Introducción a los PLC.doc

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Capítulo 1. Generalidades

Introducción El Controlador Lógico Programable o PLC, puede ser considerado como una caja negra que contiene un conjunto de entradas y salidas, en las cuales se conectarán directamente los elementos primarios y finales de control. Es capaz de controlar un proceso, por medio de dichos dispositivos y la programación de la lógica adecuada.

En este capítulo, el lector tiene una acercamiento al PLC y conoce sus características. Se definirá al PLC, y de manera general se explican sus características

Reseña Histórica Los PLC's se introdujeron por primera vez en la industria en 1960 aproximadamente. La razón principal de tal hecho fue la necesidad de eliminar el gran costo que se producía al reemplazar el complejo sistema de control basado en relés y contactores. Bedford Associates propuso algo denominado Controlador Digital Modular (MODICON, MOdular DIgital CONtroler) a un gran fabricante de vehiculos. Así el MODICON 084 resultó ser el primer PLC del mundo en ser producido comercialmente.

El problema de los relés era que cuando los requerimientos de producción cambiaban también lo hacía el sistema de control. Esto comenzó a resultar bastante caro cuando los cambios fueron frecuentes. Dado que los relés son dispositivos mecánicos y poseen una vida limitada se requería una estricta manutención planificada. Por otra parte, a veces se debían realizar conexiones entre cientos o miles de relés, lo que implicaba un enorme esfuerzo de diseño y mantenimiento.

Los "nuevos controladores" debían ser fácilmente programables por ingenieros de planta o personal de

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Capítulo 1. Generalidadesmantenimiento. El tiempo de vida debía ser largo y los cambios en el programa tenían que realizarse de forma sencilla. Finalmente se imponía que trabajaran sin problemas en entornos industriales adversos. La solución fue el empleo de una técnica de programación familiar y reemplazar los relés mecánicos por relés de estado sólido.

A mediados de los 70 las tecnologías dominantes de los PLCs fueron Modicon y Allen Bradley. Las habilidades de comunicación comenzaron a aparecer en 1973 aproximadamente. El primer sistema fue el bus Modicon (Modbus). El PLC podía ahora dialogar con otros PLC's y en conjunto podían estar aislados de las máquinas que controlaban. También podían enviar y recibir señales de tensión variables, entrando en el mundo analógico. Desafortunadamente, la falta de un estándar acompañado con un continuo cambio tecnológico ha hecho que la comunicación de PLC's sea un mar de sistemas físicos y protocolos incompatibles entre si. No obstante fue una gran década para los PLC's.

En los 80 se produjo un intento de estandarización de las comunicaciones con el protocolo MAP (Manufacturing Automation Protocol) de General Motor's. También fue un tiempo en el que se redujeron las dimensiones del PLC y se pasó a programar con programación simbólica a través de ordenadores personales en vez de los clásicos terminales de programación. Hoy día el PLC más pequeño es del tamaño de un simple relé.

Los 90 han mostrado una gradual reducción en el número de nuevos protocolos, y en la modernización de las capas físicas de los protocolos más populares que sobrevivieron a los 80. El último estándar (IEC 1131-3) intenta unificar el sistema de programación de todos los PLC en un único estándar internacional. Ahora disponemos de PLC's que pueden ser programados en diagramas de bloques, lista de instrucciones y texto estructurado al mismo tiempo.



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Definición Circuito electrónico basado en microprocesador, usado en una gran variedad de industrias, que nos permite controlar sistemas, procesos ó máquinas. Contiene dos conjuntos, principales, de puntos de conexión conocidos como entradas y salidas. El estado de las salidas, dependen del estado de las entradas y la lógica del programa. La sigla PLC define sus características principales: Controla una planta por medio de la lógica definida en el programa de usuario, y es programable tantas veces como sea necesario. A éste nivel, no se profundiza hacia el interior, sino se considera como una caja negra que manipula señales a las salidas, por medio del estado de las entradas y la lógica asociada.

La siguiente figura muestra al PLC en su forma más general, con su conjunto de elementos de entradas y salidas de campo (interruptores. Motores, etc.), su sistema de entradas y salidas, su configuración interna y la conexión de periféricos para la programación.


Controlador

Nos permite controlar un sistema, haciendo uso de los puntos de conexión de entradas y salidas. A través de dichos puntos se interconecta con los elementos,

Lógico

Los programas se constituyen de un conjunto de instrucciones lógicas, Aunque actualmente los PLC son muy poderosos y manejan un conjunto de

ProgramableEs capaz de almacenar el programa de usuario en memoria no volátil, Así mismo es re-programable tantas veces como


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Tipos de PLC Las características del PLC dependen de aquellas que posee cada uno de sus componentes. Existen aquellos compuestos de una sola unidad, llamados integrados o compactos, así como los modulares, esto es, se componen de varios módulos. Esta característica (que se puede integrar por módulos) le provee de una gran flexibilidad al usuario final, puesto que puede seleccionar cada uno de los módulos con las características específicas que requiere.

Modelos Integrados Es un PLC completo, aunque de tamaño pequeño, e integra todos los componentes, el CPU, el módulo de memoria, los puntos de entrada y salida, la batería, generalmente la fuente, y en muchas ocasiones hasta el cable de comunicación y el software de interfaz para computadora, forman parte del mismo paquete comercial; aunque, desde luego, estos últimos no están integrados en la unidad.

Modelos Modulares Se componen de diversos elementos capaces de agruparse con otros semejantes, denominados módulos. Estos se seleccionan y se integran de acuerdo a la necesidad del usuario final Un sistema modular típico se compone de: la tarjeta madre (“chasis” o “rack”), el CPU o procesador, el módulo de memoria, y los módulos de entrada y los de salida, que pueden ser digitales o analógicos y con un amplio rango de diferencias entre ellos. Pueden adicionarse módulos especializados, que realizan una tarea de control específica y compleja

Componentes El PLC es un dispositivo electrónico basado en un microprocesador y que contiene algunos otros circuitos adicionales que interactúan con éste. Entre sus componentes principales se encuentran los siguientes:

Fuente de poder. Proporciona energía (DC) a los circuitos electrónicos que conforman al controlador. Su entrada puede ser AC o DC, con valores de voltaje típicos como 220V, 115V, 24V ó 12V.



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Unidad Central de Proceso. (También llamada CPU). Realiza las operaciones aritméticas y lógicas, y además controla la secuencia de ejecución del programa, Coordina la comunicación requerida entre los diversos circuitos, entre otras funciones.

Módulos de entrada. Reciben las señales eléctricas directamente de los dispositivos primarios de control.

Módulos de salida. Envían señales a los elementos finales de control, controlado así el estado que éstos mantengan.

Batería. Mantiene energizada la memoria RAM que almacena el programa mientras el PLC permanece des-energizado. El PLC, con batería, generalmente puede mantener el programa durante alrededor de tres meses. La vida útil de la batería, varía de 1 a 3 años. En aquellos PLCs que contienen memoria no volátil (ROM o de cualquier otro tipo), la batería no es indispensable.

Memoria o módulo de memoria. Almacena el programa de la aplicación. Esta puede ser de tipo volátil o no volátil (RAM o ROM).

Puerto de comunicaciones. Permite al PLC establecer comunicación e intercambiar información con dispositivos externos, ya sea otros PLCs, Interfaz (MMI), unidades de programación, periféricos, o alguna otra unidad conectada en red.



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Estándar IEC 61131 En la actualidad aún siguen persistiendo sistemas de control específicos del fabricante, con programación dependiente y conexión compleja entre distintos sistemas de control. Esto significa para el usuario costos elevados, escasa flexibilidad y falta de normalización en las soluciones al control industrial. El estándar IEC 61131 es el primer paso en la estandarización de los PLCs y sus periféricos, incluyendo los lenguajes de programación que se deben utilizar. Esta norma se divide en cinco partes:

Parte 1: Vista general.

Parte 2: Hardware.

Parte 3: Lenguaje de programación.

Parte 4: Guías de usuario.

Parte 5: Comunicación.

Sistemas de numeración

Al trabajar con circuitos electrónicos se utilizan sistemas numéricos no comunes, tan efectivos como el decimal, para resolver problemas numéricamente. Como base de las ‘matemáticas por computadora’ usamos el sistema binario, útil para trabajar con dispositivos capaces de conmutar entre dos estados, además de el octal y hexadecimal. Se debe mencionar que es posible generar un sistema numérico utilizando como base cualquier cantidad entera positiva.



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Sistema Numérico Decimal

También se conoce, al sistema numérico decimal, como: sistema numérico de base diez; dado que se utilizan diez símbolos diferentes para representar cantidades (0, 1, 2, 3, 4, 5 ,6 ,7 ,8 ,9).

En el sistema numérico decimal la enésima posición hacia la derecha tiene un valor de posición de 10^(n-1) (la base del sistema numérico elevada a la potencia enésima menos uno, esto equivale a diez unidades (10 multiplicado por sí mismo ‘n’ veces).

10^(n-1) = 10 x 10 x 10 x … x 10, (n-1 veces)

siendo n el número de posiciones pre-establecido.

Sistema Numérico Binario

También se conoce al sistema numérico binario como de base dos, porque utiliza dos símbolos diferentes para representar cantidades (0 , 1).

Los símbolos se ordenan de acuerdo a un valor de posición para que sea posible trabajar exitosamente con el sistema numérico binario.

En el sistema numérico binario, la primera posición de la derecha tiene un valor de posición de 2 (la base del sistema numérico) elevada a la potencia cero, esto equivale a una unidad.

La segunda posición de la derecha tiene un valor de posición de 2 (la base del sistema numérico) elevada a la potencia uno, esto equivale a dos unidades (2 multiplicado por sí mismo una vez).

Así, sucesivamente, la “n” posición de la derecha tiene un valor de posición de 2 (la base del sistema numérico) elevada a la potencia “n-1”, esto equivale a 2 multiplicado por sí mismo n-1 veces.



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Sistema Numérico Octal

También se conoce al sistema numérico octal, como de base ocho, porque utiliza ocho símbolos diferentes para representar cantidades (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7).

En el sistema numérico octal la primera posición de la derecha tiene un valor de posición de 8 (la base del sistema numérico) elevada a la potencia cero, esto equivale a una unidad.

La segunda posición de la derecha tiene un valor de posición de 8 (la base del sistema numérico) elevada a la potencia uno, esto equivale a ocho unidades (8 multiplicado por sí mismo una vez).

La “n” posición de la derecha tiene un valor de posición de 8 (la base del sistema numérico) elevada a la potencia “n-1”, esto equivale a 8 multiplicado por sí mismo n-1 veces.

Sistema Numérico Hexadecimal

También se conoce al sistema numérico hexadecimal, como de base dieciséis, porque utiliza dieciséis símbolos diferentes para representar cantidades (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F).

En el sistema numérico hexadecimal, la primera posición de la derecha tiene un valor de posición de 16 (la base del sistema numérico) elevada a la potencia cero, esto equivale a una unidad.

La segunda posición de la derecha tiene un valor de posición de 16 elevado a la potencia uno, esto equivale a dieciséis unidades (16 multiplicado por sí mismo una vez).

En el sistema numérico hexadecimal, la “n” posición de la derecha tiene un valor de posición de 16 (la base del sistema numérico) elevada a la potencia “n-1”, esto equivale a 16 multiplicado por sí mismo n-1 veces.

Álgebra de Boole Fue introducida por George Boole en 1854 en su Romel Rodríguez / Carlos Abate 9 de 67


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trabajo “An Investigation of the Laws of Thought”. En 1938, Shannon advirtió que era adecuada para la síntesis de circuitos mediante relés. Hoy constituye el fundamento matemático del diseño lógico de PLCs.

Definición 1: Una operación binaria sobre un par ordenado de elementos de un conjunto, determina un único elemento. Si este elemento pertenece también al conjunto, entonces se dice que la operación binaria satisface la propiedad de clausura.

Definición 2: Un sistema algebraico integrado por un conjunto B de elementos {a, b,...} y dos operaciones binarias “+” y “.” que satisface la propiedad de clausura, se dice que es un álgebra de Boole, si se satisfacen los siguientes postulados:

P1) Las operaciones “+” y “.” son conmutativas:

a+b = b+a a.b = b.a a, b є B

P2) Cada operación es distributiva respecto a la otra:

a.(b+c)=(a.b) + (a.c) a+(b.c)=(a+b).(a+c) a, b, c є B

P3) Existen 2 elementos identidad “0” y “1” respecto a “+” y “.” /

a + 0 = a a . 1 = a a є B

P4) a є B a’ є B /: a + a’ = 1 a . a’ = 0

Los símbolos (ANSI/IEEE) mas utilizados para la representación del álgebra de Boole se muestran en la siguiente figura, con sus respectivas tablas de resolución.



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También puede mostrarse algunas de las condiciones del álgebra de Boole a través de los siguientes circuitos de conmutación. La primera figura es el equivalente a la función AND, la segunda a la función OR y la tercera ala función NOT.



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Lógica combinatoria

Un circuito de lógica combinatoria es aquel en que la salida depende del estado momentáneo de las señales de entrada. Esto significa que, dependiendo de las interconexiones entre entradas, ya sean físicas o virtuales, se determina el estado de las salidas. Ésta tarea de lógica, es precisamente la que realiza el PLC, pero es necesario programarla previamente, para que la realice dicho dispositivo. A continuación se nombran los principales tipos de lógicas combinatorias.

COMBINACIÓN: si A, entonces B. En el caso de una entrada cuya posición normal es no actuada y condiciona a una o más salidas, se tendrá señal de salida en nivel alto, cuando la entrada sea verdadera.

COMBINACIÓN: si A y B, entonces C. En el caso de dos entradas conectadas en forma serial que guardan la misma posición normal no actuada, y condicionen a una salida, se tiene señal de salida solo cuando las dos entradas son verdaderas simultáneamente.

COMBINACIÓN: si A o B, entonces C. En el caso de dos entradas en paralelo, que guardan la misma posición normal no actuada, que condicionen a una salida, se tiene salida cuando está presente cualquiera de las señales de entrada sea verdadera.



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Lógica secuencial En los circuitos de lógica secuencial las salidas no dependen únicamente del estado actual o momentáneo de las entradas, como es el caso de los circuitos de lógica combinatoria, sino también de sus estados previos. Dentro de la secuencia existen elementos de memoria que guardan el estado de las entradas aún cuando ya hayan conmutado nuevamente a su estado original. Tales estados son mantenidos hasta que se les ordene restablecerse. Este tipo de comportamiento secuencial de un circuito puede ser descrito perfectamente por medio de un diagrama de tiempos. Existen circuitos asíncronos, que son aquellos en los que el cambio depende de la secuencia de eventos y existen circuitos sincrónicos, cuya característica principal es, que dependen de una señal de reloj para cambiar de estado; de manera que las señales, todas, conmutan sincronizadamente.

A continuación se muestra los principales lógicas secuenciales.

Lógica tipo memoria. Observe el siguiente circuito de relés, note que el enclavamiento, contacto de retención o sello actúa reteniendo el estado de energizado del elemento final de control. A este comportamiento se le conoce como circuito de memoria, y es básico para desarrollar circuitos de lógica secuencial.



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Lógica tipo retardo. En los controles de tipo industrial se utilizan este tipo de circuitos retardadores o “TIMERS”, que están basados en los mencionados divisores de frecuencia y existen tres categorías básicamente, estas son:

- Lógica de retardo ala conexión

- Lógica de retardo ala desconexión

- Lógica de retardo retentivo

A continuación se muestra como opera la lógica de retardo a la conexión.



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Aplicación Las primeras aplicaciones del PLC consistían en realizar operaciones de control de tipo “Todo-Nada” en la máquina, esto quiere decir que era capaz de conmutar elementos por medio de energizar y des-energizar elementos tales como arrancadores, relevadores, válvulas, entre otros dispositivos de dos estados. En el área de control de procesos, esto representa tener el poder de controlar una variable tal como la presión, temperatura, el nivel; entre otros, por medio de la manipulación de dispositivos con contactos; así se realiza con los interruptores de flotador, termostatos, controladores de presión (presostatos), etc.

Sin embargo, actualmente los controladores programables pueden realizar una gran cantidad de funciones adicionales, lo cual los hace más útiles en el control continuo de procesos y control de movimiento de los mecanismos, entre otros tipos de control especializado. Además, los PLCs cuentan con la característica de expansión lo que posibilita la adición de módulos opcionales de entradas y /o salidas (módulos I/O) ya sean de tipo digital ó analógico, a los módulos de salida de relevador o de estado sólido. Se puede afirmar que, actualmente, con los PLC se puede resolver casi cualquier problema de aplicación de control.

El campo de aplicación de los PLCs se han extendido enormemente. Enseguida se enlistan algunas de las aplicaciones típicas en las áreas de automatización de planta, manejo de materiales y robótica:

- Control de diversos tipos de manipuladores y robots.

- De máquinas de inyección.

- De dispositivos de transferencia automática.

- Control ambiental en casas y edificios, entre otras



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aplicaciones domésticas.

- Carga y descarga de máquinas.

- Mecanismos de ensamble de los más variados tipos.



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Capítulo 2. Características del Hardware

Introducción Es de gran importancia que se conozca a detalle las características básicas del hardware del PLC antes de entrar en etapas de programación. Ya que esto le permitirá al programador entender mejor y con mayor facilidad las tareas que desempeñará el programa de control.

Procesador El procesador es el cerebro del PLC y éste consiste de 5 partes principales, a saber: El CPU o unidad central de procesamiento, el cual controla la operación del PLC; la memoria, que contiene las instrucciones y los datos que le dicen al CPU que hacer; el procesador de comunicaciones, el cual maneja las comunicaciones con el mundo externo; la batería, la cual mantiene el programa.; y la fuente de poder, la cual provee la energía necesaria para que el procesador pueda ejecutar sus tareas.

El CPU del procesador puede estar basado en un microprocesador de 4-, 8-, 16- o 32 bits, donde a mayor cantidad de bits mayor velocidad y capacidad de manejo de datos tendrá el mismo. El CPU de un PLC moderno está en capacidad de realizar tareas especializadas como operaciones de control PID, operaciones de tipo matemático entre otras. Con la ventaja de los microprocesadores especializados el procesador de comunicaciones puede ser diseñado solo para manejar las comunicaciones entre el mundo externo y la memoria del PLC, aunque existen diseños donde estas funciones pueden realizarlas chips estándar.



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El ciclo de barrido del programa, ó “scan”

El Procesador está diseñado para realizar un conjunto de tareas de manera repetitiva, entre éstas tareas se encuentra el ejecutar el programa de usuario. A este conjunto de tareas desarrolladas cíclicamente se le conoce como ciclo de “scan”, de barrido o de exploración, y se realiza en su totalidad cuando el procesador se encuentra ejecutando el programa, y controlando el sistema, conjunto de tareas para lo cual se le programó.

A continuación se explican estas tareas:



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Leer entradas discretas.

En un momento dado, el procesador lee y almacena el estado de las entradas en un registro llamado de imagen. El hecho de que sea almacenada esta información en un registro de imagen, permite ‘congelarla’ y ejecutar el programa completo sin que el estado de las entradas cambie. Ésta situación favorece el desempeño del PLC debido a que permite las siguientes ventajas:

- Tiene un efecto de estabilización sobre el sistema.

- También es más rápido para el CPU, tener acceso al registro de imagen que a las entradas directamente.

Además, las entradas y salidas son entidades binarias elementales, o sea “bits”; pero en cambio, la CPU puede tener acceso al registro de imagen como “byte” o como palabra de datos, esto provee flexibilidad adicional.

Ejecutar programa. Durante esta fase del ciclo de barrido, el procesador ejecuta el programa tal como se encuentra almacenado, iniciando con la primera instrucción del primer escalón y hasta encontrar la instrucción END.

Procesar cualquier requerimiento de comunicación.

El PLC procesa cualquier señal que se reciba a través de los puertos de comunicación, bien sea del mismo PLC o de otros sistemas.

Realizar un autodiagnóstico.

Aquí, el PLC realiza un chequeo de su “firmware”, su memoria de programa y el estado de los módulos de entrada y salida.

Actualizar las salidas.

Al final de “scan”, el procesador escribe en el registro de imagen de salidas, el nuevo estado que tomarán éstas.



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Memoria Igual que cualquier computador el PLC necesita una memoria para almacenar su sistema operativo, datos y programas.

Por lo general la memoria del PLC esta dividida en dos partes principales, la memoria del sistema y la memoria del usuario.

La memoria del sistema contiene el programa que le dice al microprocesador que opere como un PLC, también existe una memoria temporal para que el microprocesador ejecute sus programas. La memoria del sistema es programada por el fabricante del PLC y esta claramente destinada para el uso del sistema impidiendo al usuario hacer uso de la misma. La memoria del sistema tiene tres partes: una para la ejecución del programa, otra para el almacenamiento de datos temporales del sistema y una tercera para el estatus del sistema, éstas dos últimas son memorias cuyos datos cambian constantemente durante la ejecución del programa del PLC. La memoria de ejecución del programa no cambia mientras el mismo se ejecuta por lo que está localizada en una memoria de solo lectura (ROM o PROM), solo en casos de actualizaciones se puede realizar cambios en esta memoria y por lo general es realizado directamente por el fabricante o bajo su supervisión.

La memoria del usuario contiene los siguientes partes: tabla de datos de entrada y salida, bits internos, registros internos y el programa de aplicación o programa del usuario. Cada fabricante tiene una forma especifica para organizar y configurar estas partes en la memoria del usuario pero por lo general se mantiene los esquemas de uso de las mismas, a través de tres métodos:

- Arreglo fijo de la memoria.

- Configuración del usuario por hardware.

- Configuración del usuario por software.

Mapas de Memoria El arreglo de la memoria del PLC se conoce como Romel Rodríguez / Carlos Abate 22 de 67


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Mapa de Memoria. Como se mencionó anteriormente existen diversas formas de dividir la memoria del PLC e incluso el usuario puede realizar el arreglo de la misma según sus necesidades a continuación se muestran tres ejemplos de cómo se puede configurar o realizar el Mapa de Memoria de un PLC.

Arreglo fijo de la memoria, donde el fabricante determina de antemano la cantidad de entradas y salidas y hace el arreglo de memoria en fabrica, esto es usual en los PLC pequeños.

Configuración del usuario por hardware, que se realiza por a través de dip switchs o agregando hardware y donde el usuario puede escoger la cantidad de entradas, salidas y registros internos, así como la distribución de la memoria.



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Configuración del usuario por software, donde el usuario configura el número de entradas, salidas y registros internos a través del software de programación, siendo esta distribución almacenada en el PLC.



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Tipos de Memoria El PLC puede contener diferentes tipos de memoria para realizar diferentes funciones, a continuación se listan los tipos de memoria típicos, y sus características. Cada uno de estos tipos de memoria, tienen diferente aplicación, y se utilizan para guardar diversos tipos de datos.

No debe confundirse esta clasificación, con los mapas de memoria del PLC.

RAM Es un circuito de memoria que permite el acceso aleatorio a los datos, es volátil y de lectura-

ROM

(Read Only

Es un circuito de memoria que permite solo la lectura de los datos,

PROM (Programmable

Es un circuito de memoria que, además de poseer las características de tipo ROM, es programable por

EPROM

(Erasable

Este circuito adiciona la característica de ser borrable por medio de alguna técnica especial como la incidencia de rayos UV, a las del tipo PROM.

EEPROM

(Electrically

Erasable and

Este circuito posee las características del EPROM, pero el borrado y la reescritura se realiza por medio de impulsos eléctricos. Al eliminar la necesidad de utilizar una técnica especial para dicho propósito,

NVRAM

(No-

Este tipo de módulo posee las características de un RAM, pero tiene la capacidad de retener los datos almacenados por un periodo

OtrosExisten otras variantes en los tipos de memoria, dado que es un componente clave en el PLC, es

Sistema de Entradas y Salidas

El sistema de entradas y salidas provee una conexión entre el proceso, la maquinaria y el procesador. Existen



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Discretas muchos tipos de equipos y elementos que se pueden conectar a un PLC entre los cuales se encuentran los elementos de control discretos, tales como los selectores, pulsadores, interruptores de fin de carrera, interruptores de proceso (flujo, presión, temperatura), relés de control, contactores, lámparas etc. Por definición los elementos discretos poseen dos estados ; encendido (1 / verdadero / alto / on) y apagado (0 / falso / bajo /off). Este tipo de elementos son los de mas común uso con los PLCs y para hacer uso y control de este tipo de elementos el PLC cuenta con el sistema de entradas y salidas discretas. Este tipo de elementos son fáciles de manejar para la memoria del PLC debido a su naturaleza de dos estados.

Entradas Discretas Debido a que los microprocesadores trabajan con lógica binaria con niveles de tensión de 5 VDC, se requiere de cierta circuitería para acondicionar las señales del mundo externo para que sean manejadas por el PLC. A continuación se muestra una tabla con los tipos de entradas y salidas y sus niveles de tensión que son los más comúnmente usados en la industria.

Tipos de señales I/O Tipos de señales I/O

5 VDC 120 VDC / VAC

12 VDC 230 VDC / VAC

24 VDC / VAC Relé de contactos

48 VDC/ VAC 100 VDC

La tensión sensada por un módulo de entradas puede ser generada por el propio PLC o por una fuente externa dependiendo de las características del módulo en cuestión.

Cuando el PLC está en operación, el módulo de entrada sensa la tensión que se le suministra al contacto de entrada y lo transforma a un nivel lógica para ser manejado por el microprocesador. Un nivel



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lógico de 1 indica la presencia de tensión en el terminal correspondiente en el módulo de entrada indicando que el elemento conectado a tal entrada está encendido o cerrada. Un nivel lógico de 0 indica la ausencia de tensión y corresponderá a un elemento apagado o abierto.

La siguiente figura muestra el diagrama de bloques de un módulo de entradas discretas. La señal enviada desde el elemento sensor instalado en campo (interruptores, presostatos) va a un puente rectificador (solo en caso de un módulo de entrada AC), de allí la señal pasa a un filtro de ruido que elimine impurezas que pueda tener la señal, es entonces cuando un detector de umbral sensa y define el nivel lógico de la señal (1 o 0), luego pasa a un aislador que permite mantener a salvo al circuito lógico que mantiene la señal de entrada para que sea leída por el procesador.



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Salidas Discretas Las salidas son complemento de las entradas. Una vez que la señal de entrada es sensada y que el procesador toma una acción de control esta necesita ser ejecutada, para lo cual se usan las salidas del PLC para que sirvan de interfaz con los elemento finales de control instalados en campo, si la naturaleza de la señal de control es discreta (1 ó 0) el módulo que servirá como interfaz será un módulo de salida discreto. Los niveles de tensión son los mismos que para las entradas, que se mostró en la tabla anterior. La siguiente figura muestra el diagrama de bloques de un módulo de salidas discretas. La señal enviada desde el procesador va a un circuito lógico que se encarga de mantener el estado de la señal hasta que el procesador indique que existe un cambio en la misma, luego el circuito lógico envía la señal a un aislador quien se encarga de proteger al circuito lógico y al procesador de daños bien sea de puesta a tierra, sobrevoltaje, etc., de allí la señal va a un interruptor AC (para salidas AC) ó un interruptor DC (para salidas DC) formado generalmente por un triac, un relé o un transistor, dependiendo de la aplicación y el tipo de módulo, para finalmente enviar la señal a un circuito filtro que se encarga de proteger al interruptor de transcientes provocados por las cargas conectadas durante el proceso de cambio de estado de la salida.

Se debe tener especial cuidado con el tipo de carga en la elección del módulo de salida a utilizar, ya que los módulos pueden ser tipo fuente (source) o tipo sumidero (sink), y la carga y el módulo deben hacer perfecto engranaje



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Sistema de Entradas y Salidas Analógicas

En la actualidad la versatilidad de los PLCs es tal que es sumamente común hallar módulos diferentes a los módulos de entrada y salidas discretos. Es así como los módulos de entradas y salidas analógicas forman una parte importante de las arquitecturas normalmente utilizada por los usuarios finales de PLCs.

Los elementos de entrada y salida mas comúnmente usados en la industria se listan en la siguiente tabla.

Elementos de entrada Elementos de salida

Transmisores de flujo Medidores analógicos

Transmisores de presión Drives de motores

Transmisores de nivel Registradores

Transmisores de Convertidores corriente /

Instrumentación analítica Válvulas eléctricas

Entradas Analógicas

Los módulos de entrada analógicas permiten que los PLCs trabajen con elementos de medición analógico y lean señales de tipo analógico como pueden ser la temperatura, la presión o el caudal.

Los módulos de entradas analógicas convierten una magnitud analógica en un número que se deposita en una variable interna del PLC. Lo que realiza es una conversión A/D, puesto que el PLC solo trabajar con señales digitales. Esta conversión se realiza con una precisión o resolución determinada (número de bits) y cada cierto intervalo de tiempo (periodo muestreo).

Los módulos de entrada analógica pueden leer tensión o intensidad. Los tipos de señales analógicas mas comúnmente usados son:

Tipo de señal Tipo de señal



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1 a 5 Volt DC 4 a 20 mA

0 a 5 Volt DC 0 a 20 mA

-5 a +5 Volt DC -20 a +20 mA

-10 a +10 Volt 0 a 10 Volt

El proceso de adquisición de la señal analógica consta de varias etapas:

- Muestreo.

- Filtrado.

- Conversión A/D.

- Memoria interna.

El siguiente diagrama de bloques indica como funciona un módulo de entrada analógica.

El circuito de muestreo sensa la variable a través del elemento sensor, la muestra es pasada por un filtro de ruido para depurar la señal muestreada, una vez limpia la señal es pasada a un convertidor analógico – digital para transformar la señal de entrada en una señal representada por un valor binario, este valor es retenido en el circuito lógico para ser finalmente enviado al procesador.



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Salida Analógicas Los módulos de salida analógica permiten que el valor de una variable numérica interna del PLC se convierta en tensión o intensidad.

Lo que se realiza es una conversión D/A, puesto que el PLC solo trabaja con señales digitales. La conversión se realiza con una precisión o resolución determinada (número de bits) y cada cierto intervalo de tiempo (periodo muestreo).

Esta tensión o intensidad puede servir de referencia de mando para actuadores que admitan mando analógico como pueden ser los variadores de velocidad, las etapas de los tiristores de los hornos, reguladores de temperatura, permitiendo al PLC realizar funciones de regulación y control de procesos continuos.

El proceso de envío de la señal analógica consta de varias etapas:

- Aislamiento galvanico.

- Conversión D/A.

- Circuitos de amplificación y adaptación.

- Protección electrónica de la salida.

El siguiente diagrama de bloques indica como funciona un módulo de salida analógica.

El procesador envía la señal de salida al convertidor



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digital - analógico que convierte la señal binaria en una señal continua, el procesador se protege haciendo uso de un circuito de aislamiento galvanico, finalmente la señal llega al elemento final de control una vez que la señal es adaptada al nivel correspondiente (1 a 5 Volt. ó 4 a 20 mA), proceso realizado por un circuito de adaptación que generalmente usa un circuito de protección como ultima etapa para proteger la electrónica del módulo contra cortocircuito y otros.

Módulos de Entradas y Salidas Especiales

En la actualidad los PLCs han llenado un sin número de aplicaciones que antes estaban reservadas para otro tipo de sistemas. Para cumplir con las funciones de estas nuevas aplicaciones se han diseñado nuevos módulos de entrada y salida que son denominados especiales por la especificidad de la tarea que desempeñan. Ejemplo de este tipo de módulos son los módulos de control PID, codificadores, medición de pulsos, los contadores de alta velocidad, controles de posición, etc.



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Capítulo 3. Lenguajes de Programación

Introducción Se ha descrito el programa como el conjunto de instrucciones, ordenes y símbolos reconocibles por el PLC a través de su unidad de programación, que le permiten ejecutar la secuencia de control deseada. Al conjunto total de estas instrucciones, ordenes y símbolos que están disponibles se le llama lenguaje de programación del PLC.

Seria deseable que la misma simbología utilizada para representar el sistema de control pudiera emplearse para programar el PLC, el ahorro de tiempo y documentación y la seguridad en el programa obtenido serían considerables. Sin embargo, esta solución no es siempre posible. El lenguaje depende del PLC empleado y de su fabricante, que decide el tipo de unidad de programación (literal, gráfica) y el interprete (firmware) que utiliza su máquina, mientras que el modelo de representación depende del usuario, que lo elige según sus necesidades o conocimientos.

El programa obtenido está formado por un conjunto de instrucciones, sentencias, bloques funcionales y grafismo que indican las operaciones a realizar sucesivamente por el PLC.

La instrucción representa la tarea más elemental de un programa: leer una entrada, realizar una operación AND, activar una salida, etc.

La sentencia representa el mínimo conjunto de instrucciones que definen una tarea completa: encontrar el valor de una función lógica combinación de varias variables, consultar un conjunto de condiciones y, si son ciertas, activar un temporizador, etc.

El bloque funcional es el conjunto de instrucciones o sentencias que realizan una tarea o función compleja: contadores, registros de desplazamientos, transferencias de información, etc.

Todos estos elementos están relacionados entre sí mediante los símbolos o grafismos (algebraicos o gráficos) definidos en el lenguaje empleado.



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Estándar IEC 61131-3.

IEC 61131-3 pretende ser la base real para estandarizar los lenguajes de programación en la automatización industrial, haciendo el trabajo independiente de cualquier compañía. IEC 61131-3 está formado por las especificaciones de la sintaxis y semántica de un lenguaje de programación, incluyendo el modelo de software y la estructura del lenguaje. El estándar se puede dividir en dos partes:

- Elementos comunes.

- Lenguajes de programación.

Los elementos comunes son: los tipos de datos, la declaración de variables y las unidades de organización de programas. Mientras que los lenguajes de programación son : Literales, que a su vez pueden ser de dos tipos, Lista de Instrucciones (IL) y Texto Estructurado (ST). Gráficos, que a su vez pueden ser de dos tipos, Diagramas de Contactos (LD) y Diagramas de Bloque Funcionales (FBD).

Programación en lenguaje booleano y por lista de instrucciones.

El lenguaje booleano esta constituido por un conjunto de instrucciones que son transcripción literal de las funciones del álgebra de Boole, a saber:

- OR función suma lógica.

- AND función producto lógico.

- LOD leer variable inicial.

- OUT enviar resultado a salida.

- OR LOD coloca bloque en paralelo.

- AND LOD coloca bloque en serie.

En una operación normal el PLC utiliza algunas otras instrucciones del lenguaje booleano que le permiten manejar elementos de uso común en automatización y



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que son las siguientes instrucciones secuenciales:

- TIM definir un temporizador.

- CNT definir un contador.

- SET activar una variable binaria

- RST desactivar una variable binaria.

También existe otros tipos de instrucciones como las siguientes:

- DD sumar.

- BB restar.

- MUL multiplicar.

- DIV Dividir.

- CMP comparar variables digitales.

- FR rotaciones de bits (variables de binarias).

- SHIFT rotaciones de palabras (variables digitales).

- MOV transferencias de datos.

- CD / BIN conversiones de códigos numéricos, etc.

- END fin de programa.

- JMP salto de bloque de programa.

- MCS habilitación de bloque de programa.

- JMPSUB salto a subrutina, etc.

Al lenguaje restante que no puede llamarse ya booleano después de ampliarlo con estas extensiones se le denomina de lista de instrucciones (Instruction



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List.IL).

Es una representación mnemotécnica de las instrucciones, listadas en secuencia y que permiten, sin necesidad de una interfaz gráfica, el acceso a la programación del dispositivo. Es lo más parecido al “lenguaje natural ó nativo” del procesador, que se maneja. Hoy en día, es una alternativa de programación y de depuración del programa, y permite el máximo nivel de explotación de las ventajas del PLC. Aunque representa un nivel mayor de complejidad. La siguiente figura muestra un ejemplo.



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Programación en Diagramas de Escalera

Este es el método más usual, diseñado para permitir una programación de manera sencilla basada en símbolos y esquemas con los que el personal técnico está familiarizado, pues se basa en símbolos del diagramas de control electromecánico.

El Diagrama de Escalera o diagrama de contactos de origen norteamericano no nació como una posible herramienta de visualización de programa ya escritos en lista de instrucciones, sino como trascripción directa de los esquemas eléctricos de relés ( circuitos de mando) de uso común en la automatización previa a la aparición de los sistemas programables. Por esta razón, los diagramas de contactos incluyen desde sus orígenes bloques funcionales que ya aparecían como elementos propios en aquellos esquemas, los temporizadores y los contadores. Utilizando estos bloques sobre los cuales pueden definirse la base de los tiempos y el tiempo final en el caso de temporizadores y el módulo de contaje y condiciones de paro y reset en el caso de contadores, el lenguaje de contactos permite programar directamente cualquier esquema eléctrico de relés.

Sin embargo, y al igual que ocurría en los lenguajes por lista de instrucciones y Booleanos, también en este se desarrollan bloques funcionales complejos que permiten la manipulación de datos y las operaciones



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con variables digitales de varios bits.

La presencia de estos bloques de ejecución dependiente de una o más condiciones binarias, multiplica la potencia de programación sin dejar de mantener las ventajas de la representación gráfica del programa. Así, pueden programarse situaciones de automatización compleja que involucren variables digitales, registros, transferencias, comparaciones, señales analógicas, etc.



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Programación en Plano de Funciones

El diagrama lógico o plano de funciones es la representación de las tareas de automatización utilizando los símbolos contenidos en las normas DIN 40700 y DIN 40719.

La programación por diagramas lógicos, que deriva de la representación por logigrama habitual entre los técnicos en electrónica digital, incluye como bloques normalizados algunas funciones secuenciales típicas en automatización como temporizadores y contadores, e incluso algunos bloques combinacionales y de tratamiento numéricos, como multiplexores, demultiplexores, sumadores, multiplicadores, etc., pero no alcanza la multitud de funciones que han ido añadiéndose a las listas de instrucciones y diagramas de contactos, como extensiones a estos lenguajes.

Por esta razón, y en sentido estricto, la programación por diagramas lógicos queda reservada a aplicaciones en las que solo intervengan variables booleanas todo - nada, y algunos bloques secuenciales elementales: temporizadores, contadores, registros de desplazamiento, etc.

Esta circunstancia, unida al desconocimiento del diagrama lógico por parte del usuario habitual del PLC, explica la baja difusión de estos lenguajes de programación.

Programación en Con CPUs cada vez más rápidas, más potentes y de



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Lenguaje de Alto Nivel

mayor capacidad de tratamiento, los PLCs invaden aplicaciones hasta hace bien poco reservadas a los ordenadores industriales.

Para estas aplicaciones, los lenguajes tradicionales en lista de instrucciones (IL) o diagrama de contacto (LD) resultan ya insuficientes, aun mejorados con las expansiones comentadas anteriormente.

Por esta razón, los fabricantes han desarrollado lenguajes de programación próximos a la informática tradicional, con sentencias literales que equivalen a secuencias completas de programación: son lenguajes de alto nivel.

En ellos las instrucciones son líneas de texto que utilizan palabras o símbolos reservados (SET, AND, FOR, etc.) Las operaciones se definen por los símbolos matemáticos habituales (+, *, <, etc.), y se dispone de funciones trigonométricas, logarítmicas y de manipulación de variables complejas (cos, pi, real, img).

Sin embargo, lo que distingue realmente estos lenguajes avanzados de las listas de instrucciones ampliadas son las tres características siguientes:

- Son lenguajes estructurados, donde es posible la programación por bloques o “ procedimientos” , con definición de variables locales o globales,

- Incluyen estructuras de cálculo repetitivo y condicional, tales como:

- FOR ... TO

- REPEAT ... UNTIL X

- WHILE X...

- IF ... THEN ...ELSE



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- Disponen de instrucciones de manipulación de cadenas de caracteres, muy útiles en aplicaciones de gestión, estadística, etc.

Dada su facilidad de manejo y su difusión a todos los niveles, el BASIC, convenientemente adaptado a las aplicaciones del PLC, se configura como el lenguaje de alto nivel más extendido. Sin embargo, también se pueden encontrar intérpretes o compiladores de C, PASCAL, FORTRAN, etc., lo que permite resolver tareas de cálculo científico en alta resolución, clasificaciones de datos, estadísticas, etc., con total facilidad, y con acceso además a módulos y subrutinas específicos ya escritos en estos lenguajes y de uso general en aplicaciones informáticas.

En cualquier caso, los lenguajes de alto nivel son posibilidades adicionales al alcance del programador, que puede si así lo desea, utilizar solo las formas básicas de contactos / bloques o lista de instrucciones para escribir sus aplicaciones, en otras palabras, los lenguajes avanzados nunca constituyen el lenguaje básico de un PLC o familia de PLCs, papel que queda reservado a la lista de instrucciones o al diagrama de contactos.

Enseguida se muestra un ejemplo:



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Estructuración en SFC

El SFC (Sequential Flow Chart) fue desarrollado a partir de técnicas de programación estructurada usado en los lenguajes de computación de alto nivel. Este esta diseñado para producir un programa modular que a la vez está auto documentado y que es fácil de leer y ejecutar. El diseño del programa en este lenguaje se basa en realizar particiones del proceso en un número determinado de pasos independientes, donde se puedan determinar las condiciones necesarias para entrar y salir de cada paso, así se logra alcanzar una reducción considerable del esfuerzo en la programación de procesos complejos. Como se muestra en la figura siguiente cada paso del proceso está numerado y contiene las instrucciones a ejecutar en cada caso.

Aunque tienen bastante tiempo en el mercado y han probado su eficiencia, hay quien los considera en proceso de evolución. Sin embargo, los SFC prometen en un futuro no lejano, una estandarización de la programación, entre muchas otras ventajas. Se basan en el estándar IEC 61131.

Los SFC más populares, en Europa, son el llamado Grafcet, y el FUP, mientras que algunos fabricantes



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japoneses le llaman STL, a una versión muy acorde al SFC. El SFC, más que un lenguaje de programación, es un método de estructuración en diagrama de flujo, después de desarrollarlo, se puede escribir el programa en cualquier lenguaje previamente mencionado. Los programas de interfaz más avanzados, también son capaces de compilar el programa del diagrama de flujo SFC.



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Selección del lenguaje de Programación

Las siguiente líneas son una guía sencilla para seleccionar el lenguaje de programación a utilizar dependiendo del los conocimientos y habilidades del programador.

Use Lenguaje de Lógica de Escalera

Para programar usando un lenguaje que es representativo de la lógica de relé de cualquier proceso.

Seleccione este lenguaje si usted está:

- más familiarizado con la lógica de escalera que con los lenguajes de programación tal como BASIC.

- Su personal de planta puede estar más familiarizado con la lógica de escalera; considere también sus requisitos.

- ejecutando diagnósticos

- programando control discreto

Use Lenguaje de Alto Nivel

Para programar usando lenguaje similar a BASIC o C.

Seleccione un lenguaje de alto nivel si usted está:

- más familiarizado con lenguajes de programación tal como BASIC, C, FORTRAN que con lógica de escalera.

- usando algoritmos matemáticos complejos

- usando construcciones de programa que se repiten o forman “lazos”

- creando pantallas personalizadas de monitorización de tabla de datos

Use SFC Para realizar control secuencial, para manejar y mostrar el estado de un proceso secuencial. En lugar de usar un programa de escalera largo para su



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aplicación, divida la lógica en pasos y transiciones. Un paso corresponde a una tarea de control; una transición corresponde a una condición que debe ocurrir antes de que el controlador programable pueda ejecutar la siguiente tarea de control. El mostrar estos pasos y transiciones le permite ver el estado en el que está el proceso de la máquina en un momento dado a través de un gráfico de flujo.

Los SFC ofrecen construcciones que permiten la ejecución de múltiples caminos de lógica o un solo camino de lógica seleccionado, así como la habilidad de avanzar hacia adelante y hacia atrás. La localización y corrección de fallos se puede reducir a una lógica de rutina pequeña en vez de un archivo de escalera completo.

Los SFC se usan preferentemente para definir el orden de eventos en un proceso secuencial.



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Direccionamiento La identificación de los puntos de conexión de entrada y salida difiere entre fabricantes, pero todos los sistemas de identificación o direccionamiento buscan el mismo objetivo: relacionar de una manera sencilla los puntos de conexión, con los eventos programados en la memoria del controlador. Los puntos de conexión son aquellos en que los dispositivos de control (también llamados elementos o dispositivos de entrada y salida), son conectados al PLC por medio de los módulos de entrada y salida. Físicamente se identifican los puntos de conexión, muchas veces en módulos exclusivos, de manera que tengan relación con su posición en el PLC. Estos puntos de conexión también son conocidos como puntos de entrada /salida o I/O points. Dicha posición, siempre deberá identificarse por: chasis, tarjeta, palabra por tarjeta, y punto de conexión. Luego, conociendo tal posición o dirección de cada uno de los puntos de conexión, estos pueden ser asignados a determinada función, en el programa del PLC, por medio de su dirección asociada que lo identifica plenamente. Nunca, bajo ninguna circunstancia, existen dos direcciones para el mismo punto, ni dos puntos para la misma dirección.



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Ya que el propósito principal de un controlador programable es controlar entradas y salidas de dispositivos de campo, tales como interruptores, válvulas y termopares, estas entradas y salidas deben ocupar una ubicación en la memoria del procesador de manera que puedan ser direccionadas en el programa de control. Cada terminal en un módulo de entrada o salida que pueda ser cableado a un dispositivo de



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campo ocupa un bit dentro de la memoria del procesador. La parte de la memoria del procesador que aloja las direcciones de E/S es la tabla de imagen de entrada y la tabla de imagen de salida.

El direccionamiento de E/S ayuda a conectar la ubicación física de un terminal de módulo de E/S a una ubicación de bit en la memoria del procesador. El direccionamiento de E/S es sólo una manera de segmentar la memoria del procesador. La siguiente figura muestra como se realiza la relación de un elemento físico con su correspondiente lógico tanto en la memoria del PLC como en su memoria. Así, la entrada (I:014/12) accionara una salida (O:015/07), cada uno de estos puntos tiene su correspondiente bit en la tabla de imagen, tanto de entrada como de salida, de la memoria del procesador y a la vez un enlace lógico en el programa de control cargado en el mismo.



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Instrucciones Básicas de Programación

El PLC ejecuta un programa previamente almacenado por el usuario, también comúnmente llamado programa de trabajo. Este programa se ejecuta cuando el PLC se encuentra en el modo de RUN o cuando se está realizando una prueba. Como se sabe, el programa típicamente se encuentra en su forma de diagrama de escalera, pero puede representarse en su forma de lista de instrucciones en forma mnemotécnica (también llamada forma booleana), en lenguaje de alto nivel, etc. En este capítulo se explican las instrucciones básicas de que se componen estos programas.

Instrucciones por Bit

Las instrucciones por bit son aquellas que afectan a un solo bit en el PLC. Las instrucciones básicas más ampliamente utilizadas son XIC, XIO y OTE.

Instrucción XIC

Instrucción XIO

Instrucción OTE

Instrucción OTL



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Instrucción OTU

Instrucción XIC



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Instrucciones de Retardo y Contadores

En circuitos de lógica secuencial, los retardos y contadores son elemento muy útiles, en esta sección se describen con detalle sus características, ventajas y similitudes entre las funciones que soporta cada PLC.

Instrucción TON

Instrucción TOF

Instrucción RTO

Instrucción CTU



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Instrucción CTD



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Capítulo 4. Configuración, Instalación y Puesta en marcha

Configuración La configuración del PLC es un proceso mediante el que se determina como y donde se sitúan los distintos componentes del sistema de control.

La configuración dependerá de la tarea de control propiamente dicha y del tipo de control que se haya decidido y contempla tanto los elementos del PLC como sus periféricos.

Durante la elaboración del algoritmo de control, se han determinado las entradas y salidas, tanto discretas como numéricas, y estas se han relacionado mediante diagramas o esquemas lógicos: la cantidad y tipo de las E / S determina qué componentes son necesarios.

La mejor manera de realizar la configuración es confeccionar un mapa de direccionado, en el que mediante una representación de las estructuras de E / S se indica qué componentes se ubican en el local junto a la unidad central y cuales se sitúan en posiciones remotas. Concluida la configuración del sistema, pueden comenzar simultáneamente dos trabajos: la programación y la instalación.

Instalación Dadas las características constructivas y de diseño de los PLCs, su instalación es viable en prácticamente cualquier ambiente industrial siempre que no se sobrepasen las especificaciones dadas por el fabricante. No obstante, existen ciertas recomendaciones prácticas para asegurar un correcto funcionamiento del sistema, que atañen principalmente a las condiciones de temperatura y humedad y al inmunidad frente a interferencias eléctricas.

En general el PLC se montará en un armario de maniobra de dimensiones adecuadas para contener con holgura los componentes del equipo y el resto de elementos, como interruptores / seccionadores y fuentes de alimentación, circuitos de protección,



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conductos de cableado, etc. Se recomienda el empleo de armarios metálicos ya que minimizan los efectos de la radiación electromagnética generada por equipos de conmutación instalados en las inmediaciones. Para la instalación, se seguirán las normas y reglamentos vigentes de aplicación habitual en cualquier instalación eléctrica de control

La convección natural es suficiente ya que la mayoría de los fabricantes preparan los PLCs para que trabajen a una temperatura máxima de 60º .



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Disposición de los componentes

Los componentes del PLC se montaran siguiendo las recomendaciones del fabricante y en todo caso se pueden seguir las siguientes pautas de aplicación general:

Es recomendable el montaje vertical de los componentes para facilitar la convección y disipación del calor.

Las fuentes de alimentación deberán ocupar una posición por encima del resto de componentes y en la parte superior del armario, ya que son generadores de calor.

La unidad central ocupará una posición adyacente o por debajo de las fuentes de alimentación, en la zona superior del armario, quedando a una altura que facilite su inspección.

Los racks de E / S estarán dispuestos de la forma más conveniente para el acceso y cableado, en el espacio libre.

Se dejarán espacios suficientes entre los componentes y entre estos y la envolvente para una adecuada disipación del calor.

Para el resto de componentes del sistema, se recomienda su instalación en posiciones lo más alejadas del equipo que sea posible, principalmente si se trata de componentes electromecánicos, para minimizar las interferencias electromagnéticas.



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Cableado Siempre que sea posible, en la configuración del sistema se intentará agrupar los módulos por categorías en cuanto a entradas / salidas, tensión alterna o continua, señales discretas o analógicas.

Una configuración por grupos permite un cableado racional y una necesaria segregación de los cables de señal débil respecto a los que alimentan cargas, y de los de comunicaciones. Siempre que sea posible se separarán los cables de DC de los de AC, para minimizar las interferencias producidos por la conmutación de cargas y también los cables de interconexión de racks y de comunicaciones se separan completamente de otros.

Puesta a tierra Se seguirá lo especificado en la normativa vigente y las recomendaciones del fabricantes, pero hay que recordar que cada una de las estructuras ( racks ) del PLC, debe estar unida mediante un cable independiente de sección adecuada, a la pletina de tomas de tierra del armario. Nunca deben compartirse circuitos de tierra entre racks o con otros componentes del sistema.

Circuitos de seguridad Los dispositivos de parada de emergencia se instalarán con independencia del PLC, para permitir la parada del sistema aún en caso de avería del mismo; en general, deben actuar sobre un contactor de maniobra que corta la alimentación a las cargas de la instalación.

Circuito de los disposición de E / S

En general, o por lo menos para los dispositivos de salida, es deseable que exista un contactor de maniobra que permita cortar la alimentación de esos elementos y que hará posible trabajar con seguridad en la puesta a punto o investigación de averías, con el PLC alimentado.



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Alimentación Eléctrica Se recomienda el empleo de transformadores separadores de alimentación ya que proporcionan una buena protección frente a interferencias introducidas en las líneas por la conmutación de cargas importantes existentes en la instalación. Además es deseable que los dispositivos de E/S se alimenten de la misma línea que el PLC, ya que la fuente de alimentación del mismo posee circuitos de detección de nivel de tensión que provocan la secuencia de parada del equipo en caso de anomalía en la red, y de este modo se evitarán las falsas lecturas de señal de entrada.

Algunos PLCs incorporan una fuente auxiliar de 24 VDC para uso externo de los dispositivos de entrada sobre módulos de entrada a 24 VDC.

Hay que vigilar que no se supere la capacidad de esta fuente, particularmente cuando se alimentan de ella dispositivos estáticos (detectores inductivos, fotoeléctricos, etc.) y deben seguirse las recomendaciones de cableado del fabricante para minimizar la posibilidad de interferencia sobre estos circuitos.

En caso de que se prevea la existencia de variaciones de tensión en la línea de alimentación que puedan superar los márgenes de trabajo especificados para el equipo, habrá que instalar transformadores estabilizadores, para evitar frecuentes paradas del sistema; en estás circunstancias es mejor alimentar las salidas del PLC directamente desde la línea de entrada para descargar el transformador permitiendo que sea de una menor potencia.



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Consideraciones sobre la instalación de E / S

Cuando se emplean dispositivos electrónicos de detección como elementos de entrada, hay que tener en cuenta la corriente residual de los mismos (detectores de 2 hilos de corriente alterna). En general, el problema se reduce a que el indicador de entrada se ilumina tenuemente, pero en ocasiones, cuando la corriente residual es elevada, o dependiendo de los umbrales de disparo del circuito de entrada pueden darse señales falsas.

Cuando los dispositivos de entrada trabajan a niveles de señal débil como TTL, analógicas, termopares, etc., hay que realizar tendidos de cableado separadas para evitar el problema de la inducción. Además, para evitar las interferencias electromagnéticas, se recomienda la instalación mediante cables trenzados y apantallados.

Los circuitos de salida controlan habitualmente cargas inductivas (solenoides), que provocan la aparición de picos de tensión cuando se interrumpe el circuito de alimentación (descarga del circuito inductivo). Estos picos, que pueden alcanzar varios centenares de voltios, deben ser suprimidas, ya que pueden averiar los circuitos de salida (estáticos ) y provocar interferencias en todo el sistema. Los fabricantes suelen incorporar supresores de transitorios en los circuitos de los módulos de salida pero a veces no son suficientes para evitar anomalías.

En general los módulos de salida incorporan circuitos fusibles de protección dimensionados adecuadamente a las características nominales de la salida (transistor, triac); si no es así, hay que instalarlos en el exterior (regleta de bornes) teniendo en cuenta las especificaciones del fabricante ya que no protegerán adecuadamente la salida en caso de sobrecarga si no están bien dimensionados.



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Puesta en Marcha Una vez montado e instalado el equipo y cargado el programa en la memoria de la Unidad Central, hay que poner en marcha el sistema para comprobar que responde adecuadamente a la descripción de la tarea de control original, y en su caso realizar las correcciones y mejoras oportunas.

Antes de dar alimentación, hay que hacer una serie de comprobaciones rutinarias pero importantes:

1.- Comprobar que todos los componentes del PLC están en su lugar (el que corresponde a la configuración) perfectamente insertados en sus conectores y asegurados.

2.- Comprobar que la línea de alimentación está conectada a los correspondientes terminales de la fuente de alimentación del equipo, y que se distribuye adecuadamente a los módulos de entrada y salida (si procede).

3.- Verificar que los cables de interconexión entre racks están correctamente instalados.

4.- Verificar que los cables de conexión a periféricos están correctamente instalados.

5.- Verificar que las conexiones de los bornes de E/S están firmes y corresponden al esquema de cableado.

6.- Verificar que las conexiones a los módulos de E / S están firmes y corresponden al esquema de conexiones.

Previo al ensayo de funcionamiento según lo programado, hay que comprobar que los dispositivos de E/S funcionan correctamente,

a) Con el equipo en PARO (STOP, HALT, DISABLE,



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TEST, etc. dependiendo del modelo ) aplicar tensión al sistema.

b) Verificar que los indicadores de diagnóstico de la Unidad Central reflejan una situación correcta.

c) Comprobar que los paros de emergencia actúan correctamente.

d) Accionar los dispositivos de entrada manualmente y verificar que su estado es registrado por el PLC; el funcionamiento se puede seguir en los indicadores de los módulos y también se puede seguir visualizando la tabla de E/S mediante un equipo de programación.

Para la comprobación de los dispositivos de salida, hay que cortar la alimentación de las cargas que pudieran dar lugar a situaciones peligrosas y verificar con el procesador en MARCHA (RUN) que las salidas se activan. Esta comprobación resulta más fácil si se utiliza un terminal de programación en el modo 'forzado de E/S" para activar o desactivar las salidas una a una.

Una vez finalizadas todas las comprobaciones anteriores, hay que introducir el programa en la memoria de la Unidad Central y dar alimentación al sistema. Se recomienda que siempre que sea posible, las pruebas de funcionamiento se hagan por áreas, particularmente si se trata de sistemas grandes, dejando fuera de servicio los componentes de las áreas que no se prueban; esto puede realizarse cortando la alimentación de campo de los racks de E / S o inhibiendo su funcionamiento, incluyendo las oportunas instrucciones en el programa (MCR) que se eliminarán una vez concluidas las pruebas.

Verificadas y corregidas las distintas secuencias, el sistema puede arrancar en automático debiendo funcionar correctamente si todas las comprobaciones



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se han efectuado con éxito. Las correcciones efectuadas, tanto en la instalación como en el programa deben ser documentadas inmediatamente, y se obtendrán copias del programa definitivo (copia, en disco o cinta) tan pronto como sea posible.



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Identificación y resolución de averías

Aunque los PLCs son equipos robustos y bien adaptados al medio industrial, es necesario establecer ciertas rutinas de mantenimiento preventivo para disminuir la probabilidad de fallo o avería.

Unas pocas operaciones de mantenimiento, programadas de forma regular harán que el sistema esté disponible completamente por largos períodos de tiempo.

Inspección periódica de la Unidad Central y Sistema de E / S

1.- Observación de los indicadores de diagnóstico del procesador.

2.- Cambio de las baterías antes de que se cumpla la fecha limite para su sustitución; en todo caso existe un indicador de "batería baja" que puede registrarse en una secuencia de programa y generar una alarma.

3.- Observar los indicadores de "fusible fundido" de los módulos de salida. En general. la existencia de un fusible fundido se detectará por un funcionamiento anómalo del sistema pero para algunas cargas de funcionamiento esporádico esta circunstancia podría pasar desapercibida si no se inspecciona el módulo.

4.- Observar las conexiones en el cableado de los módulos de E / S y las conexiones de los módulos al rack para comprobar si siguen perfectamente asentados y sujetos

Inspección periódica del armario

1.- Cuando en el armario se han instalado elementos de convección forzada, hay que comprobar periódicamente el estado de los filtros y limpiarlos de polvo para mantener una buena circulación.

2.- Hay que evitar que se produzca acumulación de polvo y suciedad en el PLC. Para facilitar la disipación



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del calor generado por los circuitos, los componentes del equipo presentan aberturas que permiten la entrada de polvo, y en caso de acumulación, pueden resultar averiados los componentes electrónicos, ya que la suciedad evita la correcta disipación del calor y puede ser causante de cortocircuitos.

3.- Comprobar que no se está trabajando con equipos pesados generadores de interferencias electromagnética en las proximidades del armario, ya. que esto podría afectar el funcionamiento del equipo.

Cuando se presenta una anomalía en el funcionamiento del sistema hay que recordar que el programa ha estado respondiendo a las secuencias de control de forma satisfactoria hasta la fecha, y a menos que alguien lo haya manipulado no puede ser el causante del fallo. La anomalía debe tener su origen en alguno de los componentes del sistema. La identificación de un fallo es un proceso de acotación y eliminación, para el que son de gran ayuda los indicadores de diagnóstico del PLC y los códigos de error que sea capaz de elaborar la Unidad Central.

Las averías que pueden considerarse graves son aquellas que pueden provocar la parada total del sistema, y afectarán en general a la Unidad Central (particularmente al procesador), módulos de memoria y módulos de interconexión de sistema de E / S. Estas averías quedan reflejadas en los indicadores de diagnóstico del módulo afectado, y además el tipo de fallo puede ser identificado mediante el código de error generado a través de un equipo de programación o test; no obstante la resolución de la avería supone el cambio del módulo causante sin más posibilidad de intervención del usuario.

Cuando se trata de funcionamientos anómalos estando el PLC operativo, hay que identificar la secuencia de



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control afectada y los dispositivos de E / S que intervienen en ella.

En cuanto a los módulos de entrada, el primer paso es observar si el indicador responde adecuadamente a las acciones del dispositivo de campo (pulsador, final de carrera, etc.). Si el indicador no responde a dichas acciones hay que verificar el nivel de tensión que aparece en los bornes de entrada del módulo; si es el adecuado es posible que exista una avería en el módulo y hay que sustituirlo. En ocasiones resulta ser el procesador el que no reconoce la señal de entrada, pudiendo estar la avería a nivel de módulo o del rack, aunque en este último caso quedaran afectados varios circuitos de entrada y salida.

En el caso de fallos en las salidas, si el indicador de la salida afectada evoluciona de acuerdo con las secuencias programadas, hay que observar los indicadores de fusible fundido y comprobarlo y si está en condiciones, verificar el cableado hasta el dispositivo de campo. Si la salida no se activa de acuerdo con el programa, entonces el módulo o el circuito de salida en cuestión están averiados y hay que proceder a su sustitución.

La sustitución de un módulo de E / S se hará con el equipo sin tensión aunque hay sistemas que permiten el cambio aún bajo tensión. En cualquier caso es recomendable que se desconecte la alimentación de los dispositivos de campo afectados al retirar y reinsertar el módulo en el rack.



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GlosarioDefiniciones

En esta sección se definen los términos, no comunes, usados en el documento.

Alcance de un instrumento de medición (“Span” o “Scope”): Diferencia algebraica (Resta) entre los valores límite (superior e inferior) que dicho instrumento es capaz de registrar (campo de medida).

Autómata programable: Equivalente de Controlador Lógico programable ó PLC.

Campo de medida (Range): Espectro de la capacidad de medida.

CkP (Clock Pulses): Pulsos de reloj.

Direccionar (To address): Asignar una forma o nomenclatura de identificación específica, o sea “una dirección”, a un punto de conexión, bit ó dispositivo. Dicha dirección debe ser única. No existe, bajo ninguna circunstancia, dos dispositivos, o puntos de conexión, con la misma dirección en un solo sistema.

Error: Diferencia entre el valor medido y el valor real de la variable del proceso en cuestión, o planta controlada.

Exactitud: Es la cualidad de la medición realizada, ó del instrumento, de acercarse al valor real (en el valor medido).

Histéresis (Hysteresis): Es la diferencia máxima observada en los valores indicados., para el mismo valor cualquiera del espectro. Generalmente debido a la inercia, se observa la diferencia o retraso del efecto de la compensación.

Lenguaje de alto nivel: Formato de representación de instrucciones y datos parecido al lenguaje humano



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Glosario(Inglés), y que por medio de un compilador integrado, la computadora es capaz de interpretar.

Lenguaje de máquina: Se entiende como el conjunto de instrucciones que son susceptibles de representarse en código binario, y que el microprocesador ejecuta con naturalidad, por estar diseñado con ese fin.

Microprocesador (Microprocessor): Dispositivo electrónico de estado sólido que integra una enorme cantidad de circuitos, capaz de manipular datos, de acuerdo a instrucciones lógicas predefinidas. Dichos datos, así como la secuencia de instrucciones (Programa) son comunicados al dispositivo por medio de circuitos externos, principalmente de memoria.

Mnemotécnica: Técnicas para desarrollar o mejorar la memoria.

Mnemónicos ó Mnemotecnismos (Mnemonics): Términos ó frases cortas que permiten recordar fácilmente la instrucción que representan, aún cuando no son explícitos.

Ordenador: Equivalente de Computador o Computadora Personal (PC), generalmente de sobremesa ó portátil.

PC: Computador

PLC: Controlador Lógico Programable. PC).

Precisión: Es la tolerancia admisible en la medida (en porcentaje ó unidades de medida).

Presostato: Interruptor de presión, con diferencial, para el control de presión tipo “todo-nada” en un depósito.

Pseudocódigo: Representación, con mnemotécnismos, de las instrucciones que el microprocesador es capaz



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Glosariode ejecutar.

Relevador interno (Internal relay, bit, register): Espacio de memoria, en el interior del PLC, capaz de almacenar una cantidad de información equivalente a un bit.

Repetibilidad: Es la capacidad de reproducción de los valores de salida del instrumento para aquellos valores de la variable que son idénticos, en las mismas condiciones de servicio y en el mismo sentido de variación, durante todo el campo de aplicación.

Sensibilidad: Es la razón entre el incremento de la lectura y el incremento de la variable que la ocasiona.

SW: Interruptor

Zona muerta (Dead band): Es el campo de valores de la variable que no logra hacer variar la indicación de la señal de salida del instrumento.


Documents

Introducción a los PLC.doc