Teoría de los plc

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16/06/2011

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CONTROLES LOGICOSPROGRAMABLES (PLC)

Cátedra: Control de Procesos

Facultad de Ingeniería

Universidad Nacional de Entre Ríos

Aparato digital con memoria programablepara el almacenamiento de instrucciones.Permitie la implementación de funcionesespecíficas como: lógica, secuencias,

temporizado, conteo y aritmética(Autómatas).

El objetivo es controlar máquinas y procesos

Definición:

PLC:



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Sistemas con PLC

Automatismo

Sensores

Proceso a

controlar

Actuadores

Trabajo

Información del proceso

Ordenes de acción

Aplicaciones

Aplicaciones



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Aplicaciones

• Menor tiempo de elaboración de proyectos y

puesta en funcionamiento de plantas.

• Mínimo espacio.

• Desarrollado con componentes de estado sólido

(microprocesadores o microcontroladores) y

memorias programables.

• Mantenimiento económico.

• Estructuras modulares.

Ventajas

• Posibilidad de gobernar varias máquinas

con el mismo autómata.

• Bajo índice de fallas

Ventajas



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Vista Externa de un PLC

Arquitectura Interna


Módulo de entradas

Módulo de Salidas

Unidad Central de Proceso

C.P.U.Fuente de

Alimentación

Memoria

Señales desde

el campo

Bus de Datos

Señales hacia

el campo



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C.P.U.: la unidad central de procesamiento es laencargada de la ejecución del programa realizadopor el usuario. Relaciona las salidas en función delestado de las entradas, de manera de lograr elcontrol de un determinado proceso

Entradas: el módulo de entradas es el vínculo delPLC con los elementos distribuidos en el campo(sensores, llaves, pulsadores, etc.), encargados derecoger información sobre el estado actual delproceso. Tipos: discretas, analógicas, especiales,inteligentes.


Salidas: este módulo es el encargado de establecer elvínculo entre el PLC y los actuadores afectados alproceso. EL mismo toma los resultados provenientesde la CPU y los adapta a niveles eléctricos apropiadospara que puedan ser utilizados por los actuadores.Tipos: discretas, analógicas, especiales, inteligentes.

Memorias: es la encargada de almacenar el sistemaoperativo, programas de aplicación, resultadosintermedios y finales procesados por la CPU, así comotambién el estado de las entradas y salidas (tabla deestado de E/S) en forma temporal o permanente.Tipos: RAM, ROM, EPROM, EEPROM y FLASH.

Estructura Interna

MEMORIAS: Tipos y Aplicaciones



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Ciclo de Funcionamiento del PLC:

Consulta estado ENTRADAS

Ejecuta programa de aplicación

Atiende comunicaciones conmódulos inteligentes

Atiende comunicaciones conpuertos del CPU

Ejecuta Autodiagnóstico

Actualiza SALIDAS

Ejemplo: Encendido y Apagado de una

lámpara a través del PLC

Clasificación de los PLC’sSi deseamos establecer una clasificación dePLC’s, podemos considerar distintos aspectos:

Por su Construcción

Integral o micro PLC.

Modular.

Por su Capacidad

Nivel 1: Control de variables discretas y pocasanalógicas, operaciones aritméticas y capacidadde comunicación elementales.



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Nivel 2: Control de variables discretas yanalógicas. Funciones como raíz cuadrada,logaritmo, antilogaritmo, aritmética de dobleprecisión y de punto flotante, funcionestrigonométricas, diferenciación e integración,lazos PID. E/S inteligentes. Conexión en red. Grancapacidad de manejo de datos analógicos ydiscretos.

Por Cantidad de E/S Micro PLC (hasta 64 E/S). PLC pequeño (65 a 255 E/S). PLC mediano (256 a 1023 E/S). PLC grande (más de 1024 E/S).

Clasificación de los PLC’s

Para elegir un PLC….considerar:

Tipo y velocidad del procesador

Cantidad y tipo de memoria

Tipos y cantidad de entradas y salidas

Modularidad de las entradas/salidas

Entradas Especiales

Temporizadores/contadores Tipo de Interfaz de programación

Lenguaje de programación

Recursos de comunicaciones

Protección de propiedad intelectual yseguridad

Medios de ProgramaciónUnidad de programación: suele ser en forma de calculadora.

Es la forma más simple de programar el autómata, y se suele

reservar para pequeñas modificaciones del programa o la lectura

de datos en el lugar de colocación del autómata.

Consola de programación: es un terminal a modo de

computadora portátil que proporciona una forma cómoda de

realizar el programa de usuario y observar parámetros internos

del PLC.

PC: es el modo más potente y empleado en la actualidad. La

comunicación se establece a través de uno de sus puertos series o

USB.



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Estándar IEC 1131-3(Comisión Electrotécnica Internacional)

Estándar IEC 1131-3Lenguajes de Programación

Lenguajes Literales:

- Lista de instrucciones (IL o LI).

- Texto estructurado (ST).

Lenguajes Gráficos:

-Diagrama de contactos (LD).

- Funciones de Diagramas de Bloques (FBD).

-Diagrama Funcional de Secuencias (SFC).

El diagrama de contactos (ladder diagram oLD) es un lenguaje que utiliza un juegoestandarizado de símbolos de programación.

Los símbolos pueden ser:•Contactos y Bobinas.

•Temporizadores (TIM)

•Contadores (CNT)

•Comparadores (CMP)

•Bloques de operaciones aritméticas

•Bloque de manejo de datos

Lenguajes de Programación:Diagrama de Contactos



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Diagrama de Contactos

Contactos y Bobinas

T ip o d e Bob in a Visu al izac ió n ¿Co rr ien te a l a

bobina?

Resultado

Si Referencia ONNormalmente abierta

No Referencia OFF

Si Referencia OFFInversa

No Referencia ON

Transición Positiva No → Si Ref. ON durante un

barridoTransición Negativa Si→ No Ref. OFF durante

un barrido

Si Ref. ON hasta quese apague con “R”

Set

No Sigue igual

Si Ref. OFF hasta quese active con “S”

Reset

No Sigue igual

Contactos y BobinasSon contactos normalmente abiertos (NA) o

normalmente cerrados (NC)

%I1.2 %I1.4 %Q2.5

Flujo Imaginario de corriente

SALIDAINICIO



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Contactos y Bobinas

Temporizadores

El temporizador es un elemento deprograma cuya función es acumulartiempo cuando sus condiciones deentrada cumplen con ciertos requisitos.

El valor de tiempo acumulado esalmacenado en un registro interno delcontrolador

Temporizadores



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Temporizadores%I1.2

%Q2.5

SALIDAINICIO

IN TM Q

Mode:TON

TB: 1mn

%TM1

EJEMPLO

%TM1

Temporizadores

Temporizadores



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Contador creciente Elemento de programa que cuenta eventos

cada vez que sus condiciones de entradacumplan ciertos requisitos.

El número de eventos contados esalmacenado en un registro interno delcontrolador.

Una vez que el valor almacenado (eventoscontados) llegue a un valor determinado(eventos de preset), las condiciones desalidas del contador cambian, las cualespueden ser usadas por el usuario paraproducir por ejemplo: alarmas, detenermáquinas, etc.

Contadores

Contadores%I1.2

%Q2.6

SALIDAINICIO

CU CNT F

%C1

%C1

EJEMPLO



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Contadores

Listado de Instrucciones (IL o LI)

La lista de instrucciones (IL o LI) es un lenguaje debajo nivel, similar al lenguaje ensamblador. Con IL solouna operación es permitida por línea. Este lenguaje esadecuado para pequeñas aplicaciones y para optimizar

partes de una aplicación.

Listado de Instrucciones (IL o LI)



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Ejemplo

%I1.2 %Q2.1

SALIDAINICIO

%I1.1

%I1.3 %I1.4

%I1.7 %I1.8 %I1.9

%I1.5

%I1.6

%Q2.3

%Q2.2

%I1.10

LD %I1.2

OR %I1.1OR %I1.5

AND %I1.3

AND %I1.4

OUT %Q2.1

LD %I1.7

OR %I1.10

AND %I1.8

AND %I1.9

OUT %Q2.3

Ejemplo (continuación...)

LD %I1.5

OR %I1.1

OR %I1.5

AND %I1.3

AND %I1.4

OUT %Q2.1LD %I1.7

OR %I1.10

AND %I1.8

AND %I1.9

OUT %Q2.3

Lenguajes de ProgramaciónTexto Estructurado

El texto estructurado (ST) es un lenguaje dealto nivel que posee una sintaxis parecida alPASCAL o al C++

C:= A AND NOT B

Se utiliza en aplicaciones complejas querequieran muchas operaciones



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El diagrama funcional de secuencias (SFC) es unlenguaje gráfico que proporciona unarepresentación en forma de diagrama de flujo. Loselementos básicos son pasos y transiciones.

El funciones de diagramas de bloque (FBD) es unlenguaje gráfico que permite programar elementosque aparecen como bloques para ser cableadosentre si de forma análoga al esquema de uncircuito.

Lenguajes de Programación

Lenguajes de ProgramaciónSegún IEC 1131-3

Para Profundizar en el tema…

Conexiones en RED y comunicacionesindustriales para uno o varios PLC

SCADA

Confiabilidad y seguridad de lossistemas electrónicos de control conPLC



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FIN

Las Entradas: A las entradas se conectan sensores(digitales/discretos o analógicos)

Pulsadores

Llaves

Termostatos

Presostatos

Límites de carrera

Sensores de Proximidad

Otros elementos que generan señalesbinarias (ON-OFF)



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Discretas: solo pueden tomar dos estados: “on/off”

Los modulos pueden venir para 24VCC/ 24VCA /TTL/110 VCA/220 VCA.

Características Técnicas a tener en cuenta: númerode entradas, cantidad de comunes, rango de tensióny corriente, tipo de alimentación, tensiones on/off,corriente máxima, tiempo on-off y tiempo off-on,impedancia de entrada.

Entradas Digitales:

La estructura general de un módulo de Entradas es:

Entradas Digitales:

Rectificador

Acondicionador de

Señal

Indicador deestado

Aislación

Lógica ycomunicación Busde datos principal

Las señales analógicas son corrientes o tensionesdentro de los rangos admitidos por el módulo.

Pueden ingresar al módulo directamente del sistemacuando son eléctricas o caso contrario de utilizatransductor (Ej: presion-->tensión).

Los modulos pueden venir para rangos de 4-20 mA,0-10V, -5/5 V, 1-5V.

Características Técnicas a tener en cuenta: cantidadde bits del conversor A/D, cantidad de canales (de 2a 16), rango de tensión y corriente de entradas,impedancia de entrada y tiempo de conversión.

Entradas Analógicas



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La estructura general de un módulo de Entradas es:

Entradas Analógicas:

Señales desde elsistema externo

Protección yFiltro

Multiplexor

Conversor A/D

Aislación

BufferSeñales al Bus

del PLC

Las SalidasInterfases o adaptadores de Salida que

comandan dispositivos de campo.Pueden ser analógicas odigitales/discretas

Las salidas comandan distintosequipos, por ejemplo:

Lámparas. Sirenas y Bocinas. Contactores de mando de Motores. Válvulas Solenoide. Otros elementos comandados por

señales binarias.

Tipos: por Transistor o Relé:Salidas Digitales:

Salida a

Transistor



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Salidas Digitales:

Salida a

Relé

Es importante considerar los tiempo deconexión desconexión de los dispositivos desalida (circuito de conexión).

Características Técnicas a tener en cuenta: tipode salida (Ej colector abierto NPN, etc.),

número de salidas, cantidad de comunes,rango de tensión - corriente de salida, tipo dealimentación, corriente máxima resistiva porcomún, tiempo on-off y tiempo off-on.

Salidas Digitales:

La estructura general de un módulo de Salidas es:Salidas Digitales:

Aislación

Indicador deestado

Circuito deconexión (Relé,transistor, etc.)

Protección

Desde el Bus deDatos PLC

Hacia el sistema(lámparas,

solenoides, etc.)



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Las señales analógicas de salida son corrientes otensiones dentro de los rangos admitidos por elmódulo.

Los modulos pueden venir para rangos de 0-20 mA,0-10V.

Características Técnicas a tener en cuenta: cantidadde bits del conversor D/A, cantidad de canales ,rango de tensión y corriente de salidas, tiempo deconversión.

Salidas Analógicas

La estructura general de un módulo de Salida es:

Salidas Analógicas:

Señales desde elPLC

Buffer

Aislación

Multiplexado

Conversor D/A

ProtecciónSeñales alSistema

Entradas / Salidas Especiales Dentro del sistema de E/S de un PLC se

pueden instalar módulos dedicados atareas especiales que no pueden serresueltas eficientemente por la CPU.



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Entradas / Salidas Especiales

• Entradas de termocuplas: incluye unmicroprocesador para linealización de laseñal de entrada, y una junta fría paracompensación.

• Entradas de RTD: Incluye unmicroprocesador para linealización de laentrada.

Entradas / Salidas Especiales

• Entrada de pulsos de alta velocidad:El tiempo que le insume a la CPU resolverel programa del usuario hace que ésta nopueda leer pulsos de alta velocidad. Estosmódulos poseen un procesador dedicado

a esta función y pueden dar señales alcampo y a la CPU al alcanzar valoresprefijados.

Módulos Inteligentes Con el objeto de descargar a la CPU de

tareas que le insumen un tiempo queno es aceptable, o para las que ésta noestá preparada, se dispone de módulosinteligentes.

Algunos de estos módulos cuentan consus propias E/S, mientras que otrosaprovechan la estructura de E/S queofrece el PLC.



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Módulos Inteligentes Los módulos inteligentes poseen un

procesador propio que funciona en formaasincrónica con el de la CPU. Ambosprocesadores intercambian datos a travésde la capacidad del módulo inteligente deleer y escribir ciertas posiciones de lamemoria de la CPU principal.

Módulos Inteligentes Algunos de estos módulos inteligentes son:

Módulo BASIC: Programable en lenguajeBASIC, posee uno o varios puertos decomunicación RS-232 ó RS-422.

Módulo PID: Este módulo resuelve uno o varios

lazos PID en forma separada de la CPU principal.La configuración de los lazos se efectúa desde laCPU principal o directamente a través de unpuerto RS-232 ó RS.422 que el módulo posee.

Módulos Inteligentes Módulo ASCII: Almacenan mensajes que

pueden emitirse a través de sus puertos decomunicaciones por orden del programa de laCPU principal.

Módulo de posicionamiento: Es unacombinación de un módulo contador de altavelocidad con salida para motores. Se utilizanpara resolver lazos de posicionamiento enaplicaciones de control numérico o robótica.



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Módulos Inteligentes Módulo computador integrado: Son

verdaderas computadoras, con teclado,pantalla, impresoras, conexión en red yalmacenamiento masivo (ya sea en los clásicosdiscos rígidos o en disco RAM que emulan undisco rígido utilizando memoria RAM).

Módulos de comunicación: Son módulosinteligentes especialmente dedicados a tareasde comunicación.

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