UNIVERSIDAD MAYOR, REAL Y PONTIFICIA DE SAN FRANCISCO XAVIER DE CHUQUISACA.

    

FACULTAD DE TECNOLOGÍA      

 

AUTÓMATAS PROGRAMABLESTRABAJO DE INVESTIGACIÓN PARA EL CURSO DE

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL  Docente de la materia: Ing. German Palacios Marquéz  Alumno: Luis Ivan Salgueiro HuarancaCarrera: Ing. Electromecánica   

Sucre, marzo de 2010

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ÍNDICE TEMÁTICO Capítulo I AUTÓMATISMOS

¿Qué es un autómata programable?Automatización¿Qué es un sistema automático?Partes de un sistema automático

Parte operativaParte de mando

Objetivos de la automatizaciónTipos de automatizados

EléctricosHidráulicosNeumáticos

Automatización a pequeña escalaAutomatización de procesosSistemas de autómatas programables

Ventajas de la automatización  

Capítulo II AUTÓMATAS PROGRAMABLES

IntroducciónAntecedentes e historiaCampos de aplicaciónVentajas e inconvenientes

Ventajas Inconvenientes

Nuevas funciones 

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Capítulo III Estructura de los autómatas programablesEstructura externa

CompactaModular

Descripción básica del hardwareCompactosModulares

Estructura internaPartes de un autómata programable

Fuentes de alimentaciónMemoriaCPUMódulos de E/SInterfacesUnidad de programaciónPeriféricos

Estructura de un PLCRelés de entrada (contactos)Relés de salida (bobinas)Simulados

RelésContadoresTemporizadores

Almacenamiento de datosModo de operación de un PLCProcesoAutomatización de salidasTiempo de escaneo 

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Capítulo IV Instrucciones y programas en los autómatas programablesIntroducciónEvolución en los lenguajes de los PLCsTipos de lenguajes de programación

Gráfico secuencia de funciones (GRAFCET)Lista de instrucciones (LI)Texto estructurado (ST)Diagrama de contactos (LD)Diagrama de funciones (FBD)

Organización de tareas Bloques de funcionesProgramación de un PLCInstrucciones básicas de programación  

Capítulo V Ejemplos básicos de programaciónLD en un circuito sencilloControl de nivel de un tanque para líquidos

TemporizadoresContadores

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CAPITULO IAUTOMATISMOS ¿QUE ES UN AUTÓMATA PROGRAMABLE?

    El Autómata Programable Industrial (API) nació como solución al control de circuitos complejos de automatización. Por lo tanto se puede decir que un API no es más que un aparato electrónico que sustituye los circuitos auxiliares o de mando de los sistemas automáticos. A él se conectan los captadores (finales de carrera, pulsadores,...) por una parte, y los actuadores (bobinas de contactores, lámparas, pequeños receptores,...) por otra

AUTOMATIZACIÓNCuando un proceso de automatización se realiza sin la intervención humana decimos que se trata de un proceso automatizado. La automatización permite la eliminación “total” o parcial de la intervención del hombre. Los automatismos son dispositivos para realizar tareas sin la intervención humana. Algunas maquinas coma las lavadoras tienen programadores y las ordenes que proporcionan se llaman programas.

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¿ Que es un sistema automatizado ?  La automatización es un sistema donde se trasfieren tareas de producción, realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnológicos. Un sistema automatizado consta de dos partes principales:        Parte operativa        Parte de mando

La Parte Operativa es la parte que actúa directamente sobre la máquina. Son los elementos que hacen que la máquina se mueva y realice la operación deseada. Los elementos que forman la parte operativa son los accionadores de las máquinas como motores, cilindros, compresores ..y los captadores como fotodiodos, finales de carrera ... La Parte de Mando suele ser un autómata programable (tecnología programada), aunque hasta hace bien poco se utilizaban relés electromagnéticos, tarjetas electrónicas o módulos lógicos neumáticos (tecnología cableada) . En un sistema de fabricación automatizado el autómata programable esta en el centro del sistema. Este debe ser capaz de comunicarse con todos los constituyentes de sistema automatizado. 6

Objetivos de la automatización

Mejorar la productividad de la empresa, reduciendo los costes de la producción y mejorando la calidad de la misma.

Mejorar las condiciones de trabajo del personal, suprimiendo los trabajos penosos e incrementando la seguridad.

Realizar las operaciones imposibles de controlar intelectual o manualmente.

Mejorar la disponibilidad de los productos, pudiendo proveer las cantidades necesarias en el momento preciso.

Simplificar el mantenimiento de forma que el operario no requiera grandes conocimientos para la manipulación del proceso productivo.

Integrar la gestión y producción.

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TIPOS DE AUTOMATIZADOS      ELECTRICOS: son aquellos que funcionan mediante corriente eléctrica. Ej: vídeo.      HIDRAULICOS: son aquellos que se transmiten a través de líquidos cuando son presionados. Ej: grúa.      NEUMÁTICOS: son aquellos que funcionan mediante la fuerza de aire comprimido. Ej: lavacoches.Generalmente la mayoría de las máquinas automáticas utilizan combinaciones de mecanismos. Así pues existen automatismos electroneumaticos, automatismos electrohidraulicos y hidroneumaticos.

AUTOMATIZACIÓN A PEQUEÑA ESCALA.      Automatización de proceso: es la automatización en la cual intervienen diferentes maquinas para obtener un fin, por ejemplo un proceso de envasado.      Sistemas de automatismos programables: Representan el grado mas elevado de la automatización y en ellos intervienen equipos informáticos y robotizados

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VENTAJAS DE LA AUTOMATIZACIÓN.

      Reduce los gastos de mano de obra directos en un porcentaje mas o menos alto según el grado de automatización.      Puesto que los productos son más competitivos, aumentan los beneficios, es decir si reducimos costes se puede fabricar mas barato y por lo tanto aumentar las ventas.      Aumenta la capacidad de producción de la instalación utilizando las mismas maquinas y los trabajadores.      Aumenta la calidad de producción ya que las maquinas automáticas son mas precisas.      Mejora el control de la producción ya que pueden introducir sistemas automáticos de verificación.      Permite programar la producción.      A media y a largo plazo, y gracias a la constancia y a la uniformidad de la producción se garantizan plazos de entrega más fiables.      Se reduce las incidencias laborales puesto que las maquinas automáticas realizan todo tipo de trabajos perjudiciales para el hombre.

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CAPITULO IIAUTÓMATAS PROGRAMABLES

 Introducción

Un autómata programable industrial (API) o Programable logic controller (PLC), es un equipo electrónico, programable en lenguaje no informático, diseñado para controlar en tiempo real y en ambiente de tipo industrial, procesos secuenciales.

Un PLC trabaja en base a la información recibida por los captadores y el     programa lógico interno, actuando sobre los accionadores de la instalación Genéricamente, un Controlador Lógico Programable, es un dispositivo que puede ser programado para cumplir determinadas tareas de control en sistema automáticos.

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ANTECEDENTES E HISTORIA

En 1968, las factorías de automóviles de Ford y General Motors, construyeron conjuntamente el primer ‘Transfer’ controlado electrónicamente. Este equipo electrónico tenía ventaja sobre los automatismos convencionales basado en relés, temporizadores, etc. de que era fácilmente programable, sin necesidad de recurrir a computadores externos. Se puede decir que éste fue el primer Autómata Programable o PLC (Program Logic Control), y fue diseñado por Allen Bradley.

Hacia fines de la década del 60 la creciente industrialización de los países desarrollados planteó la necesidad de reemplazar los complejos sistemas elaborados con numerosos relés y el consecuente cableado. Este requerimiento en particular se presentó en la industria automotriz, en los EEUU. Por ese entonces, la empresa Bedford Associates propuso al mayor fabricante de automóviles de EEUU, algo llamado Modular Digital Controller (MODICON). Simultáneamente otras compañías hicieron propuestas parecidas, pero se considera al MODICON 084 como el primer PLC producido comercialmente en el mundo.Estos primeros PLC´s tenían el inconveniente de no poder usarse modularmente (comunicándose entre sí), como tampoco servían en caso de cambiar los requerimientos de la cadena de producción para la que fueron diseñados.

Hacia 1973 aparecen los primeros PLC con posibilidad de comunicarse con otros dispositivos (Modbus, de Modicon). Fue entonces posible conectar varios PLC entre sí, permitiendo que cualquiera de ellos conociera el estado de operación de los demás. También comenzaron a permitir su reprogramación, con lo que se podían reutilizar en caso de producirse cambios en la cadena o proceso de producción.

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En la década de los 80, con el surgimiento de las computadoras personales, fue posible la programación de los PLC de una manera más sencilla, gracias a la fácil comunicación e interfase más amigable entre usuario y máquinas.Para la década de los 90, la estandarización de los protocolos de comunicación  y de los lenguajes de programación, ha hecho que prácticamente cualquier PLC pueda integrarse a determinada red sin importar su fabricante.

En la actualidad existe una Recomendación Internacional, la IEC 1131-3 muy útil por cuanto normaliza no solo el aspecto hardware sino también los lenguajes de programación de los PLC. Gracias a la IEC 1131-3 en la actualidad se ha logrado independizar del fabricante la utilización de los PLC en la automatización industrial.

ANTECEDENTES E HISTORIA (continuación)

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Campos de aplicación

El PLC por sus especiales características de diseño tiene un campo de aplicación muy extenso. La constante evolución del hardware y software amplía constantemente este campo para poder satisfacer las necesidades que se detectan en el espectro de sus posibilidades reales.

Su utilización se da fundamentalmente en aquellas instalaciones en donde es necesario un proceso de maniobra, control, señalización, etc. , por tanto, su aplicación abarca desde procesos de fabricación industriales de cualquier tipo a transformaciones industriales, control de instalaciones, etc.

Sus reducidas dimensiones, la extremada facilidad de su montaje, la posibilidad de almacenar los programas para su posterior y rápida utilización, la modificación o alteración de los mismos, etc., hace que su eficacia se aprecie fundamentalmente en procesos en que se producen necesidades tales como:

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Espacio reducido

Procesos de producción periódicamente cambiantes

Procesos secuenciales

Maquinaria de procesos variables

Instalaciones de procesos complejos y amplios

Chequeo de programación centralizada de las partes del proceso

Ejemplos de aplicaciones generales:

Maniobra de máquinas

Maquinaria industrial de plástico

Máquinas transfer

Maquinaria de embalajes

Maniobra de instalaciones:

Instalación de aire acondicionado, calefacción...

Instalaciones de seguridad

Señalización y control:

Chequeo de programas

Señalización del estado de procesos

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Ventajas e inconvenientes

No todos los autómatas ofrecen las mismas ventajas sobre la lógica cableada, ello es debido, principalmente, a la variedad de modelos existentes en el mercado y las innovaciones técnicas que surgen constantemente. Las ventajas que proporciona un autómata de tipo medio son:

Ventajas

Menor tiempo empleado en la elaboración de proyectos debido a que:

No es necesario dibujar el esquema de contactos

No es necesario simplificar las ecuaciones lógicas, ya que, por lo general la capacidad de  almacenamiento del módulo de memoria es lo suficientemente grande.

 La lista de materiales queda sensiblemente reducida, y al elaborar el presupuesto correspondiente eliminaremos parte del problema que supone el contar con diferentes  proveedores, distintos plazos de entrega.        

Posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar el cableado ni añadir aparatos.

Mínimo espacio de ocupación.

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Menor coste de mano de obra de la instalación.

Economía de mantenimiento. Además de aumentar la fiabilidad del sistema, al eliminar contactos móviles, los mismos autómatas pueden indicar y detectar averías.

Posibilidad de gobernar varias máquinas con un mismo autómata.

Menor tiempo para la puesta en funcionamiento del proceso al quedar reducido el tiempo cableado.

Si por alguna razón la máquina queda fuera de servicio, el autómata sigue siendo útil para otra máquina o sistema de producción.

Inconvenientes

Como inconvenientes podríamos hablar, en primer lugar, de que hace falta un programador, lo que obliga a adiestrar a uno de los técnicos en tal sentido, pero hoy en día ese inconveniente esta solucionado porque las universidades ya se encargan de dicho adiestramiento.El coste inicial también puede ser un inconveniente.

Ventajas (continuación)

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Funciones básicas de un PLC

Detección:

            Lectura de la señal de los captadores distribuidos por el sistema de fabricación.

Mando:

Elaborar y enviar las acciones al sistema mediante los accionadores y preaccionadores.

Dialogo hombre maquina:

Mantener un diálogo con los operarios de producción, obedeciendo sus consignas e informando del estado del proceso.

Programación:

Para introducir, elaborar y cambiar el programa de aplicación del autómata. El dialogo de programación debe permitir modificar el programa incluso con el autómata controlando la maquina.

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Nuevas Funciones

Redes de comunicación:

Permiten establecer comunicación con otras partes de control. Las redes industriales permiten la comunicación y el intercambio de datos entre autómatas a tiempo real. En unos cuantos milisegundos pueden enviarse telegramas e intercambiar tablas de memoria compartida.

Sistemas de supervisión:

También los autómatas permiten comunicarse con ordenadores provistos de programas de supervisión industrial. Esta comunicación se realiza por una red industrial o por medio de una simple conexión por el puerto serie del ordenador.

Control de procesos continuos:

Además de dedicarse al control de sistemas de eventos discretos los autómatas llevan incorporadas funciones que permiten el control de procesos continuos. Disponen de módulos de entrada y salida analógicas y la posibilidad de ejecutar reguladores PID que están programados en el autómata.

Entradas- Salidas distribuidas:

Los módulos de entrada salida no tienen porqué estar en el armario del autómata. Pueden estar distribuidos por la instalación, se comunican con la unidad central del autómata mediante un cable de red.

Buses de campo:

Mediante un solo cable de comunicación se pueden conectar al bus captadores y accionadores, reemplazando al cableado tradicional. El autómata consulta cíclicamente el estado de los captadores y actualiza el estado de los accionadores.

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CAPITULO IIIESTRUCTURA DE LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES 

ESTRUCTURA EXTERNA

Todos los autómatas programables, poseen una de las siguientes estructuras:

•Compacta: en un solo bloque están todos lo elementos.

•Modular:

Estructura americana: separa las E/S del resto del autómata. Estructura europea: cada módulo es una función (fuente de

alimentación, CPU, E/S, etc.).

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Descripción Básica del Hardware 

Compactos:Este tipo de autómatas, llamados en el mercado Nanoautómatas, nos van a permitir programar hasta 48 E/S. Son autómatas potentes a nivel de programación y comunicaciones con equipos externos, sobre todo terminales de diálogo. Están pensados para aplicaciones pequeñas pero no olvidemos que disponen desde cálculos matemáticos básicos, hasta calendario real con la posibilidad de activar variables en función del tiempo, o sea durante un determinado espacio de tiempo, desde segundos hasta años. Además de la memoria de trabajo, RAM , disponen de otra memoria EEPROM o FLASHRAM la cual permite asegurar la salvaguarda del programa por tiempo ilimitado. Para la alimentación de sus entradas, ofrecen una tensión de 24Vcc y unos 250mA, para mayores consumos (detectores y fotocélulas principalmente) se implementa una fuente externa de mayor calibre. Casi todos disponen de la posibilidad de utilizar algunas de sus entradas como entradas rápidas y detectar impulsos desde 100us; o bien de utilizarlas como contadores rápidos hasta 10 kHz., tienen también salidas especiales para generar impulsos para control de motores paso a paso o equipos que requieran impulsos de una frecuencia rápida, normalmente hasta 5 Hz.

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Características principales:

Memoria de 1K, unas 1000 instrucciones

Reloj calendario

32 Temporizadores, 16 Des/Contadores, registros LIFO/FIFO, programadores cíclicos

Control analógico externo

Programación: Lista de instrucciones, Contactos, Grafcet

Protección del programa (Sin posibilidad de acceso)

Conversión BCD a Binario (reversible)

Saltos de programa condicionados

Además de operaciones matemáticas básicas, raiz cuadrada y exponenciación

Entrada RUN/STOP, Salida de seguridad o defecto

Posibilidad de Entrada o Salida analógica

Variables numéricas de 16 bits, constantes

Información de sistema (bits y palabras Sistema)

La principal característica es el precio, cada vez más bajo

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Modulares: Los autómatas modulares son los que permiten una ampliación de sus posibilidades, es decir; se amplían con los diferentes módulos que se necesiten.  

Estos módulos suelen ser de: ENTRADAS DIGITALES o ANALOGICAS

SALIDAS ïdem

E/S COMBINADAS

COMUNICACIONES

CONTAJE RAPIDO

EJES

REGULACION

PESAJE

FUNCIONES ESPECIALES  El autómata se compone de un chasis principal, en el cual están alojados los diferentes módulos, éstos son limitados, principalmente en número, en función de las características del AP o CPU (Unidad Central). Dentro de una gama de un mismo autómata pueden existir varios tipos de (*)Chasis o Racks, (*)Unidades centrales(CPU), (*)Fuentes de alimentación (FA), y (*)módulos (especiales o no), lo que sí debe de existir siempre es lo marcado con (*); el orden que se utiliza normalmente es FA-CPU-MODULOS, todos están sujetos físicamente al RACK y, lógicamente al BUS de comunicación que se genera entre ellos. Hoy día prácticamente todos los autómatas utilizan BUS Serie, el cual permite una distancia mayor entre los Racks y, por supuesto, un soporte de diálogo entre ellos más simple

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ESTRUCTURA INTERNA

 PARTES DE UN AUTÓMATA PROGRAMABLE

La estructura básica de cualquier autómata es la siguiente:

o       Fuente de alimentación o       Memoriao       CPU o       Módulo de Entrada o       Módulo de Salida o       Interfaceso       Equipos o unidades de programación o       Periféricos.

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Fuente de alimentación

     Es la encargada de convertir la tensión de la red,  220v c.a.,  a baja tensión de c.c, normalmente 24 v. Siendo esta la tensión de trabajo en los circuitos electrónicos que forma el Autómata.

Memoria

Dentro de la CPU vamos a disponer de un área de memoria, la cual emplearemos para diversas funciones:

•Memoria del programa de usuario: aquí introduciremos el programa que el autómata va a ejecutar cíclicamente. •Memoria de la tabla de datos: se suele subdividir en zonas según el tipo de datos (como marcas de memoria, temporizadores, contadores, etc.). •Memoria del sistema: aquí se encuentra el programa en código máquina que monitoriza el sistema (programa del sistema o firmware). Este programa es ejecutado directamente por el microprocesador / microcontrolador que posea el autómata. •Memoria de almacenamiento: se trata de memoria externa que empleamos para almacenar el programa de usuario, y en ciertos casos parte de la memoria de la tabla de datos. Suele ser de uno de los siguientes tipos: EPROM, EEPROM, o FLASH.

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CPU

     La Unidad Central de Procesos es el auténtico cerebro del sistema. Se encarga de recibir las ordenes, del operario por medio de la consola de programación y el modulo de entradas. Posteriormente las procesa para enviar respuestas al módulo de salidas. En su memoria se encuentra residente el programa destinado a  controlar el proceso. Sus funciones son:

•Vigilar que el tiempo de ejecución del programa de usuario no excede un determinado tiempo máximo (tiempo de ciclo máximo). A esta función se le suele denominar Watchdog (perro guardián). •Ejecutar el programa de usuario. •Crear una imagen de las entradas, ya que el programa de usuario no debe acceder directamente a dichas entradas. •Renovar el estado de las salidas en función de la imagen de las mismas obtenida al final del ciclo de ejecución del programa de usuario. •Chequeo del sistema.

Para ello el autómata va a poseer un ciclo de trabajo, que ejecutará de forma continua:

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Unidades de E/S  Generalmente vamos a disponer de dos tipos de E/S: - Digital. - Analógica.

Las E/S digitales se basan en el principio de todo o nada, es decir o no conducen señal alguna o poseen un nivel mínimo de tensión. Estas E/S se manejan a nivel de bit dentro del programa de usuario. Las E/S analógicas pueden poseer cualquier valor dentro de un rango determinado especificado por el fabricante. Se basan en conversores A/D y D/A aislados de la CPU (ópticamente o por etapa de potencia). Estas señales se manejan a nivel de byte o palabra (8/16 bits) dentro del programa de usuario. Las E/S son leídas y escritas dependiendo del modelo y del fabricante, es decir pueden estar incluidas sus imágenes dentro del área de memoria o ser manejadas a través de instrucciones específicas de E/S.  Modulo de entradas      A este módulo se unen eléctricamente los captadores (interruptores, finales de carrera, pulsadores,...).      La información recibida en él, es enviada a la CPU para ser procesada de acuerdo la programación residente.  26

Se pueden diferenciar dos tipos de captadores conectables  al módulo de entradas: los Pasivos y los Activos.     Los Captadores Pasivos son aquellos que cambian su estado lógico, activado - no activado, por medio de una acción mecánica. Estos son los Interruptores, pulsadores, finales de carrera, etc.     Los Captadores Activos son dispositivos electrónicos que necesitan ser alimentados por una tensión para que varíen su estado lógico. Este es el caso de los diferentes tipos de detectores (Inductivos, Capacitivos, Fotoeléctricos). Muchos de estos aparatos pueden ser alimentados por la propia fuente de alimentación del autómata.

Captadores Activos Captadores pasivos

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Modulo de salidas     El modulo de salidas del autómata es el encargado de activar y desactivar los actuadores (bobinas de contactores, lámparas, motores pequeños, etc.).     La información enviada por las entradas a la CPU, una vez procesada, se envía al módulo de salidas para que estas sean activadas y a la vez los actuadores que en ellas están conectados.     Según el tipo de proceso a controlar por el autómata, podemos utilizar diferentes módulos de salidas.     Existen tres tipo bien diferenciados:   - A relés.   - A triac.   - A transistores. Módulos de salidas a relés.     Son usados en circuitos de corriente continua y alterna. Están basados en la conmutación mecánica, por la bobina del relé, de un contacto eléctrico normalmente abierto .

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Módulos de salidas a Triacs     Se utilizan en circuitos de corriente continua y corriente alterna que necesiten maniobras de conmutación muy rápidas.

Módulos de salidas a Transistores a colector abierto.      El uso del este tipo de módulos es exclusivo de los circuitos de c.c.  Igualmente que en los de Triacs, es utilizado en circuitos que necesiten maniobras de conexión/desconexión muy rápidas.

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Interfaces  Todo autómata, salvo casos excepcionales, posee la virtud de poder comunicarse con otros dispositivos (como un PC). Lo normal es que posea una E/S serie del tipo RS-232 / RS-422. A través de esta línea se pueden manejar todas las características internas del autómata, incluida la programación del mismo, y suele emplearse para monitorización del proceso en otro lugar separado.  Equipos o unidades de programación

El autómata debe disponer de alguna forma de programación, la cual se suele realizar empleando alguno de los siguientes elementos:

•Unidad 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 ordenador que proporciona una forma más cómoda de realizar el programa de usuario y observar parámetros internos del autómata. Desfasado actualmente.

PC: es el modo más potente y empleado en la actualidad. Permite programar desde un ordenador personal estándar, con todo lo que ello supone: herramientas más potentes, posibilidad de almacenamiento en soporte magnético, impresión, transferencia de datos, monitorización mediante software SCADA, etc.

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TERMINAL DE PROGRAMACIÓN

     El terminal o consola de programación es el que permite comunicar al operario con el sistema.      Las funciones básicas de éste son las siguientes:   - Transferencia y modificación de programas.   - Verificación  de la programación.   - Información del funcionamiento de los procesos.     Como consolas de programación pueden ser utilizadas las construidas específicamente para el autómata, tipo calculadora o bien un ordenador personal, PC, que soporte un software especialmente diseñado para resolver los problemas de programación y control.

Terminal de programación portátil

Terminal de programación compatible PC

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Dispositivos periféricos

El autómata programable, en la mayoría de los casos, puede ser ampliable. Las ampliaciones abarcan un gran abanico de posibilidades, que van desde las redes internas (LAN, etc.), módulos auxiliares de E/S, memoria adicional... hasta la conexión con otros autómatas del mismo modelo. Cada fabricante facilita las posibilidades de ampliación de sus modelos, los cuales pueden variar incluso entre modelos de la misma serie.     Los periféricos no intervienen directamente en el funcionamiento del autómata, pero sin embargo facilitan  la labor del operario.     Los más utilizados son:   - Grabadoras a cassettes.   - Impresoras.   - Cartuchos de memoria EEPROM.   - Visualizadores y paneles de operación OP

Bibliografía "Autómatas Programables: fundamentos, manejo, instalación y prácticas"A. Porras / A.P.MontaneroEd. Mc Graw Hill

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Estructura de un  PLC:

Un PLC consiste principalmente de una CPU, áreas de memoria externa, y circuitos adecuados para comunicarse con las entradas y salidas del PLC. Veamos esto en el diagrama presentado en la Figura 2:

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Observamos con mucha frecuencia la palabra “relé”. Efectivamente, como ya se ha mencionado, los PLC están estrechamente vinculados con los relés o “relays”, puesto que fueron creados para reemplazarlos cumpliendo con las mismas funciones, aunque no sean parecidos físicamente. Antes de seguir adelante, veamos como está construido un relé tradicional, y un ejemplo de su posible aplicación.

Un típico relé puede pensarse como una llave o interruptor electromagnético. Aplicando una tensión continua a la bobina de la Figura 3, mediante el accionamiento de un pulsador, se genera un campo magnético. Este campo succiona o “chupa” el contacto cerrando el circuito de corriente alterna, por ejemplo, permitiendo que suene la campanilla “BELL”. En este sencillo ejemplo, tenemos tres com ponentes reales: el pulsador, el relé y la campani lla. Además tenemos dos circuitos separados: el inferior, de corriente continua, y el superior, de corriente alter na. En este caso hemos usado un relé de corriente continua, para controlar un circuito de corriente alterna.

El ejemplo más sencillo de relé lo constituye una bobina y un contacto, como se observa en la figura 3.

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RELES  DE  ENTRADA (contactos).- Estos contactos están conectados con el “mundo exterior” del PLC. Físicamente existen, y reciben señales de interruptores, sensores, etc., y en realidad no son relés, sino que tienen componentes del tipo o similares a los mostrados en la fig.4

Se observa aquí que este “relé de entrada” no es muy parecido al visto antes, pero esta es una típica entrada a un PLC. Las entradas pueden ser analógicas o digitales, aunque las más utilizadas son las digitales, que por medio de optoacopladores toman el voltaje entrante y permiten la activación de la variable respectiva dentro del programa del PLC. Las tensiones de entrada pueden ser de alterna o continua y de cualquier valor. El optoacoplador puede ofre cer una protección de hasta 6000 Volts en la entrada sin producir daño alguna en la circuitería interna del PLC. Se aprecia también en la Figura 4, el símbolo utilizado dentro del programa del PLC para representar una entrada, que se denomina “contacto”.

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RELES  DE  SALIDA (bobinas)

Son salidas físicas a las cuales se conecta el cableado que llevará la señal a los actuadores de la máquina o proceso que se está controlando. Cada salida corresponde a una variable dentro del programa  en ejecución. En general, los módulos de salida están basados en relés (también “relevos”), como se observa en la configuración de la Figura 5, por ser dispositivos que soportan corrientes de cierta importancia a través de sus terminales de contacto, y porque además ofrecen alto aislamiento para el PLC con respecto a los circuitos externos. Estos relés son salidas del tipo “On/Off”, o sea conectan o no un actuador, que puede ser un motor, un timbre, etc. También hay salidas a través de optoacopladores, transistores, TRIACs, etc., pero las de relés son las más usadas. En la Figura 5 se muestra un circuito típico de salida de un PLC por medio de relé, con el correspondiente símbolo para representarlo en el programa de control (que veremos más adelante). Al igual que las entradas, un módulo de salida puede estar compuesto de 8 ó 16 juegos de contactos, en la mayoría de los casos.

 

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RELES UTILITARIOS INTERNOS (SIMULADOS) (contactos)

Continuando con el análisis de los componentes detallados en la Figura 2, diremos que estos relés no reciben señales desde el mundo exterior al PLC, ni tampoco existen físicamente como relés. Son relés simulados dentro del PLC, y su importancia radica en que permite al PLC eliminar relés externos.

CONTADORES (SIMULADOS)

Tampoco existen físicamente; son variables que simulan a los contadores reales. Pueden hacer conteo de entradas y salidas físicas o lógicas, como también pueden hacerlo en forma ascendente o descendente, activando otras variables luego de comparar el valor del conteo en que se encuentren, con un valor que se haya programado previamente.

TEMPORIZADORES (SIMULADOS)

Los temporizadores o timers, que tampoco existen físicamente, son variables que simulan un temporizador físico al cual se le puede programar el tiempo deseado para la activación o desactivación de otra variable dentro del programa o de entradas y salidas físicas externas.

ALMACENAMIENTO  DE  DATOS

No es otra cosa que la memoria de datos vista para los microcontroladores. Es decir hay registros asignados para simple almacenamiento de datos, que generalmente se usan también como memoria de almacenamiento temporario de cálculo.

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Modo de operación de un PLC

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Proceso:

Una vez que se han leído las entradas, el PLC ejecuta las órdenes de acuerdo al programa que se tenga en la memoria. Durante este paso se ejecutan operaciones matemáticas, se verifica el estado de los temporizadores al igual que el de los contadores, y se toman decisiones que finalmente han de llegar a los módulos de salida.

Actualización de las salidas:

Una vez concluido el procesamiento del programa cargado en memoria, la CPU ordena la actualización de los valores que deben tener las salidas, o sea la activación (ON) o desactivación (OFF) si se trata de salidas digitales, o un voltaje proporcional si se trata de salidas analógicas.

Tiempo de escaneo:

El tiempo de escaneo (scan time), también llamado tiempo de respuesta, es determinado por el lapso que hay entre la ejecución por parte del PLC del primer paso, ir hasta el tercero y de nuevo llegar al primero (ver diagrama anterior) o sea realizar un ciclo completo. Cuanto más pequeño sea el tiempo de escaneo, mayor será la velocidad de respuesta del PLC.

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CAPÍTULO IVINSTRUCCIONES Y PROGRAMAS EN LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES Introducción

La incremente complejidad en la programación de los autómatas programables requiere más que nunca de la estandarización de la misma. Bajo la dirección del IEC el estándar IEC 1131-3 (IEC 65) para la programación de PLC's ha sido definida. Alcanzó el estado de Estándar Internacional en Agosto de 1992. Los lenguajes gráficos y textuales definidos en el estándar son una fuerte base para entornos de programación potentes en PLC's. El sistema de programación permite, mediante las instrucciones del autómata, confeccionar el programa de usuario. Posteriormente el programa realizado, se trasfiere a la memoria de programa de usuario.  Una memoria típica permite almacenar como mínimo hasta mil instrucciones con datos de bit, y es del tipo lectura/escritura, permitiendo la modificación del programa cuantas veces sea necesario.  Tiene una batería tampón para mantener el programa si falla la tensión de alimentación.La programación del autómata consiste en el establecimiento de una sucesión ordenada de instrucciones, escritas en un lenguaje de programación concreto.  Estas instrucciones están disponibles en el sistema de programación y resuelven el control de un proceso determinado.     Cuando hablamos de los lenguajes de programación nos referimos a diferentes formas  de poder escribir el programa usuario.Los software actuales nos permiten traducir el programa usuario de un lenguaje a otro, pudiendo así escribir el programa en el lenguaje que más nos conviene.

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La IEC 1131-3 es una norma aprobada como estándar internacional para los lenguajes de programación de PLCs. Dicha norma recoge todos los tipos de operandos de uso común en PLCs. En su apartado 2.2 (Representación exterior de los datos) se establece que dicha representación deberá consistir en literales numéricos (enteros y reales), literales de cadenas de caracteres y literales de tiempo. A partir de ello en el sistema ISaGRAF (IEC 1131-3 compatible) de CJ International se agrupan en cuatro tipos básicos: Booleano, Analógico, Temporizado y Mensaje. Además, tanto la norma como el ISaGRAF establecen como lenguajes de programación:

LD: Diagrama a contactos o de escalera (Ladder Diagram). IL: Lista de Instrucciones (Instruction List). FBD: Diagrama de Bloques Funcionales (Function Block Diagram). ST: Texto Estructurado (Structured Text). SFC: Carta de Funciones Secuenciales (Sequential Function Chart).

La programación de PLCs responde a las posibilidades de un usuario medio de dichos equipos. Esto obliga a que las cualidades de la orientación a objeto no puedan crearse de la misma forma en que están establecidas en los superlenguajes como el C++, Java, Eiffel, pero si deben cumplir con los principios teóricos que las rigen.

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Gráfico secuencial de funciones (grafcet)

El gráfico secuencial de funciones (SFC o Grafcet) es un lenguaje gráfico que proporciona una representación en forma de diagrama de las secuencias del programa. Soporta selecciones alternativas de secuencia y secuencias paralelas. Los elementos básicos son pasos y transiciones. Los pasos consisten de piezas de programa que son inhibidas hasta que una condición especificada por las transisciones es conocida. Como consecuencia de que las aplicaciones industriales funcionan en forma de pasos, el SFC es la forma lógica de especificar y programar el más alto nivel de un programa para PLC.

Es el llamado Gráfico de Orden Etapa Transición.  Ha sido especialmente diseñado para resolver problemas de automatismos secuenciales. Las acciones son asociadas a las etapas y las condiciones a cumplir a las transiciones. Este lenguaje resulta enormemente sencillo de interpretar por operarios sin conocimientos de automatismos eléctricos.     Muchos de los autómatas que existen en el mercado permiten la programación en GRAFCET, tanto en modo gráfico o como por lista de instrucciones.     También podemos utilizarlo para resolver problemas de automatización de forma teórica y posteriormente convertirlo a plano de contactos

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Lista de instrucciones

La lista de instrucciones (IL o AWL) es un lenguaje de bajo nivel, similar al lenguaje ensamblador. Con IL solo una operación es permitida por línea (ej. almacenar un valor en un registro). Este lenguaje es adecuado para pequeñas aplicaciones y para optimizar partes de una aplicación.

En los autómatas de gama baja, es el único modo de programación. Consiste en elaborar una lista de instrucciones o nemónicos que se asocian a los símbolos y su combinación en un circuito eléctrico a contactos. También decir, que este tipo de lenguaje es, en algunos los casos, la forma más rápida de programación e incluso la más potente.

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Diagrama de contactos O diagrama escalera

El diagrama de contactos (ladder diagram LD) es un lenguaje que utiliza un juego estandarizado de símbolos de programación. En el estándar IEC los símbolos han sido racionalizados (se ha reducido su número).

    Es el que más similitudes tiene con el utilizado por un electricista al elaborar cuadros de automatismos. Muchos autómatas incluyen módulos especiales de software para poder programar gráficamente de esta forma.

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Texto estructurado

El texto estructurado (structured text o ST) es un lenguaje de alto nivel estructurado por bloques que posee una sintaxis parecida al PASCAL. El ST puede ser empleado para realizar rápidamente sentencias complejas que manejen variables con un amplio rango de diferentes tipos de datos, incluyendo valores analógicos y digitales. También se especifica tipos de datos para el manejo de horas, fechas y temporizaciones, algo importante en procesos industriales. El lenguaje posee soporte para bucles iterantes como REPEAR UNTIL, ejecuciones condicionales empleando sentencias IF-THEN-ELSE y funciones como SQRT() y SIN().

Diagrama de funciones o diagrama de bolques

El diagrama de funciones (function block diagram o FBD) es un lenguaje gráfico que permite programar elementos que aparecen como bloques para ser cableados entre si de forma análoga al esquema de un circuito. FBD es adecuado para muchas aplicaciones que involucren el flujo de información o datos entre componentes de control.

Organización de tareas

El estándar también define una nueva arquitectura para la organización e interacción de tareas con PLC's. Una tarea controla la ejecución de un programa ejecutandolo periódicamente o en respuesta a un específico evento. Para optimizar los recursos del controlador, una aplicación puede ser fragmentada en un número de pequeños programas concretos. Cada programa está bajo el control de una tarea que se ejecuta a la velocidad que requiera la E/S asociada.

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Bloques de funciones

Los bloques de funciones (FB's) son bloques estándar que ejecutan algoritmos como reguladores PID. El estándar IEC asegura que los FB's son definidos empleando una metodología estándar. Hay controles empleando parámetros externos, mientras que los algoritmos internos permanecen ocultos empleando Programación Orientada a Objetos.     El plano de funciones lógicas, resulta especialmente cómodo de utilizar, a técnicos habituados a trabajar con circuitos de puertas lógicas, ya que la simbología usada en ambos es equivalente.

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Programación de un PLC:

En la Recomendación IEC 1131-3 citada precedentemente, se definen cuatro lenguajes de programación, en los que ha sido definida tanto su sintaxis como la semántica, por lo que no caben los “dialectos”. Estos idiomas o lenguajes consisten en dos expresados en forma textual y dos versiones gráficas:

En el siguiente cuadro se dan como ejemplo las mismas instrucciones en los cuatro idiomas:

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La elección del lenguaje de programación depende, entre otras cosas, de la experiencia de los programadores, del problema que se deba resolver, del grado de detalle que requiera la descripción del problema, y de la eventual comunicación que se deba mantener con otros programadores o departamentos (esto en grandes fábricas, por supuesto).

Los cuatro lenguajes permiten programar las mismas acciones, teniendo algunos ventajas sobre otros dependiendo de las aplicaciones.En todos los casos, para programar finalmente el PLC, o para transmitir al mismo el programa realizado en el lenguaje elegido, es necesario una computadora y un software especial como se citó en la introducción. La comunicación física se hace por medio de un cable desde la CPU del PLC hasta algún puerto serial de la PC.

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Instrucciones básicas de programación:Para entender como funciona un diagrama de escalera y con este propósito, reemplazaremos el pulsador, la batería y la bobina del relé de la Figura 3 por sus correspondientes en un LD. Para ello deberemos considerar los símbolos que el PLC “comprende”, y no las designaciones habituales que damos nosotros cotidianamente:-         La batería se reemplaza con algo común a todos los LD, llamadas “bus bars” o barras “bus”, que  son  simplemente  dos  barras verticales, una a cada lado del diagrama. (Serían los laterales o largueros de la escalera) Debe tenerse presente que siempre el la barra de la  izquierda  es  la  de  tensión positiva, y la de la derecha, tierra. También se debe tener presente,  consecuentemente, que  la corriente circula por los “peldaños” dela escalera, de izquierda a derecha.-         Una instrucción de entrada se representa así:  (No confun dir con los capacito res). Puede ser un pulsador, un interruptor, o simplemente un contacto de un relé (real o simulado interna mente en el PLC). Para el PLC no importa verdaderamente del dispositivo de que se trate. Simplemente es una entrada lógica equivalente a un contacto “normalmente abierto”, y se utiliza cuando se necesita que una señal de entrada esté presente para conectar. Esa conexión se asume como un estado lógico 1. La instrucción “en reposo” es un contacto abierto, y como tal, es un 0 lógico. Cuando se acciona el contacto, o, lo que es lo mismo, cuando hacemos el análisis de su funcionamiento, es cuando hacemos la conexión y en consecuencia tenemos el estado lógico 1 o verdadero. En consecuencia, cuando el estado lógico bajo análisis sea un “0”, reposo o inactivo, esta entrada es “falsa” o “0”. Contrariamente, si el estado bajo análisis es “1”, o activo, esta entrada debe considerarse como “verdadera”. Esta entrada se usa como entrada externa o interna (de relés internos; recordar que son simulados por el software del PLC) y también para contactos de salida externa. Veamos ahora el caso opuesto:

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-         La entrada puede ser también entrada negada, o contacto normalmente cerrado. Se utiliza cuando se necesita que el contacto esté conectado (“1”), con el circuito en reposo. Esta entrada negada puede usarse en los mismos casos citados para la entrada descrita en el párrafo anterior.Importante: En la mayoría de los PLC, las instrucciones entrada o entrada negada, deben ser el primer símbolo a la izquierda  del correspondiente peldaño de la escalera.

-         Antes de completar nuestro primer diagrama de escalera para reemplazar un relé, nos queda ver la instrucción salida, que se asocia a la bobina del relé de la Figura 3. La salida, cuando está colocada en un peldaño de escalera, precedida de entrada/s verdadera/s (1), será también verdadera. O sea que cuando en el peldaño sea todo verdadero, la salida está “conectada”. Puede pensarse esta salida como normalmente abierta o falsa, cuando  el  circuito  correspondiente  está  inactivo,  o  es  falso.  Esta  instrucción  se usa para bobinas internas del PLC (simuladas), y para salidas externas.

-         La opuesta, es la salida negada, que funciona en forma exactamente opuesta a la vista precedentemente. Se asimila a una bobina de relé normalmente cerrada, y tiene las mismas aplicaciones que la anterior.

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Resumamos lo anterior en un cuadro:

Designación SímboloEstado Lógico “0”

(Reposo o inactivo)

Estado Lógico “1”(Con tensión o

activo)

Entrada 0 (falso) 1 (verdadero)

Entrada Negada 1 (verdadero) 0 (falso)

Salida 0 (falso) 1 (verdadero)

Salida Negada 1 (verdadero) 0 (falso)

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En función de lo anterior, el circuito del relé de la Figura 3 representado en un LD, sería sencillamente lo siguiente:

En este esquema simple, que tiene el aspecto de una escalera, observamos que la entrada 0000 está en el mismo peldaño que la salida 0500, de manera que, cuando la entrada 0000 esté en “1”, también lo estará la salida 0500 y consecuentemente se habrá accionado la bobina del relé. Debe destacarse aquí que la fuente de alterna de la Figura 3, es externa al relé (y al PLC), por lo que no se coloca en el LD. En realidad, el PLC acciona la salida 0500 (o bobina), sin importar que se está comandando con ello, por lo que la fuente de alterna es irrelevante para el PLC. También debe notarse que tanto la entrada como la salida llevan un número, que más que una identificación se refiere a la dirección del registro de memoria que las identifica. Esto es importante, pues debemos decirle al PLC donde está cada cosa, o, en otras palabras, debemos dar una dirección a cada uno y a todos los dispositivos del PLC.

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LADDER DIAGRAM

Es un lenguaje gráfico, derivado del lenguaje de relés, que mediante símbolos representa contactos, solenoides... . Su principal ventaja es que los símbolos básicos están normalizados según normas NEMA y son empleados por todos los fabricantes. Los símbolos básicos son: Los elementos básicos que configuran la función se representan entre dos líneas verticales que simbolizan las líneas de alimentación. Para las líneas de función más complejas como temporizadores, registros de desplazamiento, etc, se emplea el formato de bloques. Estos no están formalizados, aunque guardan una gran similitud entre sí para distintos fabricantes y resultan mucho mas expresivos que si se utiliza para el mismo fin el lenguaje en lista de instrucciones o mnemónico.

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Conceptos generales

Un programa en esquema de contactos, la constituyen una serie de ramas de contactos.

Una rama esta compuesta de una serie de contactos, conectados en serie o en paralelo que dan origen a una salida que bien puede ser una bobina o una función especial.

El flujo de la señal va de izquierda a derecha y de arriba abajo. A una rama de circuito en esquema de contactos le corresponde una

secuencia de instrucciones en forma mnemónica.

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Todas las ramas de circuito se inician con una instrucción LOAD.

                                  

  Una bobina no puede venir conectada directamente de la barra de inicio. En tal caso es necesario interponer un contacto siempre cerrado.

A la derecha de una bobina no es posible programar ningún contacto.

El número de contactos posibles en serie o en paralelo es prácticamente ilimitado.

Es posible colocar en paralelo 2 o más bobinas.

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CAPÍTULO VEJEMPLOS BÁSICOS DE PROGRAMACIÓNEjemplo sencillo de programación mediante LD utilizando los registros

Vamos a analizar como sería el funcionamiento de un LD correspondiente a un circuito sencillo, para comparar las diferencias:El circuito de la Figura 7 energizará la bobina cuando, sin abrir la SW2, cierre la SW1 pues de esta forma quedará aplicado a la bobina el potencial de la batería.

Veamos en la Figura 8 como sería este mismo circuito, representado en un LD, incluyendo los números de registros. Recordemos que cada peldaño de la escalera debe contener una o más entradas y una o más salidas. También, la primer instrucción de cada peldaño debe ser siempre una entrada, y la última, una salida o su equivalente.

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Obsérvese que con un peldaño de escalera solamente, se reemplazan todos los compo nen tes del circuito de la Figura 7, utilizándose una entrada, una entrada negada, y una salida. Por supuesto que, cuanto más complejo es el circuito, mayor es la conveniencia de utili zación del LD. También se advierte la sentencia “END”, utilizada por la mayoría de los fabricantes de PLC, y que indica que termina el programa y/o la secuencia de los peldaños. Veamos ahora como se utilizan las direcciones. Estas direcciones se vinculan con una cierta área de almacenamiento (archivos de datos) del PLC, de manera que se puede guardar el “estado” de la instruc ción, o sea si es verdadera o falsa. En general, los PLC utilizan direcciones de almacenamiento de 16 bits, que se analizan de esta manera, teniendo en cuenta que en este ejemplo estamos usando dos registros o direcciones de almacenamiento diferentes :

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registro 00

bit 15 14 13 12 11 10 09 08 07 06 05 04 03 02 01 00

estado                             1 0

registro  05

bit 15 14 13 12 11 10 09 08 07 06 05 04 03 02 01 00

estado                               0

En esta tabla vemos que el registro 00, bit 00 (o sea la entrada 0000) tiene un 0 lógico; mientras que el registro 00, bit 01 (o sea la entrada 0001) tiene un 1 lógico. El registro 05, bit 00 (o sea la salida 0500), tiene un 0 lógico. Como es sabido, el 0 ó 1 lógico, indica si la instrucción es falsa o verdadera.

Nota: En realidad todos los registros vacíos consignados en la tabla, debieron tener un “0”, pero se han dejado en blanco para enfatizar las direcciones que nos interesaban.

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El PLC sólo energizará  la bobina o la salida (la hará verdadera), cuando todas las condiciones (entradas) en el peldaño sean verdaderas. Es decir que la tabla de verdad para este ejemplo, sería:

ENTRADAS SALIDA ESTADO LÓGICO DEL BIT DE REGISTRO

SW1 SW2 BOBINA SW1 SW2 BOBINA

Falso Verdadero Falso 0 1 0

Falso Falso Falso 0 0 0

Verdadero Verdadero Verdadero 1 1 1

Verdadero Falso Falso 1 0 0

Como siempre, la tabla de verdad muestra todas las posibles combinaciones de estados lógicos de las dos entradas.

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Ejemplo de aplicación:

Control de nivel en un tanque para líquidos

Este es el ejemplo clásico en el cual se debe ejercer control sobre un actuador que regula el abastecimiento de líquido para un tanque.

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El caso más sencillo, aunque no efectivo, consiste en un contacto único (sensor de nivel alto) el cual, al activarse apaga el motor y al desactivarse lo enciende. pero este sistema tiene el inconveniente que el motor se conmutará muchas veces en poco tiempo, disminuyendo así su vida útil.La verdadera solución requiere la utilización de dos sensores, que forman una “ventana” del nivel del líquido, donde se tendrá un nivel alto que servirá de guía para apagar el motor, y un nivel bajo con el que se encenderá. (Ver Figura 9)En este ejemplo, se pretende que el motor de la bomba de llenado fun cione cuando el líquido esté entre los dos niveles, deteniéndose cuando supere el nivel alto y arrancando cuando alcance el nivel bajo. En este caso necesitaremos dos entradas (los sensores de nivel) y una salida (la bobina de comando del motor). Tengamos presente que:Cuando los sensores  NO están sumergidos en líquido, están on (verdadero).Cuando los sensores   SI  están sumergidos en líquido, están off (falso).Debe darse a cada dispositivo (de entrada o salida) una dirección. Esto le permite al PLC, saber donde están físicamente conectados cada uno de estos dispositivos. Asignemos las siguientes direcciones:

Dispositivo Nivel bajo Nivel Alto Bobina Motor Relé utilitario interno

Dirección 0000 0001 0500 1000

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En la figura 10 se observa lo que sería el diagrama de escalera (LD) para la programación del PLC de este ejemplo. Nótese que se está usando el relé utilitario interno, designado como 1000, en este caso con una bobina (salida) y dos contactos (entradas). Al ser simulado internamente en el PLC, (no existe físicamente) puede tener tantos contactos como se requiera (o como lo permita la capacidad de memoria del PLC).

Pero veamos como funciona el PLC que hemos programado para el control del nivel de líquidos. Con referencia a la figura 11, partimos del caso en que el tanque está completamente vacío, de manera que los sensores no están sumergidos; están en un 1 lógico, y en consecuencia ambas entradas, la 0000 y la 0001 están en verdadero y se desprende del LD que la salida 1000 (relé utilitario interno) está igualmente en verdadero, y consecuentemente tam bién lo están los contactos o entradas 1000 y la sa li da 0500. Si la salida 0500 en verdadero, esto sig ni fica que el motor de la bomba está funcionando y gra dualmente se va llenando el tanque de la figura 9.

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Cuando el líquido alcanza el nivel bajo del tanque, el correspondiente sensor pasa a un 0 lógico, o sea falso, es decir que la entrada 0000 del LD se volvió  falso, como se observa en la figura 12. Sin embargo, en esta condición, el relé utilitario interno 1000 se mantiene verdadero pues está conectado a través de su propio contacto 1000 y de la entrada 0001 correspondiente al sensor de nivel alto, y bajo estas condiciones la bomba sigue llenando el tanque. Esto es posible gracias al relé interno 1000 (aquí vemos su utilidad), cuya función en este caso es producir un enclavamiento para mantener en verdadero la salida 0500.Continuando con el análisis, cuando el nivel de líquido alcanza el sensor de nivel alto, éste transforma la entrada 0001 en falso, y se produce entonces la situación mostrada en la figura 13 y por lo tanto la bomba se detiene dejando de llenar el tanque.

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A medida que se va utilizando el líquido, se va vaciando el tanque; cuando el nivel está por debajo del sensor de nivel alto, se da la situación de la figura 14, de la que se comprende que tampoco funciona el motor de la bomba en estas condiciones. Finalmente, cuando el tanque se vacía completamente, volvemos a la situación analizada en la figura 11, completándose el ciclo.

Con este sencillo ejemplo alcanzamos a comprender la gran utilidad y economía que representa la utilización del PLC a nivel de control de procesos industriales. Sin embargo, el PLC no solo es conveniente desde el punto de vista del reemplazo de relés, sino que es posible, a nivel de software, agregar herramientas valiosísimas para el control de procesos.

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Temporizadores o timersEsta es una herramienta utilizada para activar y desactivar una variable dentro del programa de acuerdo al tiempo que se haya especificado. Así es posible programar una salida, para que en un determinado tiempos encienda o se apague un dispositivo externo, por medio de un temporizador que solo existe a nivel lógico. Los temporizadores de un PLC se pueden pensar como un cronómetro regresivo, en el cual se debe indicar el tiempo que durará el conteo, se debe dar inicio a dicho conteo, y cuando éste finalice o llegue a cero, da una señal que para el PLC será la activación o desactivación de una variable del programa.Existen varios tipos de temporizadores; los más comunes son:-         On Delay Timer (TON) o temporizador de retardo de conexión, y-         Off Delay Timer (TOF) o temporizador de retardo de desconexión

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Veamos por ejemplo como funciona el timer TON. El tiempo del timer se cuenta en función de los “tics” del reloj del PLC, y cada tic puede ser de 1 ms, 10 ms, 100 ms, etc. Además el timer se programa  con una determinada cantidad de tics transcurridos los cuales, es accionado el contacto comandado por ese timer. Además la cantidad de tics puede variar de 0 a 9999 para un PLC de 16 bits trabajando en BCD (decimal codificado en binario)  o de 0 a 65535 para el binario de 16 bits. Entonces el temporizador tiene: una entrada “enable” que inicia el conteo de tiempo, y un contacto comandado por el timer, que se activa cuando el conteo ha alcanzado la cantidad de tics programados para ese timer.

Por ejemplo, el temporizador de la Figura 16 comenzará el conteo de tiempo cuando la entrada 0001 se vuelva activa, y cuando alcance los 100 tics, hará activa entrada T000, por él comandada, que a su vez accionará la bobina de salida 0500. Si el temporizador tiene un incremento de 100 ms (tiem po de cada tic), entonces 0500 será accionada 100 x 100 = 10.000 ms = 10 s después de haber accionado la entrada 0001. En este tipo de temporizador, se cumple este funcionamiento siempre que 0001 se mantenga en verdadero luego de haber sido accionada; es decir, en el momento en que 0001 vuelve a falso, se resetea el contador, volviendo a cero, y por lo tanto desconecta 0500. Es de destacar que no pueden haber en el mismo PLC, dos temporizadores con la misma denominación, pues utilizarían los mismos registros de memoria, lo que no es posible.

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Contadores

Un contador funciona de forma parecida a un temporizador, solo que en lugar de que la base de conteo sea el tiempo, en este caso es la activación de una entrada, una salida, o de una posición de memoria.Un ejemplo de aplicación de este sistema, es el de conteo de productos a ser empacados en una caja. Si un sensor se activa cada vez que un producto pasa frente a él, y en la caja caben solamente 30 de ellos, en el PLC puede programarse un contador que lleve la secuencia de la cantidad de veces que se activa dicho sensor, y cuando llegue a 30 emita una señal que comande el cambio de caja.Como en el caso de los temporizadores, hay también varios tipos de contadores:-         Contadores “Count up” (CTU), que cuentan 1,2,3,…-         Contadores “Count down” (CTD), que cuentan 9,8,7,…-         Contadores “Count up-down” (UCD), que cuentan 1,2,3,4,3,2,3,4,5,…Un contador sencillo tipo CTU o CTD, requiere tres cosas para su funcionamiento:1.      Una entrada por donde ingresan los pulsos que deseamos contar.2.      La posibilidad de programar la cantidad de pulsos que deseamos contar hasta que el contador reaccione.3.      Una entrada que al activarse, resetea el contador.

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El contador UCD requiere una entrada adicional, ya que una cuenta en forma ascendente, y otra descendente.Por motivos similares a los expuestos para los temporizadores, los contadores cuentan típicamente: de 0 a 9999; - 32.768 a + 32.767; o 0 a 65.535.

En la figura 17 se observa el LD de un contador CTU, denominado C000. Este contador está progra mado para contar 100 pulsos por la entrada 0001, antes de accionar el contacto C000 y conse cuentemente la salida 0500. El sensor o entrada 0002, resetea el contador. Es importante destacar que estos contadores cuentan pulsos cuando la entrada pasa de falso a verdadero o de off a on, pero no a la inversa.

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En la figura 18 se observa el LD de un UDC, con una entrada adicional respecto del contador de la figura 17. En este caso además, el contador deberá contar hasta 1000 antes de accionar la entrada UDC000. La entrada 0002 se utiliza siempre para resetear; la entrada 0001 cuenta hacia arriba cuando se hace verdadera, y la 0003 hacia abajo (descuenta) en idénticas condiciones. En este conteo, la salida 0500 se hará verdadera, cuando se llegue a 1000.De nuevo se hace notar que el contador acumula valores solo en transiciones de off a on de los sensores de entrada, pero no a la inversa.

Apunte proporcionado por el Ing. Jorge Javier Ferrero de la U.N.S.J 69