Automatas Programables Industriales API- PLC
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Autmata Programable Industrial (PLC)
Objetivos: API
- Describir la arquitectura y caractersticas.
- Conocer los parmetros caractersticos de
comparacin.- Mostrar los distintos tipos de lenguajes para
la programacin.
- Describir las funciones y tipos de los mdulosde entradas y salidas.
- Clasificar los distintos tipos de perturbaciones
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5.1 Introduccin
- General Motors 60 flexibilidad y adaptacin
- Los primeros API memoria de ncleo de ferrita
- En 1968 aparecen con memoria cableada y unaunidad central con circuitos integrados.
- A inicio de los 70 con el microprocesador- En la mitad de los 70 se produce un incremento
de memoria, entradas, salidas y
comunicacin.- En los 80 mas velocidad de respuesta, PID,servocontroladores y control inteligente FUZZYlenguajes de programacin Grafcet etc
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5.2 Estructura de API
Unidad central y el sistema de entradas / salidas
La Estructura Modular divide en distintosmdulos las estructuras, CPU y entradas/salidas
La Estructura Compacta
adecuada para pequeas aplicaciones enambientes agresivos
Entradas digital Salidas
Pulsador I0 O0 Alarma
Interruptor I1 CPU O1 Bobina de rel
Presostato I2 O2 Focos
Fin de carrera I3 O3 Solenoide
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5.3 Arquitectura de un API
PROCESO
Captadores Preaccionadores
Modulo Unidad Mdulos de: salidas
de Central Mdulos de: aplicacinEntradas CPU especial
Consola de Pupitre de Visualizacin
programacin control de datos
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Organizacin de la memoria de un API
- Zona de memoria de usuario: zona dondese almacena las instrucciones de programa.- Tabla de datos: zona de almacenamiento de
los estados internos y de datos de carcter
general especifico del tratamiento numrico,aritmticos o de operaciones de lascomunicaciones
- Memoria del sistema se almacena el
programa monitor, y la zona denominadascratch-pad, que es una zona utilizada parael almacenamiento de valores intermedios ytemporales.
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Memoria ROM;Almacenada por el fabricante elprograma del monitor el cual es inalterable e
inaccesible para el usuario(Read Only Memory)Memoria RAM;
Se almacenar, en el periodo de diseo ydepuracin de programas, el programa delusuario modificable(Random Access Memory)Memoria EPROM; Memoria de slo lecturareprogramable ( Erasable, Programmable Read -
Only Memory ).Memoria EEPROM; Memoria de solo lecturareprogramable por voltaje elctrico (ElectricableErasable Programmable Read - Only Memory)
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Organizacin de la memoria de un API (PLC)
BU Bus de direcciones
FFER Bus de controlMemoria Memoria
EPROM RAM CPU EPROM RAM
BU
FFER Bus de DatosUNIDADES EXPANDIBLE
Bus de sistema de I/ O
BUFFER Laht Buffer
Drive /interface Filtros
Rel, Triac Optoacopladores PANELES
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Arquitectura de un autmata programable
Memoria Central C ProcesadorVariables: U E Contador de Programade entrada Un N N Puntero de pilaIntermedias Xn I T Reg. de instrucc. y dir
de salida Yn D R Reg. de ndiceMonitor A A Reg. De uso generalPrograma D L
ALU
Bus datos / Direcciones / Control
Mdulos Salidas Mdulos Entrada
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Fases de operacin en marcha y parada
a) Puesta en alimentacin.
Comprobacin de: - programa usuario-memoria y componentes - comunicaciones
-mdulos de entrada/salida - las salidas
b) Fase de ejecucin de programa:Adquisicin de las entradas
Procesamientos de las ecuaciones lgicas
Actualizacin de las salidasFunciones de comunicacin
c) Parada de Sistema : Desactivacin de las salidas
Cese de ejecucin de programa
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Estructura de un programa
Ejecucin ciclcaLos ciclos se repiten continuamente mientrasse mantengan una condiciones de inicio,mediante la forma de un bucle repetitivo deltipo DO VHILE, de la manera siguiente: DO
Instruccin N1Instruccin N2
.Instruccin N m
WHILE CONCICIN DE START
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Tipos de Ciclos de funcionamiento
Cada vez que se ejecutan las ninstrucciones se
define que se ha ejecutado un ciclo de programaEl ciclo ms elemental es Verificacin del
aquel en que la adquisicin estado de Input
de las entradas se realiza alprincipio de ciclo por una Tratamiento de las
sola vez, prosiguiendo una instrucciones de prog
fase de tratamiento yevaluacin de las ecuaciones Control del estado
lgicas programadas. de las salidas
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B) C)
Verificacin del
estado de las entradas Actualizacin de
Tabla de E / S
Tratamiento de
la ecuacin E1
Tratamiento de
Control del estado las instruccionesde la salida S1 del programa
Tratamiento de la
ecuacin Em
Control del estado
de la salida Sm
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Parmetros de evaluacin de las
prestaciones de un Autmata Programable
- Potencia de la unidad central:Es funcin de la velocidad de ejecucin de lasinstrucciones.
- Tiempo de ejecucin: Sacn Time:Este parmetro determina el tiempo que utilizael autmata en la ejecucin de 1024instrucciones. ( t/1k ).
- Duracin de ejecucin de ciclo: Es funcin delnmero entradas y salidas a leer, del nmero deinstrucciones en el programa, y de la velocidad
de ejecucin de cada instruccin.
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Tipos de lenguaje de programacin
Informticos:Bajo nivel: Lista de instrucciones (Nemnicos)
Alto nivel: Basic, Pascal, C
Grficos:Diagrama de escalera (Ladder Diagrams)
Flujogramas
Diagramas de funciones lgicasGrafcet
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Lenguaje de programacinE1 E2 A n
operacin A A
E3 no n+1condicin B
E4 B sin+2
C
E5 C operacin B Cn+3
Doperacin C
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Diagramas de funciones lgicas
Dispositivos lgicos preprogramados dispuestosen libreras para su uso. Estos son:
Puertas lgicas.
Biestables de tipo Set y Reset prioritario
Contadores ascendentes, descendentes yascendentes / descendentes.
Temporizadores al arranque, retardo y
variaciones de los anteriores.Comparadoresde distinto signo.
Detectores de flanco.
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5.6 Mdulos de comunicacin con el entorno
El sistema de entradas/salidas, en una arquitecturamodular, est constituidos por mdulos independientesque se conectan con los buses del sistema, que permitela conexin fsica con transductores y preaccionadores.
La circuitera interna del API est basada en tecnologa
TTL o CMOS, con tensin de 5 a 18 V.Los mdulos de entradas/salidas cumplen funciones
a) Comunicacin con el proceso a controlar.
b) Adaptacin en tensin de trabajo, de dispositivos de
campo a elementos electrnicos de U.C viceversa
c) Proporcionar separacin elctrica entre circuitos
lgicos y los circuitos de potencia.
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Mdulos de entradas/salidas digitales.
Caractersticas tcnicas: Nde entradas: 4, 8, 16, 32
Nivel de tensin: TTL, 24, 48, 110 Vca / Vcc, 220 VcaMdulos de salidas:
Caractersticas tcnicas: N de salidas: 4, 8, 16, 32
Tipo de etapa de salida: Transistor hasta 60Vcc,Triac 24, 48, 220Vca, TTL, contacto rel.
Mdulos de entradas/salidas analgicas.
Caractersticas tcnicas: N de entradas: 4, 8,16, 32
N de salidas: 4
Rangos de trabajo: 0 a 5 Vcc ; 0 a 10 Vcc
- 10 a + 10 Vcc; 4 a 20 mA
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Esquemas elctricos de mdulos de salidaout
Circuito + -Internos c.a. - c.c. +
optoacopladores salida outCircuitoInternos c.a.
Triac comn
detector defusible fundido
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Mdulos especiales
Tarjetas de comunicacin
Se utilizan, para comunicaciones con terminalesprogramables, reguladores de temperatura, lectoresde cdigos de barras; y, general soportancomunicacin va RS - 232C, RS- 422 o RS- 485.
Unidades de temporizadores analgicos:Son unidades que disponen de temporizadoresanalgicos ajustables externamente mediantepotencimetro.
Unidades de interrupcin
Esta unidades con disposicin de entradas externascon capacidad de interrupcin del programa para la
ejecucin de subrutinas.
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Unidades de control PID:
Unidades que permite la implementacin de bucles
de control del tipo Proporcional, Integral, DerivadaUnidades de servocontrol:
Permiten el control de posicin de ejes
Unidades de control de motores paso a paso:Permiten la generacin de trenes de impulsos para
el control de motores paso a paso.
Entradas termopar y PT100Son mdulos especficos con capacidad de conexin
de varias entradas de termopar y PT100
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Unidades de contador de alta velocidad:
Estas unidades se utilizan para l a cuenta
de seales procedentes de codificadoresincrementales, y en general, de dispositivos
de entrada rpida.
Unidades posicionadoras de levas:El posicionador de levas detecta ngulos de
rotacin, por medio de un reslver, y genera
salidas de tipo binario cuando se alcanza elngulo especificado.
Unidades ASCII:Se utiliza para visualizar o
imprimir datos en tiempo real procedentes del API
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Unidades de voz:
Se utilizan para la generacin de mensajes, avisos,
etc. Por audio previamente registradas en soportedisquete o memoria de almacenamiento
E/S de comunicacin remota:
Se utilizan para la conexin de redes de rea localLANde carcter industrial, con objeto de facilitarel intercambio de grandes cantidades de datos, eincrementar la velocidad y fiabilidad del sistema.
E/S de cdigos numricos.Mdulos FUZZY:
Permiten la implementacin de tcnicas deinteligencia artificial basada en la lgica difusa
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Direccionamiento y codificacin de las E/S.
Algunos modelos de autmatas realizan la
codificacin de las distintas entradas/salidas,atendiendo a la posicin relativa del mdulocorrespondiente en la pletina de conectores, de talmanera que su formato tiene la siguiente forma:CDICO VARIABLE n.m
Donde el CDIGO VARIABLE puede correspondersea variables de entrada, de salida o variablesinternas. Para estas ltimas suelen utilizarse lasletras I, Q y M respectivamente. La n denota laposicin del mdulo en conjunto; es decir, elordenamiento relativo de los mdulos tomados deizquierda a derecha y m denota la posicin relativade la variable dentro del mismo mdulo
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Direccionamiento de variables de los mdulos d E/S
1 j-1 j
1 . . . . 1. 1.
CPU . . .
k k k
Otro tipo de autmatas (OMRON) organiza canales
de 16 bits, tambin organizados de izquierda aderecha, reservando distintas direcciones enfuncin de que trate de variables de entrada, salidao internas. Por Ej.
A partir del canal 000.00, 001.00.. , para entradas.A partir del canal 100.00, 101.00.. , para salidas.
A partir del 012.00, 013.00..,para variables internas
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Las agresiones del entorno industrial:
Las agresiones a que son sometidos los dispositivoslgicos de control son de naturaleza elctrica, qumica y
mecnicaLas radiaciones electromagnticas, las fuentessuministradoras de estas perturbaciones: equipos desoldadura, transformadores, motores elctricos, que
comnmente pueden alcanzar sobrada mente los 100uJ.El que muchos de los circuitos integrados utilizados en laimplementacin de los API sean de tecnologa TTL, conuna alimentacin de 5 voltios y un consumo de 2mAy el
que la energa necesaria para provocar el cambio deestado de una de sus puerta lgicas sea de 10-4 uJ,significa que el orden de magnitud de energa para laconmutacin de unapuerta lgica de tal .
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...naturaleza es un milln de veces ms pequeaque la suministrada normalmente por una fuente deperturbacin. De ah la importancia de la proteccinfrente a este tipo de perturbaciones. A esterespecto la eficacia de estructuras de tipo metlico
en funciones de dispositivos de apantallamiento seha visto probada para tal menester. Otro tipoespecifico de perturbaciones elctricas capaces degenerar incluso fenmenos de corrosin son:
- F.E.M. Termoelctrica, basadas en el efecto Peltier- Potenciales voltaicos de unin generados en elcontacto de metales diferentes.
- Parsitos de naturaleza electrosttica.
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Las agresiones de naturaleza qumica vienenprovocadas por una serie de gases corrosivospresentes en este tipo de procesos, tales como elcloro, y cidos y xidos del cloro (CL2, H2 S; SO2 ).Tambin los vapores de hidrocarburos, y los polvos
de metales y cemento provocan corrosin en loscontactos metlicos y los circuitos integrados. Lasmedidas preventivas frente a este tipo de agresionesse centran en el barnizado de las placas de circuitos,los filtros para el polvo instalados en los armariosmetlicos y las carcasas estancas de los API.
Las agresiones de tipo ambiental y mecnico son: latemperatura, la humedad, los choques y lasvibraciones.
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Los choques y la vibraciones someten a
aceleraciones y esfuerzos de fatiga a losdispositivos que constituyen los circuitos del API.Por otra parte, tasas de humedad elevada, porencima del 80%, provocan condensaciones queaceleran el proceso de corrosin. Tambin tasas
por debajo del 35% producen potencialeselectrostticos que favorecen la aparicin de fallospor cambios de estado de los circuitos lgicos. Losvalores extremos de la temperatura pueden hacer
disminuir drsticamente, La instalacin deventilacin forzada en los armarios metlicoscontribuye a mantener valores adecuados de latemperatura.