAMADOR

CPU

MEMORIA

INTERFACE DE

ENTRADAS

INTERFACE DE

SALIDAS

FUENTE DE ALIMENTACIÓN

RAM ROM

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Fuente de alimentaciónLa fuente toma el voltaje de línea (120V AC) y lo convierte a valores tales como 24, 12 y 5 Volts DC. Estos niveles son los que requieren los otros componentes para realizar su trabajo.

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Esta sección del PLC puede estar integrada en el equipo cuando es del tipo “todo en uno” (All in one) o bien puede

ser un módulo separado el cual se integra al sistema mediante inserción y posterior conexión en un estante (Rack).

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Procesador ó CPUEs considerado el cerebro de la unidad, aquí es donde se

llevan a cabo la toma de decisiones y para ello es necesario contar con un programa el cual es una lista de instrucciones

las cuales son comparadas con las condiciones de la sección de entrada y como resultado genera señales que son las que

manejan las salidas.

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Esta sección del PLC puede estar integrada en el equipo si es del tipo “todo en uno” (All in one) o bien puede ser un módulo separado el cual se integra al sistema mediante

inserción y posterior conexión en un estante (Rack).

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MemoriaEsta área del PLC básicamente se conforma de dos tipos

de memoria, cada una con funciones especificas.El Micro cubo de Idec salva los programas en memoria

no volátil (EEPROM). La memoria RAM es volátil y en ella se salva temporalmente

los valores de registro, tiempo y cuenta del PLC. Un capacitor conserva los datos hasta por 30 días.

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Interface de entradaEs la sección encargada de proveer la comunicación entre los dispositivos externos llamados captadores y la lógica interna

del procesador. Los dispositivos mas comunes utilizados para captar

información son los interruptores, y los sensores de todo tipo de variable física (luz, presión, campo magnético, etc.)

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Interface de salidaEl procesador emite señales como resultado de la

comparación de las señales de entrada y el programa. Estas son acopladas a los dispositivos externos llamados

actuadores por medio de esta interface.Generalmente se valen del uso de un relevador

electromecánico o un fototransistor.Los elementos actuadores más comunes son entre otros: Luz piloto, relé, alarma, arrancador de motor, válvulas, motor, etc.

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Equipo programadorEl Micro Cubo de Idec puede programarse de dos maneras.

Con un equipo ordenador personal (PC) y un software de programación llamado WindLDR.

Con un equipo manual conocido como botonera (Handheld).

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CONEXIÓN DE ELEMENTOS CAPTADORES

EN EL MODULO DE ENTRADAS

1.- Al módulo de entradas se conectan elementos captadores

2.- Los captadores pueden ser ACTIVOS

o PASIVOS

3.- Un ejemplo de captador pasivo es un SWITCH (interruptor)

4.- Un ejemplo de captador activo es un SENSOR

CONEXIÓN DE ELEMENTOS CAPTADORES

EN EL MODULO DE ENTRADAS

5.- Los sensores pueden ser de dos tipos;

NPN o PNP

6.- En el módulo de entradas una de las terminales es llamada común (COM)

7.- Cuando se conectan sensores al módulo de entrada, la letra intermedia del tipo indica cual de las terminales de la fuente se conecta a la terminal común (COM)

8.- La letra intermedia NPN nos indica que el positivo de la fuente se conecta a

la terminal común del modulo de entradas

9.- La letra intermedia PNP nos indica que el negativo de la fuente se conecta a

la terminal común del modulo de entradas.

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Principio de operación del PLC:La operación es muy sencilla, primero se hace la lectura

del estado de cada uno de los captadores de campo conectados al interface de entrada del PLC.

Posteriormente se procede a actualizar las salidas dependiendo del estado lógico de cada renglón del

programa establecido.

El estado se envía al CPU, este ejecuta el diagrama escalera de izquierda a derecha de arriba abajo como se

muestra.

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El tiempo ScanAl proceso de lectura de entradas, ejecución de programa y actualización de estado de salidas se le denomina

tiempo Scan.

3

1

2

El tiempo promedio del Micro Cubo es de aproximadamente 2.9 milisegundos por cada 100 pasos.

LÓGICA DE ESCALERALos Autómatas ó PLC son principalmente

programados con lógica de escalera.

Se han escogido símbolos que se parecen a los símbolos esquemáticos de los dispositivos

eléctricos, esto hace más fácil de programar PLC´s a los técnicos electricistas

Los electricistas aunque nunca hayan programado pueden interpretar

un diagrama escalera.

Es solamente una representación simbólica de un circuito eléctrico.

La función principal de un programa de PLC es la de controlar las salidas

basándose en las condiciones ó estados de las entradas. .

Los símbolos usados en la programación lógica de escalera pueden ser divididos

en: Contactos y Bobinas.

CONTACTOSLa mayoría de las entradas a un PLC son dispositivos simples que están

encendidos o apagados.

Estas entradas pueden ser elementos tales como sensores o bien interruptores

de todo tipo de accionamiento

Sirven para detectar presencia, ausencia, vacio, lleno, etc., o sea:

Un cambio en el estado inicial del elemento.

Se suele utilizar las siglas en inglés para denotar los contactos, entonces tenemos: NO para normalmente abierto

NC para normalmente cerrado.

Un tipo NO (normalmente abierto) no permitirá el paso de la corriente a través de el

hasta que sea cambiado de estado.

Un tipo NC (normalmente cerrado) permitirá que la corriente esté fluyendo a través de el

hasta que sea cambiado de estado.

Pensemos en un ejemplo práctico para uso de interruptores, sea:

Un circuito eléctrico de un timbre de casa.

Se puede pensar en los contactos como interruptores.

La pregunta que se haría es: Qué tipo de interruptor utilizar: ¿Abierto o Cerrado??

BOBINAUna bobina en diagrama escalera

simplemente representa una salida.

El PLC examina el estado de los contactos (entradas) y mueve las bobinas (salidas)

al estado de encendido o apagado dependiendo de la programación.

Una salida puede estar asociada con cualquier elemento actuador o ser

una bobina de un relevador interno.

DIAGRAMAS ESCALERAEl diagrama de escalera básico es similar

a una escalera. Está compuesto de dos barras paralelas y entre ellas un conjunto

de contactos y bobina que forman un escalón.

Un escalón a su vez puede estar formado por una o varias líneas.

Las barras paralelas representan el voltaje de alimentación necesario para producir

la corriente que correrá por el escalón.

Normalmente para el análisis de un diagrama se toma el convencionalismo

de hacerlo leyendo: de izquierda a derecha

y del renglón superior al renglón inferior.

CBTIS 135Matamoros, Tamaulipas, México

Autor de la presentación: Ing. Sergio Villarreal Péreztriac135@hotmail.com

Bibliografía. - Fundamentals of Programmable Logic Controllers, sensors & communications. Jon Sterenson Regents, Prentice Hall. - Introductory Guide to Programmable Controllers Mitsubishi Electric Corporation. - Programmable Logic Controllers Frank Petruzella Mc Graw Hill. - Micro3, Micro Programmable Logic Controller,

User´s Manual Idec Company