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Captulo III Controladores Lgicos Programables (PLC) _____________________________________________________________________________
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3.3 Aplicaciones de los PLC
El PLC es esencialmente un controlador programable digital y su
principal funcin es la de sustituir los rels cableados, pero por sus
caractersticas especiales de diseo, actualmente tiene un campo de
aplicacin muy extenso.
Su utilizacin abarca desde instalaciones en donde es necesario
realizar procesos de maniobra, control hasta sealizacin.
Sus caractersticas especiales, el fcil montaje, la posibilidad de
almacenar los programas para su posterior y rpida ejecucin, hace
recomendable su uso en los procesos en los cuales se necesitan, espacios
reducidos, procesos de produccin peridicamente cambiantes, procesos
secuenciales, maquinaria de procesos variables, instalaciones de procesos
complejos etc.
Los dispositivos de E/S a conectar son muy variados y con distintos
mrgenes de tensin y corriente, ejemplo:
3.3.1 Entradas Interruptores de nivel, presostatos, termostatos, pulsadores, selectores
de varias posiciones, finales de carrera.
3.3.2 Salidas Alarmas luminosas o sonoras, solenoides, electro vlvulas, contactores,
dispositivos de estado slido.
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Los PLC tienen una amplia aplicacin en todas las industrias, algunos
ejemplos: Produccin de Cementos, Generacin de energa, Extraccin y
Reduccin de Petrleo, etc.
3.4 Comparacin entre lgicas a rel cableado y el PLC
3.4.1 Lgica a rel cableado
La lgica a rel cableado se ha dividido en tres partes como lo muestra
la Figura 3.1
3.4.2 Dispositivos de entrada
Se caracterizan por incluir los dispositivos operados manualmente
(pulsadores, selectores), y dispositivos electromecnicos operados en el
proceso que esta siendo controlado (interruptores de fin de carrera,
presostatos, termostatos).
3.4.3 Lgica de Control a Rel Incluye los rels, temporizadores, etc., interconectados para energizar o
desenergizar los dispositivos de salidas en respuestas al estado de los
dispositivos de entrada, siguiendo la secuencia lgica implcita en el circuito.
3.4.4 Dispositivos de Salida
Consistente en los dispositivos a controlar en el proceso de lgica a
rels, ellos pueden ser: arrancadores de motor, solenoides etc.
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Figura. 3.1 Lgica a rel cableado.
3.5 PLC
El Sistema utilizado es muy similar Figura 3.2, slo que ahora el
interfaz entre los dispositivos de E/S es el PLC, quien ahora sustituye la
lgica de rels cableados.
En lugar de la lgica cableada en la circuiteria de rels, el PLC utiliza
instrucciones programadas.
Figura. 3.2 Lgica PLC.
Disp. De
Entrada
Lgica Control
Rels Cableados
Disp. De
Salida
Mquina o Proceso a Controlar
Disp. De
Entrada
Controlador
Lgico
Disp. De
Salida
Mquina o Proceso a Controlar
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Con la sustitucin de la lgica a rels cableados por PLC, se gana en
eficiencia debido al bajo consumo de energa, se reducen los espacios de
control al reducir los circuitos, siendo utilizados slo los rels necesarios ,
se reducen los riesgos de fallas al ser instalados menos equipos.
3.6 Estructura externa de los PLC
Es el aspecto fsico exterior del mismo, en la actualidad existen dos
estructuras significativas en el mercado: Compacta, Modular.
3.6.1 Compacta
Se caracteriza por presentar en un solo bloque todos sus elementos,
fuente de alimentacin, CPU, Memorias, Entradas/Salidas.
En lo que se refiere a su unidad de programacin existen 3 versiones:
unidad fija enchufable directamente en el controlador, enchufable mediante
cable y conector posibilidad de ambas conexiones.
3.6.2 Modular
Su principal caracterstica est definida como su nombre lo indica en
mdulos, lo cual implica una estructura del PLC que se divide en partes del
mismo que realizan funciones especficas.
En la actualidad existen dos tipos de estructuras, estructura americana
y europea.
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3.6.3 Estructura Americana
Su principal caracterstica es separar las E/S del resto del controlador,
de tal forma que en un bloque compacto estn reunidos el CPU, la memoria
del usuario o programa y fuente de alimentacin, separadamente las
unidades de E/S en los bloques o tarjetas necesarias.
3.6.4 Estructura Europea
Se caracteriza por tener un mdulo para cada funcin: Fuente de
Alimentacin, CPU, E/S, etc. La unidad de programacin se une mediante
cable y conector.
3.7 Estructura o arquitectura interna
Los PLC estn compuestos principalmente de cuatro bloques Figura 3.3.
3.7.1 La seccin o unidad de Entradas
3.7.2 La Unidad Central de Procesamiento o CPU
3.7.3 La seccin o unidad de Salida
3.7.4 La Fuente de Alimentacin
Figura. 3.3 Estructura o arquitectura interna de los PLC.
Disp. De Entradas
Unidad de
Entrada(1)
CPU(2)
Unidad de
Salida (3)
Disp. DeSalidas
Fuente de Alimentacin (4)
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3.7.1 La Seccin o Unidad de Entrada
Se encarga de adaptar y codificar de forma comprensible para el CPU
las seales precedentes de los dispositivos de entrada, tales como;
Selectores, Pulsadores, Fines de carrera, etc.; Tambin cumple la funcin de
proteger los circuitos electrnicos internos del controlador, aislando estos de
las seales externas.
3.7.2 La Unidad Central de Procesamiento CPU
Es el cerebro o sistema inteligente del sistema, se encarga de
interpretar las instrucciones del programa del usuario y en funcin de las
seales de entrada, activa o desactiva salidas deseadas.
3.7.3 La Seccin o Unidad de Salida
Mediante las interfaces adecuadas, trabaja en forma inversa a la de
entradas, es decir, decodifica las seales precedentes de la CPU, las
amplifica y manda con ellas los dispositivos de salida o actuadores, como
electrovlvulas, rels, contactores etc.
3.7.4 La Fuente de Alimentacin
Se encarga de adaptar la tensin de red 240 VAC/120 VAC 24 VDC
a la tensin de funcionamiento de los circuitos electrnicos internos del
controlador normalmente 5 y 24 VDC.
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3.8 Unidad de programacin
Es la que le permite al usuario programar, el PLC, se tiene acceso a
ellos mediante un PC con su software respectivo, a travs de una unidad
terminal de programacin.
3.9 Perifricos
Son los elementos auxiliares como dispositivos que permiten conexin
del CPU con los elementos perifricos antes descritos y en algunos casos al
CPU con la unidad de programacin.
3.10 Nano-autmata programable TSX-07
3.10.1 Descripcin.
El Nano-autmata modelo TSX 07 21 2428 es un ejemplo de
controlador lgico programable (PLC) Figura 3.4, el cual puede ser utilizado
en procesos de automatizacin pequeos, es fabricado y comercializado por
el grupo Scheneider Electric. Cuenta con 14 entradas aisladas a +24 VDC y
10 salidas ON/OFF tipo rel. Posee una fuente de alimentacin para las
entradas de +24 VDC, 150 mA. Es programable en el lenguaje de
programacin PL7 a travs de un PC o un terminal compacto FTX-117.
El autmata se descompone en cuatro subgrupos principales:
3.10.1.1 Las entradas.
3.10.1.2 Las salidas.
3.10.1.3 La memoria donde se conservan las instrucciones del
programa de usuario.
3.10.1.4 El procesador, que lee las informaciones de entradas y
controla las salidas en funcin de las instrucciones del programa de usuario.
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Figura. 3.4 Partes del autmata.
1 Trampilla de acceso a los elementos 2, 3 y 4. 2 Toma para la conexin del terminal de programacin o de una consola
de dilogo operador (RS 485/9600 baudios). 3 Selector para la codificacin de la funcin del autmata:
0 = autmata de base; 1 = extensin de entradas/salidas. 5 = extensin autmata 2; 6 = extensin autmata 3; 7 =
extensin autmata 4.
4 Dos puntos de ajuste analgico. 5 Visualizacin del estado de las entradas. 6 Visualizacin del estado de las salidas.
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7 Visualizacin del estado del autmata: RUN, ERR, COM, I/O. 8 Conexin de la alimentacin de red. 9 Alimentacin de los captadores en los modelos alimentados en AC
100/240 V : DC 24 V/150 mA. 10 Conexin de las entradas. 11 Conexin de las salidas. 12 Conexin de la extensin (extensin de E/S y/o extensin del
autmata) 13 Trampilla amovible para la proteccin de los borneros.
3.10.2 El bloque visualizacin del estado del autmata.
Es un bloque que ofrece informacin sobre la implantacin, explotacin,
diagnstico y mantenimiento del autmata. Para ello dispone de cuatro
indicadores de estado: RUN, ERR, COM, I/O que muestran el estado de
funcionamiento del autmata a travs de seales de apagado, parpadeante o
encendido.
RUN es un indicador de color verde que se enciende para sealar que el
autmata est en funcionamiento, parpadea para indicar el estado en STOP
y se apaga cuando no ejecuta aplicacin vlida o cuando ha ocurrido un fallo.
ERR es un indicador de color rojo que se enciende para sealar una falla
interna, parpadea cuando la aplicacin no puede ejecutarse y se apaga
cuando la aplicacin esta funcionando correctamente.
COM es un indicador de color amarillo que se enciende para sealar el
intercambio de informacin presente en el cable de interconexin y se apaga
cuando no hay informacin en el cable de interconexin.
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I/O es un indicador de color rojo que se enciende para sealar un fallo en las entradas o salidas y se apaga en ausencia de falla.
3.10.3 Ciclo del autmata.
Por defecto, el ciclo del autmata se ejecuta en forma cclica y
repetitiva, siguiendo una serie de pasos como se muestra en la Figura 3.5.
Figura. 3.5 Ciclo del autmata
Tratamiento interno. El sistema asegura implcitamente:
La supervisin del autmata: - Control de la capacidad de ejecucin de la memoria del
programa.
- Gestin del tiempo (actualizacin de los valores actuales del
reloj-calendario)
- Actualizacin de los indicadores: RUN, I/O, ERR, COM.
- Deteccin de los pasos RUN/STOP.
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- Supervisin de otros parmetros del sistema.
El tratamiento de las peticiones provenientes del terminal (por parte del operador)
3.10.4 Adquisicin de las entradas.
Se actualiza la memoria de entradas con el nuevo estado de las entradas fsicas (%I)
3.10.5 Tratamiento del programa.
Se ejecuta el programa escrito por el usuario.
3.10.6 Actualizacin de las salidas.
Se actualizan los bits de salida (%Q), segn el estado definido por el programa.
3.10.7 Ciclo de funcionamiento.
Autmata en RUN: El procesador efecta el tratamiento interno, la adquisicin de las entradas, el tratamiento del programa y la actualizacin de
las salidas.
Autmata en STOP: En este caso, el procesador efecta solamente el tratamiento interno, la adquisicin de las entradas y la
actualizacin de las salidas.
3.10.8 Desbordamiento del tiempo de ejecucin.
El autmata (watchdog del programa) controla el tiempo de ejecucin
del programa de usuario, este tiempo no debe sobrepasar los 150 ms. En
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caso contrario, se produce un fallo que provoca el paro inmediato del
autmata (indicador RUN intermitente).
3.11 Diagramas de conexin de las entradas y las salidas.
3.11.1 Entradas.
La Figura 3.6 muestra como deben conectarse los dispositivos de
adquisicin de datos (interruptores, pulsadores, detectores, etc.) de tipo
ON/OFF a las entradas del autmata programable. Se observa que todos los
dispositivos de entrada estn alimentados con la misma fuente del autmata.
La corriente de entrada en cada una de las entradas es de 7 mA.
Figura. 3.6 Diagrama de conexin de las entradas.
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3.11.2 Salidas.
La Figura 3.7 muestra la manera de conectar las salidas (a rel) del
autmata programable a los dispositivos de salida. La mxima corriente de
salida que soporta el rel depende de la tensin en sus contactos y del tipo
de carga (inductiva, resistiva). Adems, el nmero mximo de operaciones
(robustez elctrica) de los contactos esta dado por la corriente que circula
por ellos y por el factor de potencia de la carga.
Figura.3.7 Diagrama de conexin de las salidas.
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3.12 Protecciones de las entradas y las salidas.
Los modelos de autmatas con salida a rel no contienen ningn tipo
de proteccin en sus salidas y como las cargas aplicadas suelen ser
inductivas (bobinas de contactores), la desconexin da lugar a picos de
tensin transitorios de alto valor, por lo que se recomienda agregar las
siguientes protecciones:
- Cortocircuitos y sobrecargas: un fusible por punto de I/O.
- Sobrevoltajes (AC): un circuito RC o un supresor tipo MOV en
paralelo con los terminales de cada salida.
- Sobrevoltajes (DC): Un diodo inverso en paralelo a cada salida. La
Figura 3.8 muestra las protecciones utilizadas
Figura. 3.8 Protecciones.
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3.13 Caractersticas.
3.13.1 Caractersticas de las alimentaciones. Tabla 3.1. Caractersticas de las alimentaciones.
Tipo de alimentacin AC
Nominal 100 a 240 V Tensin de
alimentacin Lmite 85 a 264 V
Nominal 50/60 Hz Frecuencia
Lmite 47 a 63 Hz
Potencia necesaria Consumo 30 VA Alimentacin captador
integrada y protegida
DC 24 V / 150 mA
Micro-cortes 10 ms Aislamiento
primario/tierra
2000 V eff.50/60 Hz
Conformidad IEC 1131-2 S
3.13.2 Caractersticas de las entradas 24 VDC. Tabla 3.2 Caractersticas de las entradas 24 VDC.
Tipo DC 24 V (resistiva)
Lgica Positiva
Comn de los captadores Al + de la alim.
Naturaleza Aisladas
Tensin 24 V
Corriente 7 mA
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Continuacin Tabla 3.2 Caractersticas de las entradas 24 VDC.
Corriente de
pico en la
conexin
-
Alimentacin
captadores
19,2 a 30 V (ondulacin
incluida)
Valores nominales de entradas
Frecuencia -
Estado 1 Tensin 11V Corriente 2,5 mA
para U = 11V
Estado 0 Tensin 5V
Valores de lmite de las
entradas
Corriente 1,2 mA Frecuencia -
0 a 1 12 ms Valores por
defecto 1 a 0 12 ms
100us/3ms/12ms
en %I0.0 a %I0.7
0 a 1
375us/3ms/12ms
en %I0.8 a %I0.13
100us/3ms/12ms
en %I0.0 a %I0.7
Sensibilidad
Valores
programables
1 a 0
375us/3ms/12ms
en %I0.8 a %I0.13
Aislamiento Entre grupos
de vas
1500Veff.-50/60 Hz
Compatibilidad ddp 2 hilos S (TE)
Compatibilidad ddp 3 hilos S
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Continuacin Tabla 3.2 Caractersticas de las entradas 24 VDC.
Conformidad IEC 1131-2 S (tipo 1)
3.13.3 Caractersticas de las salidas a rel.
Tabla 3.3 Caractersticas de las salidas a rel.
Naturaleza Rels
Tensin AC 24V
Corriente 2 A
Rgimen resistivo
AC12
1 A
Tensin AC 24V
Corriente 1 A
Carga
corriente
alterna Rgimen inductivo
AC15
0,5 A
Tensin DC 24 V Rgimen resistivo
DC12 Corriente 1 A
Tensin DC 24 V
Carga
corriente
continua Rgimen inductivo
DC13 Corriente 0,4 A
En la conexin 5 ms Tiempo de respuesta En la desconexin 10 ms
Contra sobrecargas y
cortocircuitos
Ninguna, prever un fusible
por va o grupo de vas
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Continuacin Tabla 3.3 Caractersticas de las salidas a rel.
Protecciones
incorporadas
Contra
sobretensiones
inductivas en AC
Ninguna, montaje obligatorio
de un circuito RC o varistor
MOV (ZNO) en paralelo en
los bornes de cada
preaccionador
Contra sobretensiones
inductivas en DC
Ninguna, montaje obligatorio
de un diodo de descarga en
paralelo en los bornes de
cada preaccionador
Aislamiento Entre grupos de vas 1500 V eff.-50/60 Hz
Conformidad
IEC 1131-2
S
3.14 Descripcin del lenguaje
El software de programacin PL7-07 para PC soporta los lenguajes de
lista de instrucciones y de contactos. Usualmente es ms sencillo programar
en lenguaje de instrucciones a partir de un lenguaje de contactos. El lenguaje
de contactos (o lenguaje en escalera) es un lenguaje booleano basado en
circuitos. El software PL7-07 permite revertir un programa del lenguaje de
contactos al lenguaje de lista, y viceversa.
En el lenguaje de contactos, las entradas digitales se representan por
medio de contactos (smbolo: / ) que pueden ser normalmente abiertos o normalmente cerrados. Dos o ms contactos en serie constituyen
la operacin lgica AND, dos o ms contactos en paralelo representan la
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operacin lgica OR. Las salidas o bobinas, se representan con el smbolo (
) (normalmente abierta) ( / ) (normalmente cerrada) Figura 3.9.
Figura. 3.9 Diagrama en escalera con dos contactos en serie (operacin lgica AND) y dos contactos en paralelo (operacin lgica OR).
Un programa escrito en el lenguaje de instrucciones PL7-07 consiste
de una serie de instrucciones (mximo 1000) de diferentes tipos.
El lenguaje de lista de instrucciones consta de una serie de
instrucciones ejecutadas secuencialmente por el autmata. Cada instruccin
se compone de un cdigo de instruccin y de un operando. Figura 3.10
Figura. 3.10 Instruccin del lenguaje de lista
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3.15 Principales objetos de bits.
Bits de entradas/salidas: son las imgenes lgicas de los estados elctricos de las entradas/salidas, se almacenan en la memoria de datos y se
actualizan en cada exploracin de la tarea en la que estn configurados.
- Bits de entrada: 14 (%I0.0 a %I0.13)
- Bits de salida: 10 (%Q0.0 a %Q0.9)
Bits internos o banderas (%M): permiten almacenar estados intermedios durante la ejecucin del programa. Son 128, desde el %M0 al
%M127.
Bits de sistema (%S): supervisan el buen funcionamiento del autmata, as como la ejecucin del programa de aplicacin. Son 128, desde
el %S0 al %S127.
Bits de bloque de funcin (%BLK): corresponden a las salidas de los bloques de funcin, las cuales pueden cablearse directamente o utilizarse
como objeto.
3.16 Instrucciones booleanas. Tabla 3.4 Instrucciones booleanas
Instrucciones Funciones
Equivalentes
Descripcin
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Continuacin Tabla 3.4 Instrucciones booleanas LD
LDN
LDR
LDF
Load
ST
STN
S
R
store
AND
ANDN
ANDR
ANDF
Logical bit AND
OR
ORN
ORR
ORF
Logical bit OR
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Continuacin Tabla 3.4 Instrucciones booleanas
Instrucciones Funciones
Equivalentes
Descripcin
XOR
XORN
XORR
XORF
O exclusiva
O exclusiva inverso
O exclusiva flanco
ascendente
O exclusiva flanco
descendente
Exclusive OR
N Negacin de la
instruccin prev.
-
AND(
OR(
Parentheses
3.17 Bloques de funcin. Los bloques de funcin se programan en el autmata y ocupan un rea en la
memoria. Para programar los bloques de funcin en forma reversible deben
observarse las siguientes reglas generales:
- BLK + Tipo de Bloque: indica el comienzo del bloque de funcin.
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- END_BLK: indica el fin de bloque
- OUT_BLK: se utiliza para procesamiento de las seales de salida
de bloque.
A continuacin se muestran los tipos de bloques de funcin de inters
para el presente trabajo:
3.17.1 Bloque de funcin temporizador.
Existen tres tipos de temporizadores:
- Temporizador al activar (TON): este tipo de temporizador permite
gestionar retardos en la conexin. Este retardo es programable y puede ser
modificado o no desde el terminal.
- Temporizador al desactivar (TOF): este tipo de temporizador
permite gestionar los retardos de desconexin. Este retardo es programable
y puede ser modificado o no desde el terminal.
- Temporizador monoestable (TP): este tipo de temporizador permite
elaborar un impulso de duracin precisa. Esta duracin es programable y
puede ser modificado o no desde el terminal.
La programacin de los bloques de funcin temporizador es idntica en todos
los modos de utilizacin. La eleccin de funcionamiento TON, TOF o TP se
efecta en el editor de variables.
La Figura 3.11 muestra un bloque tpico de un temporizador.
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Figura. 3.11 Temporizador.
3.17.2 Caractersticas.
Tabla 3.5. Caracterstica del bloque de funcin temporizador.
Nmero de
temporizador
%TMi 0 a 31
Tipo
TON
TOF
TP
Retardo en la conexin (por defecto)
retardo en la desconexin
monoestable
Base de tiempo
TB
1min (por defecto), 1s, 100ms,
10ms, 1ms (para TM0 y TM1).
Cuanto ms corta es la base de
tiempo, mayor es la precisin del
temporizador.
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Continuacin Tabla 3.5. Caracterstica del bloque de funcin temporizador.
Valor actual
%TMi.V
Palabra que aumenta de 0 a
%TMi.P al transcurrir el
temporizador. Puede ser leda y
probada, pero no escrita por el
programa.
Valor de
preseleccin
%TMi.P 0TMi.P9999. Palabra que puede ser leda, probada y escrita por el
programa. Por defecto su valor es
9999. La duracin o retardo
elaborado es igual a %TMi.P x TB
Ajuste por terminal
Y/N
Y: posibilidad de modificar el valor
de preseleccin %TMi.P en modo
ajuste.
N: sin acceso en modo ajuste
Entrada (o
instruccin)
Activacin
IN En el flanco ascendente (modo
TON o TP) o descendente (modo
TOF), activa el temporizador.
Salidas
Temporizador
Q Bit asociado %TMi.Q. Su puesta a
1 depende de la funcin realizada
TON, TOF TP
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Tabla 3.6. Diagrama de funcionamiento de cada tipo de temporizador.
TON
TOFF
TP
3.17.3 Bloque de funcin contador.
El bloque de funcin contador/descontador permite contar o descontar
sucesos. Las dos operaciones pueden ser simultneas. Para configurar est
funcin se deben introducir los parmetros en el editor de variables. La
Figura 3.12 muestra un bloque tpico de un contador.
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Figura. 3.12 Contador.
3.17.4 Caractersticas.
Tabla 3.7. Caracterstica del bloque de funcin contador.
Nmero de
contador
%Ci 0 a 15
Valor actual
%Ci.V
Valor actual. Palabra aumentada
o disminuida en funcin de las
entradas CU y CD. Puede ser
leda y probada, pero no escrita
por el programa.
Valor de
preseleccin
%Ci.P 0Ci.P9999. Palabra que puede ser leda, probada y escrita (valor
predeterminado: 9999)
Ajuste por terminal Y/N Y: posibilidad de modificar el valor
de preseleccin en modo ajuste.
N: sin acceso en modo ajuste.
Entrada (o
instruccin)
reinicializada
R En el estado 1: %Ci.V=0
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Continuacin Tabla 3.7. Caracterstica del bloque de funcin contador.
Entrada (o
instruccin)
preseleccin
S En el estado 1: %Ci.V=%Ci.P
Entrada (o
instruccin) contaje
CU Aumenta %Ci.V en el flanco
ascendente.
Entrada (o
instruccin)
descontaje
CD Disminuye %Ci.V en el flanco
ascendente.
Salida
desbordamiento
E
(Empty)
El bit asociado %Ci.E=1, cuando
el descontaje %Ci.V pasa de 0 a
9999 (se pone a 1 cuando %Ci.V
alcanza 9999; se pone a 0 si el
contador sigue descontando).
Salida preseleccin
alcanzada
D (Done) El bit asociado %Ci.D=1, cuando
%Ci.V=%Ci.P
Salida
desbordamiento
F (Full) El bit asociado %Ci.F=1, cuando
%Ci.V pasa de 9999 a 0 (se pone
a 1 cuando %Ci.V
alcanza 0; se pone a cero si el
contador sigue contando).
3.18 Instrucciones de programa.
Las instrucciones de programa brindan flexibilidad a la aplicacin
diseada permitiendo seguir una secuencia de programacin. Estas
instrucciones comprenden:
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3.18.1 Instrucciones de fin de programa END, ENDC, ENDCN.
Las instrucciones END, ENDC y ENDCN permiten definir el fin de
ejecucin del ciclo del programa:
END: F in de programa incondicional.
ENDC: Fin de programa si el resultado lgico de la instruccin de test
precedente es 1.
ENDCN: Fin de programa si el resultado lgico de la instruccin de
test precedente es 0.
3.18.2 Instrucciones NOP.
La instruccin NOP no ejecuta accin alguna. Simplemente se utiliza para reservar lneas de programa vacas, que luego pueden ser llenadas con
instrucciones sin necesidad de modificar los nmeros de lnea.
3.18.3 Instrucciones de salto JMP, JMPC, JMPCN a etiqueta %Li.
Las instrucciones JMP, JMPC, y JMPCN provocan la interrupcin
inmediata de la ejecucin y la continuacin del programa a partir de la lnea
de programa que comporta la etiqueta %Li: (i = 0 a 15)
JMP: salto incondicional del programa.
JMPC: salto condicional, si el resultado lgico de la instruccin anterior es 1.
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JMPCN: salto condicional, si el resultado lgico de la instruccin
anterior es 0.
3.18.4 Instrucciones de subprograma o subrutina SRn, SRn:, RET.
La instruccin SRn efecta una llamada al subprograma o subrutina,
referenciado por la etiqueta SRn: si el resultado de la instruccin booleana
precedente es 1.
La instruccin RET colocada al final de la subrutina controla el retorno
al programa principal.
La subrutina est referenciada por una etiqueta SRn: con n = 0 a 15.
3.18.5 Instruccin de rel principal MCS y MCR.
Cuando el resultado lgico de la instruccin anterior a la instruccin
MCS es 0, la ejecucin de las lneas de programa que estn despus de esa
instruccin se modifican segn la tabla siguiente hasta que se ejecute la
instruccin MCR.
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Tabla 3.8. Modificacin de instrucciones /bloques por la instruccin MCS.
Instrucciones /Bloques Modificacin
ST, STN El operando asociado es puesto en
0
S, R No se ejecutan
Sri No se ejecutan
JMP, JMPC, JMPCN No se ejecutan
%Tmi Se inicializa
Otros Bloques de Funcin No se ejecutan (permanecen en su
estado actual)
La utilizacin de las instrucciones MCS y MCR no est permitida en
los subprogramas.
3.19 Dispositivos de entrada / salida
3.19.1 Dispositivos de Entrada
3.19.1.1 Interruptores y conmutadores
Son dispositivos destinados a obtener la apertura, el cierre cambiar las
conexiones de un circuito. Se clasifican en dos tipos:
Manuales Son accionados por el operador , entre ellos se tienen: los de Palanca,
los de Pedal, los de Levas, los de Tambor.
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Automticos Son aquellos que actan por si mismos debido a cambios de una
variable fsica, entre ellos se tienen: Trmicos, de Presin, los de Flotador,
los de Flujo, Fines de Carrera e Interruptores de Velocidad.
3.19.1.2 Pulsadores
Son pequeos interruptores manuales, con contactos de poca
capacidad de corriente, que se utilizan nicamente como dispositivos pilotos
para iniciar, terminar y cambiar las operaciones de un accionamiento
elctrico. Se fabrican de dos tipos, los de contacto accin momentnea, y los
de contacto accin sostenida.
3.19.2 Dispositivos de proteccin Son dispositivos que permiten proteger tanto al operario como a
equipos.
Alguno de ellos son: Fusibles, Rels de sobrecarga, Disyuntores.
3.19.3 Dispositivos de Salida
3.19.3.1 Rels y Contactores Son los dispositivos ms utilizados en los sistemas de control
electromagnticos. Tanto rels como contactores tienen el mismo principio
de funcionamiento, salvo que los contactores tienen un juego de contactos
de mayor capacidad de corriente.
3.20 S5 para Windows
El S5 para Windows es un excelente software, que permite modificar,
probar y documentar programas para PLC. Bsicamente el S5 para Windows
Captulo III Controladores Lgicos Programables (PLC) _____________________________________________________________________________
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es usado para PLC Siemens, con el lenguaje de programacin STEP 5. La
Lgica del programa puede ser presentada en diagrama en escalera o en
listado de instrucciones, no obstante se pueden hacer conversiones de la
lgica presentada en diagrama en escalera a listado de instrucciones o
viceversa.
Editando
El editor integrado bajo S5 para Windows, crea, modifica y maneja, as
como busca y reemplaza funciones con mltiple criterio.
El editor cuando es usado para crear diagramas en escalera dispone
en la pantalla de las funciones para crear el programa Figura 3.13.
Figura. 3.13 Diagrama en escalera.
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El listado de instrucciones tambin es fcilmente creado Figura
3.14,usando las herramientas del editor y la lgica de programacin, se
dispone adems de opciones como cortar, pegar, guardar, copiar e imprimir
que dan al programador un ambiente ms idneo para la elaboracin del
programa
Figura 3.14 Listado de instrucciones.
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3.21 Operando con el Sistemas Windows
El software es compatible con todas las versiones Windows desde el
Windows 3.1, Windows 95 o Windows NT.4.x.
3.22 Funciones en Lnea
Los programas creados con S5 para Windows son transmitidos por un
serial link desde un PC a un PLC. Tambin se puede seleccionar los puertos
series COM 1 COM 2 para establecer comunicacin con el PLC. Al tenerse
en lnea el PLC con el PC, los estados de las seales pueden ser mostradas
en un pantalla grfica. Tambin es posible comunicarse con otros PLC en
lnea usando el H1-Bus.
3.23 Simulacin PLC
Con la simulacin integrada al PLC es posible probar los programas ,
no se necesita un hardware adicional, la prueba se puede hacer en el PC. La
Simulacin integrada al PLC da la misma sensacin que si se estuviere
operando un PLC en tiempo real. Con slo hacer clic en el ratn o con el
teclado se puede activar o desactivar entradas, salidas y banderas
directamente sin tener el estado de las entradas en lnea, Figura 3.15, Tan
slo se necesita el programa en RLL o en listado de instrucciones y
trasladarse a la pantalla grfica de simulacin del programa S5 para
Windows, as de esta manera operar las entradas y banderas como si se
estuviere en un proceso en tiempo real, se observarn los cambios de estado
de las entradas y salidas en la pantalla grfica en el PC.
Captulo III Controladores Lgicos Programables (PLC) _____________________________________________________________________________
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Figura.3.15 Pantalla Grfica de Simulacin.
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Captulo IV Anlisis y Diseo Empleado en La Propuesta De
Automatizacin de Las Subestaciones Aguas de Mrida _____________________________________________________________________________
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CAPITULO IV
ANLISIS Y DISEO EMPLEADO EN LA PROPUESTA DE AUTOMATIZACIN DE LAS SUEBSTACIONES AGUAS DE MRIDA
4.1 Justificacin del Sistema Seleccionado
El desarrollo propuesto se adapta al grupo de motobombas ubicadas en
la subestacin de bombeo los Chorros, pero puede ser implementado para
cualquiera de las subestaciones de bombeo de la Ciudad de Mrida de
acuerdo al siguiente programa.
4.1.1 Estaciones con menos de 2 motobombas, debe utilizarse un solo
autmata conectado a un PC.
4.1.2 Estaciones con mas de 2 motobombas, debe utilizarse 2
autmatas en cascada conectado a un PC.
4.2 Anlisis Propuesto
El anlisis propuesto se realiza en funcin a la autorizacin de entrada, a
estas subestaciones, debido a reglamentos de seguridad de la empresa, solo
se obtuvo permiso para obtener data de la subestacin los Chorros ubicada
en la Facultad de Forestal de la Universidad de Los Andes, en el resto de las
suebtaciones el acceso no fue autorizado.
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Captulo IV Anlisis y Diseo Empleado en La Propuesta De
Automatizacin de Las Subestaciones Aguas de Mrida _____________________________________________________________________________
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4.3 Descripcin de la Subestacin los Chorros.
En la metodologa utilizada para el diseo del programa del PLC, se
procedi a analizar el equipo de control de la subestacin los Chorros, la cual
esta constituida por 3 motobombas, por lo que dicho anlisis se ajustara a lo
indicado en la seccin 4.1.1 y 4.1.2.
Se detallan las diferentes entradas y salidas de lgica a reles. En el
diagrama en escalera que se describe a continuacin simulado mediante el
programa Step 5, el cual consta de 36 segmentos cuya operacin principal
se indica en la lnea superior de cada uno de estos.
En ella se explica grficamente, el tipo de entradas que se pueden
introducir directamente al PLC, que estarn alimentadas con 24 VDC (Fuente
interna del mismo) , tales como: Pulsadores, Selectores, Guarda motores, y
Fines de Carrera, y entradas que no se pueden introducir directamente al
PLC por tener otra tensin de alimentacin, tales como: Interruptores de
Presin, etc., se utilizan rels auxiliares, sus contactos secos estarn
alimentados por la fuente interna del PLC, pudindose as introducir dichas
entradas al PLC, de la misma manera se observan las salidas del PLC que
estarn conectadas directamente, as como las que tendrn rels auxiliares
para ser conectadas al circuito correspondiente.
A continuacin se presentan las entradas, salidas, contadores,
temporizadores y banderas que se utilizaron para disear el diagrama en
escalera correspondiente.
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Captulo IV Anlisis y Diseo Empleado en La Propuesta De
Automatizacin de Las Subestaciones Aguas de Mrida _____________________________________________________________________________
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4.4 Especificaciones del sistema Consta de 9 entradas, 11 salidas, un contador cclico y 8
temporizadores.
Entradas:
I 0.0 Presostato
I 0.1 Modo Remoto
I 0.2 Modo Local
I 0.3 Parado del Proceso
I 0.4 Falla Moto Bomba 1
I 0.5 Falla Moto Bomba 2
I 0.6 Falla Moto Bomba 3
I 0.7 Nivel Alto del Tanque
I 1.0 Nivel Bajo del Tanque
Salidas: Q 0.0 Moto Bomba 1
Q 0.4 Moto Bomba 2
Q 1.0 Moto Bomba 3
Q 1.4 Falla Moto Bomba 1
Q 1.5 Falla Moto Bomba 2
Q 1.6 Falla Moto Bomba 3
Q 1.7 Nivel Alto
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Automatizacin de Las Subestaciones Aguas de Mrida _____________________________________________________________________________
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Q 0.2 Nivel Bajo
Q 0.3 Enclave Moto Bomba 1
Q 0.7 Enclave Moto Bomba 2
Q 1.3 Enclave Moto Bomba 3
4.5 Diagrama en Escalera.
Figura 4.1 Seleccin de Modo Remoto o Local
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Automatizacin de Las Subestaciones Aguas de Mrida _____________________________________________________________________________
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Figura 4.2 Cuenta los Ciclos Para Alternar los Motores
Figura 4.3 Ciclo 1
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Automatizacin de Las Subestaciones Aguas de Mrida _____________________________________________________________________________
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Figura 4.4 Retardo Para activar los Motores
Figura 4.5 Ciclo 2
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Figura 4.6 Retardo Para Activar los Motores
Figura 4.7 Ciclo 3
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Figura 4.8 Retardo Para Activar los Motores
Figura 4.9 Fin de los Ciclos, Receta el Contador
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Figura 4.10 Activacin Motor 1 en Estrella - Triangulo
Figura 4.11 Enclave Motor 1
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Figura 4.12 Activacin Motor 2 en Triangulo Estrella
Figura 4.13 Enclave Motor 2
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Figura 4.14 Activacin Motor 3 en Triangulo Estrella
Figura 4.15 Enclave Motor 3
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Automatizacin de Las Subestaciones Aguas de Mrida _____________________________________________________________________________
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Figura 4.16 Activa los Motores Con Retardo Para Que No Entren
al Mismo Tiempo.
Figura 4.17 Activa los Motores Con Retardo Para Que No Entren al
Mismo Tiempo.
Figura 4.18 Falla Motor 1
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Captulo IV Anlisis y Diseo Empleado en La Propuesta De
Automatizacin de Las Subestaciones Aguas de Mrida _____________________________________________________________________________
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Figura 4.19 Falla Motor 2
Figura 4.20 Falla Motor 3
Figura 4.21 Nivel Alto
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Automatizacin de Las Subestaciones Aguas de Mrida _____________________________________________________________________________
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Figura 4.22 Nivel Bajo 4.6 Descripcin del Proceso: Se selecciona si se desea el proceso en modo remoto (I 0.1) modo local (I 0.2), luego se activa el nivel bajo del tanque (I 1.0), al estar estas
entradas activas, el presostato detecta si el caudal de agua es el apropiado
para que el sistema active la primera motobomba, de no ser as el proceso
no arranca, para que arranque, el presostato debe detectar 8 PSI (Libra por
Pulgada Cuadrada) mnimo , para que cuando actu la primera moto bomba
no se presente el fenmeno de cavitacin y as asegurar que la motobomba
no recaliente y su vida til sea la ms duradera posible.
Despus de esto la primera motobomba arranca en triangulo-estrella,
luego de cierto tiempo se activa la segunda motobomba siguiendo los
procedimientos idnticos a la primera, esto se hace con el fin de disminuir la
corriente de arranque en ese instante, este proceso se ha secuenciado en el
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Captulo IV Anlisis y Diseo Empleado en La Propuesta De
Automatizacin de Las Subestaciones Aguas de Mrida _____________________________________________________________________________
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resto de las motobombas; para as evitar arranques mltiples en el mismo
periodo de tiempo. si no existe ninguna falla en ninguna de las motobombas
se desactiva el nivel bajo del tanque (I 1.0) debido a que empieza a llenarse,
luego de un tiempo de llenado del tanque se activa el nivel alto (I 0.7),
cuando este censor se activa, el sistema se apaga, para luego esperar el
vaciado del tanque hasta un nivel bajo, que luego el presostato de nuevo
acta y el censor de nivel bajo se activa tambin, si hay un nivel de caudal
mayor o igual a 8 PSI se activa de nuevo el sistema, para operar la segunda
y la tercera motobomba para repetir el proceso descrito anteriormente.
Luego se activan la motobomba 2 y 3, siguiendo la misma secuencia
del programa, de este modo el proceso alterna las motobombas. Para as
cumplir las exigencias propuestas exigidas por la empresa.
Qu pasara cuando estn trabajando la motobomba 1 y 2 y falle
alguna de ellas?, en este momento se detecta la falla de cual es, y
automticamente entra en funcionamiento la motobomba que en ese
momento esta apagada. Luego de ser reparada la motobomba de falla, entra
en funcionamiento, siguiendo su ciclo de funcionamiento determinado.
Cuando est en otro ciclo, por ejemplo motobomba 2 y 3 en
funcionamiento y falla alguna de ellas, entra automticamente la que en ese
momento esta apagada, luego de que se repara la falla, el proceso sigue su
secuencia (1,2) , (1,3) , (2,3) y cumplimos con las exigencias de la empresa
de alternar las motobombas.
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CONCLUSIONES
La Empresa Aguas de Mrida, necesita actualizar, con tecnologa de PLC, los sistemas de control en las subestaciones que surten agua a
la ciudad de Mrida, para as minimizar las posibilidades de fallas
que representan el desgaste que pueda experimentar la lgica a
rels cableados, manteniendo la calidad y confiabilidad.
Los PLC son controladores, que permiten realizar internamente las funciones que ejecutan en la lgica a rel cableado los rels
auxiliares, temporizadores, contadores etc, adems pueden manejar
cantidades de E/S con mejor fluidez.
Implementar automatismos mediante PLC representa: 1.- Aumentar confiabilidad.
2.- Reducir el panel de control, lo cual implica una reduccin en el
espacio.
3.- Se tiene la posibilidad de almacenar los programas para su posterior
y rpida utilizacin.
4.- Facilidad de implementacin
5.- Mayor eficacia en la comunicacin a distancia, lo cual implica
mayor facibilidad de comunicacin en red.
6.- Se garantiza una mayor rapidez en la adquisicin de entradas as
como en la ejecucin de los programas almacenados.
7.- Posibilidad de manejar cualquier control desde un PC, as como la
supervisin del mismo.
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Los PLC Nano TSX07 son pequeos controladores, que pueden ser utilizados en automatismos pequeos, para nuestro caso se
conectaron 2 en forma cascada, para cumplir con la cantidad de
entrada / salida, de las sub estaciones Aguas de Mrida, que no
pasan de tres motobombas por subestacin.
Los PLC son en la actualidad la mejor opcin cuando se trata de sustituir un control basado en lgica a rels cableados.
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RECOMENDACIONES
Implementar la actualizacin del control de las sub estaciones que surten agua a la ciudad de Mrida, para as garantizar una mejor
funcionalidad de est.
Al construirse el cuarto de control en la central, recomendar que sus controles sean implementados mediante PLC, los cuales pueden ser
conectados en red para supervisar los distintos controles implicitos
all.
Capacitar y adquirir personal tcnico en el rea de automatizacin de procesos.
Al implementarse el control de las sub estaciones que surten agua a la ciudad de Mrida, se debe colocar el PLC en un rea relativamente
limpia,
a temperaturas ambiente y en tableros que cumplan con normas
internacionales.
Adems, cabe destacar que las motobombas deben estar conectadas con una proteccin adecuada, respecto con su corriente nominal para
as asegurar que cuando halla sobre corriente sobre tensin se
dispare su proteccin, para que no se produzca sobrecalentamiento
en la misma y de esa manera no quemarla y pueda funcionar con una
vida til apropiada a las expectativas y exigencias de la empresa.
Por otra parte se debe hacer una revisin pormenorizada de las sub
81
estaciones, para sustituir algunas motobombas por otras de mayor HP
para as asegurar un buena presin y caudal de agua en la red. Para
que as las moto bombas no sufran de cavitacion.
Para que este proyecto se cumpla a cabalidad se debe implementar un sistema de comunicacin por Telemetra, para as asegurar que
las sub estaciones estn en red y poder tener un buen seguimiento y
control tanto de los motobombas como la de los tanques.
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BIBLIOGRAFA
[ 1 ] Aguas de Mrida. Oficina de Planificacin y Desarrollo, Mrida. [ 2 ] Bensayn, Liliam. PLC vs. DCS.48-53 Electrotecnia, Mayo-Junio 2000. [ 3 ] Jimnez de Cisneros, Luis Maria. Manual de Bombas, Espaa: Editorial Blume, 1977. [ 4 ] Manual PLC Nano autmata TSX07, Venezuela: Schneider Electric, 1996.
[ 5 ] Mora, Pedro Omar. Maquinas Asincrnicas, Venezuela: Universidad de Los Andes, 2001. [ 6 ] Ruiz, C. Controles Industriales, Venezuela: Universidad de Los Andes, 1995. [ 7 ] Senz de Echevarria, Jos Manuel. Bombas Hidrulicas, Espaa: Ediciones CEAC, 1980. [ 8 ] www.hidrostal.com/bilder/prog5_g.jpg.
[ 9 ] www.jacuzzi.cl/jacuzzi/motobombas/motobombas.htm.