P.L.C. - Controladores Lógicos Programables

Presentación Histórica

    Los PLC's se introdujeron por primera vez en la industria en 1960 aproximadamente por la necesidad de eliminar el gran costo que se producía al reemplazar el complejo sistema de control basado en relés y contactores.

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

        Estos nuevos controladores debían ser fácilmente programables por ingenieros de planta o personal de mantenimiento. El tiempo de vida debía ser largo y los cambios en el programa tenían que realizarse de forma sencilla. La solución fue el empleo de una técnica de programación familiar y reemplazar los relés mecánicos por relés de estado sólido.

        En 1969 la División Hydramatic de la General Motors instaló el primer PLC para reemplazar los sistemas inflexibles alambrados usados entonces en sus líneas de producción.

        A mediados de los 70, los microprocesadores convencionales cedieron la potencia necesaria para resolver de forma rápida y completa la lógica de los pequeños PLC's. Por cada modelo de microprocesador había un modelo de PLC basado en el mismo. No obstante, el modelo 2903 de AMD fue de los más utilizados.

        Ya en 1971, los PLCs se extendían a otras industrias.
        Las habilidades de comunicación comenzaron a aparecer en 1973. El primer sistema fue el bus Modicon (Modbus). El PLC podía ahora dialogar con otros PLC's y en conjunto podían estar aislados de las máquinas que controlaban. También podían enviar y recibir señales de tensión variables, entrando en el mundo analógico.     Desafortunadamente, la falta de un estándar acompañado con un continuo cambio tecnológico ha hecho que la comunicación de PLC's sea un gran océano de sistemas físicos y protocolos incompatibles entre si.
 En el año ochenta, ya los componentes electrónicos permitieron un conjunto de operaciones en 16 bits,- comparados con los 4 de los 70s -, en un pequeño volumen, lo que los popularizó en todo el mundo.
        En los 80 se produjo un intento de estandarización de las comunicaciones con el protocolo MAP (Manufacturing Automation Protocol) de General Motors. También fue un tiempo en el que se redujeron las dimensiones del PLC y se pasó a programar con programación simbólica a través de ordenadores personales en vez de los clásicos terminales de programación. Hoy día el PLC más pequeño es del tamaño de un simple relé.

        A comienzo de los noventa, aparecieron los microprocesadores de 32 bits con posibilidad de operaciones matemáticas complejas, y de comunicaciones entre PLCs de diferentes marcas y PCs, los que abrieron la posibilidad de fábricas completamente automatizadas y con comunicación a la Gerencia en "tiempo real". Los 90 han mostrado una gradual reducción en el número de nuevos protocolos.

Hoy en día, los grandes competidores de los PLC son los ordenadores personales o PC, debido a las grandes posibilidades que éstos pueden proporcionar, aunque los PLC con su reducido tamaño y su gran versatilidad aun controlan el escenario industrial.

Descripción de PLC

·         Definición de Autómata Programable

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 sensores y el programa lógico interno, actuando sobre los actuadores de la instalación.

De acuerdo con la definición de la "Nema" (National Electrical Manufacturers Association) un controlador programable es:
"Un aparato electrónico operado digitalmente, que usa una memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones para implementar funciones específicas, tales como lógica, secuenciación, registro y control de tiempos, conteo y operaciones aritméticas para controlar, a través de módulos de entrada/salida digitales (ON/OFF) o analógicos (1 5 VDC, 4 20 mA, etc.), varios tipos de máquinas o procesos”.

Clasificación de PLC..

             Debido a la gran variedad de tipos distintos de PLC, tanto en sus funciones, en su capacidad, en su aspecto físico y otros, es que es posible clasificar los distintos tipos en varias categorías.

PLC tipo Nano:

            Generalmente PLC de tipo compacto ( Fuente, CPU e I/O integradas ) que puede manejar un conjunto reducido de I/O, generalmente en un número inferior a 100. Permiten manejar entradas entradas y salidas digitales y algunos módulos especiales.

PLC tipo Compactos:

              Estos PLC tienen incorporado la Fuente de Alimentación, su CPU y módulos de I/O en un solo módulo principal y permiten manejar desde unas pocas I/O hasta varios cientos ( alrededor de 500 I/O ) , su tamaño es superior a los Nano PLC y soportan una gran variedad de módulos especiales, tales como:




-        entradas y salidas análogas
-        módulos contadores rápidos
-        módulos de comunicaciones
-        interfaces de operador
-        expansiones de i/o

PLC tipo Modular:

               Estos PLC se componen de un conjunto de elementos que conforman el controlador final, estos son:

-        Rack
--   Fuente de Alimentación
-        CPU

 Módulos de I/O

             De estos tipos existen desde los denominados MicroPLC que soportan gran cantidad de I/O, hasta los PLC de grandes prestaciones que permiten manejar miles de I/O.

·        Constitución.

      Un autómata programable propiamente dicho está constituido por:

- Un dispositivo de alimentación : que proporciona la transformación de la energía eléctrica suministrada por la red de alimentación en las tensiones continuas exigidas por los componentes electrónicos.

- Una tarjeta procesadora : es el cerebro del autómata programable que interpreta las instrucciones que constituyen el programa grabado en la memoria y deduce las operaciones a realizar.
- Una tarjeta de memoria: contiene los componentes electrónicos que permiten memorizar el programa, los datos ( señales de entrada ) y los accionadores ( señales de salida ).
Por otro lado es necesario utilizar una consola de programación para escribir y modificar el  programa ,  así   como  para  los  procesos  de  puesta  a  punto  y pruebas. Esta consola es. Por el contrario, inútil en la explotación industrial del autómata

Composición de PLC

Cada Controlador Lógico Programable se compone de dos partes básicas:

·  Sección operativa (SO)

· Sección de comando (SC)

 SECCIÓN OPERATIVA (SO).

Es la que opera la materia prima y el producto en general.

Se compone de:

           Los medios y herramientas necesarias para transformar la materia prima, por ejemplo : bombas, utensilios, taladros,  etc.

           Los accionadores destinados a mover y poner en funcionamiento estos medios, por

Ejemplo:

- Motores eléctricos para accionar una bomba.

- Gatos hidráulicos para cerrar una válvula.

- Gatos neumáticos para taladrar un cabezal de perforación.

  

SECCIÓN DE COMANDO (SC)

Es la que emite las ordenes hacia la sección operativa(SO) y recoge las señales de retorno para sus acciones. Cada vez más, la sección de comando (SC) se basa en técnicas de lógica programada. Como parte central de la sección de comando(sc) está el tratamiento, que conste en la la unión de tres diálogos:

EL DIALOGO CON LA MAQUINA:

Consiste en el comando de los accionadores, (motores, gatos) a través de los pre-accionadores (contadores, distribuidores, variadores), y de la adquisición de las señales de la retroalimentación provenientes de los sensores que dependen de la evolución del proceso.

  

EL DIALOGO HOMBRE-MAQUINA:

Para manejar, regular, calibrar la máquina, el personal introduce mensajes  y comandos y recoge informaciones del autómata.

    

EL DIALOGO CON OTRAS MAQUINAS:

Varias máquinas pueden operar en una misma producción. Su coordinación está asegurada por el diálogo entre las secciones de comando.

  

TECNICAS DE AUTOMATIZACION

Básicamente existen dos tecnologías que se emplean en la fabricación de automatismo.

LOGICA CABLEADA:

         Denominamos  conexión cableada a todos los controladores cuya función se determina  mediante la  conexión  (cableado)  de sus elementos individuales de conexión. Así ,  por  ejemplo ,  se  determina   la  función  de  control  de  un contactor mediante la selección de los elementos de conexión (abrir o cerrar) y por las características  de  su  conexión ,  ( conexión  en  serie  o  conexión  en paralelo).

La estructura mecánica así como el cableado en el armario de distribución depende de la función del controlador. El montaje y cableado de un controlador programable puede efectuarse recién después de que se conozca su programa es decir, sus documentaciones de conexión. Cada cambio posterior de las funciones del controlador requieren un cambio de la estructura y del cableado. Estos cambios son muchas veces costosos y exigen mucho tiempo.

  

LOGICA PROGRAMADA:

En cambio la estructura y el cableado son ampliamente independientes de la función deseada del controlador. Al aparato de automatización se conecta todos los contactos emisores requeridos para la función del controlador (interruptores, pulsadores, barras de luz, etc.) y todos los aparatos activadores sujetos al controlador (contactores, válvulas, etc.).

En este caso el autómata se basa en la programación de sus constituyentes. El funcionamiento obtenido resulta de la programación efectuada. En esta forma la labor efectuada puede cambiar alternando el programa; y con ello la flexibilidad es mayor. Los diferentes diagramas mostrados en la figura  compara los principios de ambas tecnologías en cuanto a su expresión de esquema y en cuanto a su expresión lógica.

  

Características generales PLC

Los P.L.C. se encuentran en la gran mayoría de las máquinas de proceso que se fabrican actualmente y, a veces disfrazados de tablillas electrónicas de control, pero siempre reduciendo en gran medida la mano de obra que requerían todos los tableros de control alambrados que hasta hace unos años eran omnipresentes en la industria y, en gran medida su gran difusión los ha abaratado tanto que aún en las operaciones más sencillas, el P.L.C. toma el lugar de temporizadores y contadores.

Al conectar un PLC se debe tener cuidado en emplear los cables con código de colores para evitar en lo posible cualquier error que pudiera ser muy costoso.

Las compañías fabricantes de máquinas usan el siguiente código de colores para los cables:

AZUL para circuitos de control en c.d.

ROJO para control en c.a.

VIOLETA y/o GRIS para entradas/salidas del PLC.

NEGRO en circuitos de fuerza

BLANCO en cables puestos a tierra en c.a. (neutro) y el VERDE/AMARILLO o solamente VERDE para la conexión a tierra.

  

Tendencias

Las máquinas modernas controladas por un PLC tienen pocos botones de mando, porque han sido sustituidos en gran medida por los paneles de mando que a su vez tienen una pequeña o gran pantalla de avisos y, en algunos casos hasta permiten la programación de la Producción.

Además, la tendencia es hacia una fabricación integrada y, los PLC juegan el papel del soldado raso en esa cadena al efectuar todas las operaciones burdas de control.

Estos sistemas donde los PLC son supervisados por sistemas más complejos están actualmente en uso en las grandes compañías acereras, de alimentos y de automóviles y, con la caída en los costos reales actuales, se puede anticipar su uso en fábricas y empresas más pequeñas en el próximo futuro.

En nuestro medio, esperamos ver cada vez un mayor número de PLC controlando las máquinas de nuestras industrias.

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. Veremos las ventajas que proporciona un autómata de tipo medio.

-  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.

    - La lista de materiales a emplear queda sensiblemente reducida.

          Posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar el cableado ni añadir aparatos (sin costo añadido en otros componentes).

          Mínimo espacio de ocupación.

          Menor costo de mano de obra de la instalación.

          Mantenimiento económico.

          Posibilidad de gobernar varias máquinas con un mismo autómata.

          Menor tiempo de puesta en funcionamiento del proceso, al quedar reducido el tiempo de cableado.

          Si la máquina queda fuera de servicio, el autómata sigue siendo útil en otras máquinas o sistemas de producción.

-          Desventajas

          Adiestramiento de técnicos en programación de dichos dispositivos.

          La inversión inicial.

Hoy en día, los inconvenientes se han hecho nulos, ya que todas la carreras de ingeniería incluyen la automatización como una de sus asignaturas. En cuanto al costo tampoco hay problema, ya que hay autómatas para todas las necesidades y a precios ajustados.

Funciones básicas de un PLC.

Los PLC debido a que operan en base a operaciones lógicas son normalmente usados para el control de procesos secuenciales, es decir, procesos compuestos de varias etapas consecutivas, en donde el PLC controla que las etapas se ejecuten sólo cuando se hayan cumplido una serie de condiciones fijadas en el programa.

En general, estas funciones básicas pueden ser:

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.

Diálogo hombre máquina: 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

- Otras 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.

Campos de Utilización de PLC

Empresas donde se utilizan

Las empresas en las cuales se utilizan los PLC´s son diversas, pudiéndose asegurar, que su uso en la mayoría de los procesos industriales es generalizado, esto se debe  a las ventajas que ofrecen entre las cuales se hallan la flexibilidad de programación y la facilidad de su Implementaciòn. Su uso se dirige principalmente a los departamentos de ingeniería y producción de las empresas.

Lo que se busca con el uso de los PLC´s

A través de la Implementaciòn de los PLC´s se esperan obtener no sólo mejoras en el proceso en sí, sino además en los siguientes aspectos:

-          Gran versatilidad.

-          Facilidad en la programación.

-          Simplificación en el diseño de las instalaciones.

-          Mayor rapidez en el desarrollo del proceso.

-          Capacidad para detección y corrección rápida de averías.

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 industriales que producen una o varias de las siguientes necesidades:

-        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:

-        Maquinaria industrial de plástico.

-        Maquinaria de embalajes.

-        Maniobra de instalaciones: Aire acondicionado, calefacción, seguridad...

-        Señalización y control: Chequeo de programas, señalización del estado de procesos...

Tal y como dijimos anteriormente, esto se refiere a los autómatas programables industriales, dejando de lado los pequeños autómatas para uso más personal (que se pueden emplear, incluso, para automatizar procesos en el hogar, como la puerta de un cochera o las luces de la casa).

  

Estructura de un PLC.

  Los PLC se componen básicamente de tres secciones:

Sección de Entrada , Sección de Salida y Sección Lógica de Control.

Entradas y Salidas

Las  entradas  y  salidas  son  los  elementos  del PLC que lo vinculan al campo. En el caso de las entradas, adaptan  las señales  de sensores para que la CPU las reconozca. En el caso de las salidas, activan un circuito de conexión (transistor, triac o relé) ante una orden de la CPU.

          La clasificación de las entradas y salidas son las siguientes:

Discretas: También llamadas digitales, lógicas, binarias u on/off, pueden tomar solo dos estados. La denominación digital es más común que la de discreta, aún cuando es incorrecta, ya que todas las funciones de un PLC, incluidas las E/S son digitales.

Analógicas:  Pueden tomar una cantidad de valores intermedios dentro de un cierto límite, dependiendo de su resolución. Por ejemplo 0 a 10 Vcc, 4 a 20 mAcc, etc.

Especiales: Son variantes de las analógicas, como las entradas de pulsos de alta velocidad, termocuplas, RTDs, etc.

Inteligentes: Son módulos con procesador propio y un alto grado de flexibilidad para su programación. Durante su operación intercambian datos con la CPU.

Entradas discretas

Los fabricantes ofrecen una gran cantidad de alternativas para estos módulos. Así es que se puede optar por módulos con distinta cantidad de entradas y para distintas tensiones; las más comunes son: 24 Vcc, 24 Vca, TTL (5 Vcc), 110 Vca, 220 Vca, etc.

La estructura típica de una entrada discreta puede separarse en varios bloques por donde pasará la señal, hasta convertirse en un 0 ó un 1 para la CPU .

Estos bloques son:

Rectificador: En el caso de una entrada de corriente alterna, convierte la señal en continua. En el caso de una señal de corriente continua, limita o impide daños por inversión de polaridad.

Acondicionador de señal: Elimina ruidos eléctricos, detecta los niveles de señal para los que conmuta el estado lógico (umbral en on/off) y lleva la tensión al nivel manejado por la CPU.

Indicador de estado: En general se dispone de un indicador luminoso por canal, que está encendido mientras exista tensión en la entrada, y apaga do en caso contrario. Un indicador adicional señala el correcto funcionamiento de la tarjeta permaneciendo encendido si tanto la tarjeta como su comunicación con la CPU no presentan fallas.

Aislación: Las entradas de la mayor parte de los PLCs son optoaisladas para que, en caso de sobretensiones externas el daño causado no afecte más que ese punto, sin perjudicar el resto de la tarjeta ni propagarse al resto del PLC.

Circuito lógico de entrada: Es el encargado de informar a la CPU el estado de la entrada cuando ésta la interrogue.

El paso de la señal por todos estos bloques insume un tiempo que se conoce como tiempo de respuesta de la entrada. Este tiempo (y el del barrido, que se verá más adelante) debe tenerse en cuenta en el diseño del sistema. Un aspecto a analizar es el mínimo tiempo de permanencia o ausencia de una señal requerido para que el PLC la interprete como un 0 ó un 1. Si una variable de proceso pasa al estado lógico 1, y retorna al estado 0 en un tiempo inferior al tiempo de respuesta de la entrada, es posible que el PLC no llegue a leerla. Por ejemplo, si una tarjeta tuviera un tiempo de respuesta de 10 mseg, no será capaz de identificar con certeza una señal que presentó un pulso de menos de 10 mseg. Para aquellos casos en que se produzca esta situación, se requieren tarjetas con capacidad de retención, en las que el estado lógico es sostenido por un período mayor que la duración del pulso de señal.

Como referencia, podemos indicar que el tiempo de respuesta en la lectura de un contacto que se abre puede no ser el mismo que el tiempo de respuesta en la lectura de un contacto que se cierra. En general, el tiempo de respuesta de una tarjeta de entradas discretas no es superior a los 20 mseg, pudiendo ser de unos pocos milisegundos.

  

 Salidas discretas
 

La estructura típica de una salida discreta es la siguiente :

Circuito lógico de salida: Es el receptor de la información enviada por la CPU.

Aislación: Cumple una función análoga a la de la aislación de una tarjeta de entradas discretas.

Indicador de estado: Generalmente se utiliza un indicador de estado por canal, que se enciende cuando la salida está cerrada, y se apaga cuando está abierta. Un indicador adicional señala el correcto funcionamiento de la tarjeta, permaneciendo encendido si tanto la tarjeta como su comunicación con la CPU no presentan fallas.

Circuito de conexión: Es el elemento de salida a campo, que maneja la carga conectada por el usuario. Como veremos luego, se dispone de tres opciones de circuito de conexión: transistor, triac y relé.

Protección: Puede consistir en un fusible en serie con los contactos de salida, una protección electrónica por sobrecarga, o circuitos RC (resistivos-capacitivos) para eliminar picos generados por la natu­raleza de la carga, en caso deque ésta sea inductiva y la alimentación sea en corriente continua.

  

Las alternativas de selección para el circuito de conexión son tres:

Salidas por relé, Triac, Transistor

  

Las salidas de relé pueden utilizarse para cargas en corriente alterna o continua, las de transistor en corriente continua, y las de triac solo para corriente alterna. En todos los casos debe verificarse si la potencia a manejar es compatible con el circuito de conexión seleccionado.

Entradas Analógicas

El PLC fue originalmente diseñado para el control de estados lógicos (si-no), y es un equipo de tecnología digital. Por lo tanto la única manera que tiene de trabajar con valores analógicos es que éstos se representen internamente por medio de números en formato binario. La principal tarea de una tarjeta de entrada analógica es precisamente la de convertir un valor analógico en un número en formato binario, por medio de un conversor A/D.

Generalmente, el conversor A/D se especifica indicando su resolución en bits, expresando así el menor cambio de tensión que tiene capacidad de distinguir. La exactitud de la tarjeta debe ser especificada por separado, normalmente como porcentaje del alcance. La exactitud de una tarjeta es peor que la resolución del conversor A/D utilizado, debido a los demás componentes que la integran, y a inexactitudes del propio conversor. Por ejemplo, una tarjeta puede utilizar un conversor A/D de 16 bits, pero ser exacto tan sólo hasta los 12 bits.

El componente más caro de una entrada analógica es el conversor A/D, y éste resulta más caro cuanto mayor resolución tiene. Por ello, los PLCs más pequeños utilizan conversores de 8 bits (más económicos), mientras los medianos y más grandes utilizan conversores de 10 hasta 16 bits.

Una forma de disminuir costos consiste en utilizar un solo conversor A/D que convierte todas las señales de entrada del módulo, una por vez, y las almacena en una memoria temporaria (buffer) alojada en el mismo módulo, desde donde la CPU lee los valores. Para ello se requiere un circuito que seleccione un canal por vez, enviando su señal al conversor A/D. Este circuito se denomina multiplexor.

Módulos Inteligentes
 

Con el objeto de descargar a la CPU de tareas que le insumen un tiempo que no es aceptable, o para las que ésta no está preparada, se dispone de módulos inteligentes. Algunos de estos módulos cuentan con sus propias E/S, mientras que otros aprovechan la estructura de E/S que ofrece el PLC. Una característica de estos módulos es que su funcionamiento es independiente de la CPU, por lo que, en caso de falla de ésta, los módulos siguen operando.

Los módulos inteligentes poseen un procesador propio que funciona en forma asincrónica con el de la CPU. Ambos procesadores intercambian datos a través de la capacidad del módulo inteligente de leer y escribir ciertas posiciones de la memoria de la CPU principal. En algunos casos, la cantidad de datos que un módulo inteligente puede intercambiar con la CPU principal está limitada por el diseño del módulo.

Algunos de estos módulos inteligentes son:

Módulo BASIC: Programable en lenguaje BASIC, posee uno o varios ports de comunicación RS232 ó RS422. Se puede utilizar para resolver ecuaciones complejas, para estadística, para adquisición de datos, como ingreso de datos desde lectores de código de barras, para ingreso de datos manuales, para almacenamiento de recetas, impresión de reportes, etc. También se utilizan para la Implementaciòn de protocolos de comunicaciones que permiten la comunicación del PLC con otros equipos digitales. Esta aplicación es útil en aquellos casos en que el PLC no disponga en forma estándar del software de comunicaciones requerido, resultando una Implementaciòn razonable­mente económica. En estos casos se programa el protocolo en este módulo utilizando el lenguaje BASIC. En general, el módulo no cuenta con canales de E/S propios, excepto los ports de comunicaciones. Por otra parte, en algunos casos incluye un modem o módem-fax para comunicarse con otros equipos digitales remotos.

Módulo PID: Este módulo resuelve uno o varios lazos PID en forma separada de la CPU principal. La configuración de los lazos se efectúa desde la CPU principal, o directamente a través de un port RS232 ó RS422 que el módulo posee. A este port se conecta una PC con el software adecuado, permitiendo la configuración con indepen­dencia de la CPU principal. Este módulo descarga a la CPU principal del cálculo del algoritmo PID, que insume un tiempo importante, haciendo más lento el tiempo de barrido de la CPU. Adicionalmente, la distribución de varios lazos PID en varios módulos disminuye la posibilidad de falla de varios lazos. Algunos módulos cuentan con canales de E/S analógicos y discretos propios, haciéndolo totalmente independiente del resto del PLC. Otros módulos PID utilizan la estructura de E/S del PLC.

Módulo ASCII: Almacena mensajes que pueden emitirse a través de sus ports de comunicaciones por orden del programa de la CPU principal. Ante determinados eventos como alarmas o simplemente a requerimiento del usuario, el programa de la CPU principal le ordena a este módulo emitir uno de los mensajes prealmacenados en su memoria. Estos mensajes pueden contener texto fijo, datos variables tomados de la memoria de la CPU, hora y fecha, etc., y pueden emitirse en displays alfanuméricos, impresoras, terminales, etc.

Módulo de posicionamiento: Es una combinación de un módulo contador de alta velocidad con salida para motores. Se utilizan para resolver lazos de posicionamiento en aplicaciones de control numérico o robótica.

Módulo Computador Integrado: Son verdaderas computadoras, con teclado, pan­talla, impresoras, conexión en red y almacenamiento masivo (ya sea en los clásicos discos rígidos, o en discos RAM que emulan un disco rígido utilizando memoria RAM).

  

Funcionamiento Interno

Disposición Interna 

Un PLC se compone de un gran número de elementos electrónicos, cuyo núcleo  esta formado por un microprocesador. A través  de los bornes de entrada (X) y de salida (Y), el PLC controla un proceso. Se  dispone de tres tecnologías  de salida :  salida  por rele, transitor y  triac.

Además  de los contactos de salida auténticos el PLC dispone de registros de imágenes de salida  o “ salidas internas”,  para el tratamiento interno del programa . el PLC dispone además  de otros elementos de enlace  lógico y funciones tales como marcadores (M), contadores (C), relojes (T), etc. Cuyos contactos de salida  también pueden utilizarse opcionalmente como abiertos o cerrados.

Ejecución del Programa

Mientras en un control convencional todos los procesos de control se llevan a cabo en paralelo (simultáneamente), en un control programable con memoria se ejecutan de forma secuencial (sucesivas), de acuerdo con una determinada secuencia especificada en el programa, y se repiten cíclicamente.

El resultado de la ejecución del programa de cada ciclo del programa se puede emitir de dos formas:

a)                 Ejecución directa: En la ejecución directa del programa todas las señales de entrada (X) se conducen a la CPU y se utilizan como datos de entrada. Los resultados de las operaciones que se van ejecutando sucesivamente se transmiten entonces directamente a las salidas (Y).

b)                 Ejecución de la imagen de proceso

Este tipo de ejecución del programa es el que utilizan los controladores de la serie FX y consiste en que se ejecuta primero la secuencia completa del programa y solo entonces se transmiten los resultados a las salidas (Y). Se establece una imagen de los estados de salida de todo el programa para cada ciclo, que es la denominada imagen de proceso.

Para la ejecución  completa de programa es necesario subdividirlo en tres sectores de trabajo:

a) Ejecución de entrada

Antes de realizar una ejecución de programa que vaya a repetirse cíclicamente, el PLC lee los estados de las entradas y los  registra en los registros de imagen de entrada. A continuación  se realiza la ejecución, no con las entradas  sino partiendo de los  registros  de imagen de entrada , las modificaciones que se produzcan  por el lado  de entrada( bornes de entrada), solo podrán  tenerse en cuenta cuando termine el ciclo de programa actual, es decir. Que el registro de entrada solamente se actualiza  antes de la siguiente ejecución del programa, en el próximo ciclo del programa.

b)Ejecución del programa :

El PLC lee el estado de los operadores(entradas X, marcadores M, etc.) en el registro de imagen de entrada. Los resultados  de los enlaces se registran en el registro de imagen de operadores  en la secuencia especificada en el programa.

c)Ejecución de salida

Después de una acción completa  del programa, se transmite automáticamente el contenido del registro de imagen  de salida a la memoria de salida, desde donde actúa sobre los elementos  del circuito de salida, a través de relés,  transistores  o triacs.

Las tres funciones parciales descritas para la ejecución  del programa  se llevan a cabo de forma sucesiva . el tiempo necesario para ejecutar una vez el programa completo se denomina “ tiempo del ciclo del programa”.

Programación de PLC

 Lógica en escalera

Este lenguaje de programación está basado en la descripción de lógicas utilizada por electricistas. Consiste en la representación del circuito lógico utilizando contactos y bobinas, en forma similar a cuando se utilizan relés. Los elementos básicos de programa­ción son contactos (NA o NC, es decir, Normal Abiertos o Normal Cerrados, entendiéndo­se por normal la posición del contacto sin energizar) y bobinas. Las operaciones booleanas básicas suma y producto se arman conectando apropiadamente estos contactos.

  

A estos elementos básicos se les adiciona contadores, temporizadores y otras instrucciones adicionales. Veamos por ejemplo el siguiente programa que consta de una única línea

En esta línea, X1 y X3 son contactos NA, e Y6 es una bobina. La línea está conectada a una fuente de alimentación en sus extremos a y b. La bobina es siempre el último elemento de la línea, y se conecta a uno de los polos de esa fuente. Su activación se produce cuando se cierra el circuito entre a y b.

En el ejemplo, la bobina Y6 se energizará causando la activación de la salida Y6 real cuando se cierren los contactos X1 y X3, es decir cuando las entradas X1 y X3 lean un contacto cerrado en campo. Evidentemente, la conexión en serie de dos contactos equivale a la operación booleana suma (AND). En forma similar, la conexión en paralelo de dos contactos equivale a la operación booleana producto (OR).

Con esta misma base se construyen programas para aplicaciones realmente complejas.

  

veamos un video... que muestra como seria hacer el diagrama escalera

Lenguajes de alto nivel

Además de utilizarse en módulos inte­ligentes, se emplean para escribir subrutinas en PLCs que utilizan otros lenguajes como la lógica en escalera. En muchos equipos se insertan caía lógica en escalera instrucciones denominadas “box” que, al activarse, ejecutan subrutinas escritas en lenguajes simila­res al C, Pascal o BASIC.

Con estas subrutinas pueden crearse modelos de control que no están preprogra­mados en el PLC. como pueden ser linealiza­ciones escalados. etc. Otra aplicación puede ser la simulación de fenómenos fisicos o quí­micos antes de la puesta en marcha definitiva de un sistema. En general, este tipo de lenguajes se utiliza para aplicaciones que re­quieren una capacidad intensiva de cálculo  Si bien no es usual implementar problemas como el dado de ejemplo, se muestra igualmente su solución en la Fig. 12.

10       REM Declaración de variables

20       DECLARE HS-1, HS-2, LSLL, LLL. LLLL, BOMBA = BOOLEAN

30       DECLARE LT = WORD

40       REM Lectura de variables de campo

50       DIM HS-1. HS-2, LSLL

60       AIN LT

70       REM Programa

 80      LLL = CMP < (LT.100)

90               BOMBA = AND (HS-2, AND (LSLL, OR (HS-1, BOMBA)))

100     LLLL = NOT (LSLL)

110     REM Escritura de variables de campo

120     DOUT BOMBA, LLL, LLLL

130     END

Lenguaje de alto nivel utilizado para la solución del problema presentado

  

Programación estructurada

Los lenguajes descriptos son apropia­dos para la resolución de múltiples aplicaciones. Sin embargo, en la medida en que la programación requerida para una aplicación crece, puede resultar en programas engorrosos y de difícil mantenimiento.

Han surgido entonces varios métodos complementarios que tienen por objeto facilitar el diseño del programa de aplicación.  Estos métodos se conocen como programación estructurada.

Según la definición del diccionario: “Una estructura es un conjunto de elementos solidarios entre sí, que integran una totalidad, de la cual son miembros y no partes. constituyendo un todo y no una suma. Los miembros se caracterizan por su independencia, su articulación en la forma total, y su solidaridad’.

Entonces, la programación estructurada consiste en la descomposición de un trabajo en varias tareas independientes, autocontenidas y fáciles de comprender. Cada una de estas tareas se diseña por separado, en alguno de los lenguajes descriptos. Un programa maestro define cuando se corre cada tarea, y controla el conjunto.

Prácticamente cada fabricante tiene una versión propia de lenguaje de programación estructurada.

  

Equipos de programación

Para la programación de PLCs se utilizan elementos auxiliares denominados Unidades de Programación o Programadores

Actualmente se encuentran dos tipos de programador:

Programador de mano: Se trata de una unidad portátil, con un pequeño teclado y un display alfanumérico de una o dos líneas. Se utilizan como único medio de programación de microPLCs, o como programador de mantenimiento para PLCs de mayor tamaño. Usualmente sirven para programar utilizando un lenguaje de mnemónicos, Para poder programar requieren estar conectados al PLC. Esta modalidad se conoce como “programación en línea” u “on-line”

Software para computadoras PC: La difusión de las PCs ha llevado a todos los proveedores a utilizarlas como plataforma para el diseño de Unidades de Programación. Típicamente constan de una computadora personal IBM compatible, con sistema operativo DOS, y un software de programación propio del proveedor del PLC. La PC se comunica con el PLC utilizando un protocolo de baja velocidad (9600 baudios), implementado en un port RS-232-C. Algunas funciones que pueden estar disponibles son:

¨      Configuración en línea (on-line) El PLC se programa desde la PC, mientras ambos están en comunicación. Es posible forzar a las variables de la memoria del PLC a tomar determinados valores, pudiendo probar así un programa de aplica­ción. Por ejemplo, se puede forzar una entrada discreta para que ésta aparezca cerrada, aún cuando el contacto en campo esté abierto.

¨      Programación fuera de línea (off-line): Se desarrolla el programa de aplica­ción en la PC, sin que ésta esté conectada al PLC.

¨      Manejo de diversos lenguajes de programación: El software puede permitir el desarrollo de un programa de aplicación en un lenguaje (por ejemplo, lógicas en escalera), y traducirlo a otro lenguaje (como diagramas lógicos), permitiendo efectuar modificaciones en cualquiera de ambos lenguajes.

¨      Carga y descarga del programa de aplicación: El programa de aplicación residente en el PLC puede ser leído por la PC, para luego modificarlo. En forma inversa, un programa desarrollado off-line puede ser cargado en la CPU, luego de conectar la PC al PLC.

¨      Archivo de programas: Los programas de aplicación pueden ser almacenados en los medios magnéticos de la PC (disco rígido, disquetes, etc.), para facilitar su archivo.

¨      Documentación: Se puede imprimir un reporte que indique los módulos que componen el PLC, revisión de software y hardware, y el programa de aplicación implementado.

La difusión de computadoras IBM compatibles de pequeño tamaño, como las notebook (del inglés, cuaderno), permite contar con una unidad de programación tan poderosa como la descripta en un equipo chico, que puede ser trasladado fácilmente a la ubicación del PLC para tareas de mantenimiento.

Interfases con el operador

El objetivo original del PLC fue el reemplazo de paneles de relés, por lo que no se consideró necesario el desarrollo de una interfase al operador. Esta quedó a cargo de un panel convencional, con indicadores lu­minosos, pulsadores y llaves.

La facilidad de comunicación de un PLC moderno y la baja de costos de computadoras hacen posible una combinación que ha despertado gran interés en los usuarios: la suma de PLCs y computadoras. Esta combinación se complementa con un tercer elemento: el software para control y adquisición de datos, que corre en la computadora. El interés por este tipo de software ha crecido en los últimos años en forma vertiginosa y hoy existen paquetes que permiten desde una simple adquisición de datos hasta complejas tareas de control, supervisión e integración con otros sistemas automatizados de una empresa. De esta forma, el PLC pasa de ser un sistema en si mismo, a ser un componente más de otros sistemas.

Otro mercado de desarrollo complementario al PLC y de gran crecimiento en la última década es el de las interfases al operador basadas en displays y paneles dedicados. Estos equipos permiten ingresos manuales de datos, modificación y monitoreo de lazos de control, emisión de mensajes al operador, etc. Van desde simples desarrollos basados en microprocesador hasta potentes computadoras integradas con el PLC, que permiten la integración de software para control basado en PC dentro del mismo.

La comunicación de estas interfases con el PLC puede ser a través de módulos insertados en su chasis (como el módulo inteligente ASCII), por medio de la conexión al bus de comunicaciones serie de los chasis remotos, o a través de las redes creadas con los módulos inteligentes de comunicaciones.

Conclusión

Los controladores lógicos programables (PLC, por sus siglas en inglés), son dispositivos electrónicos digitales que fueron investigados en 1969 para reemplazar a los circuitos de relevadores (relés) electromecánicos, interruptores y otros componentes comúnmente utilizados para el control de los sistemas . En los sistemas  el estado de una salida queda determinado por el estado de una cierta combinación de entradas sin importar la historia de éstas.

Los PLC's resultaron muy atractivos ya que, a diferencia de los antiguos circuitos permiten reprogramación, ocupan comparativamente muy poco espacio, consumen poca potencia, poseen auto-diagnóstico y tienen un costo competitivo. Sin embargo, fueron las innovaciones tecnológicas en microprocesadores y memorias lo que a hecho tan versátiles y populares a los PLC's. Así, los PLC's pueden realizar operaciones aritméticas, manipulaciones complejas de datos, tienen mayores capacidades de almacenamiento y pueden comunicarse más eficientemente con el programador y con otros controladores y computadoras en redes de área local. Además, ahora muchos PLC's incorporan instrucciones y módulos para manejar señales análogas y para realizar estrategias de control, más sofisticados que el simple ON-OFF, tales como el control PID, inclusive con múltiples procesadores.

Al inicio, la utilización de un lenguaje de programación con una estructura o representación similar a la de los arreglos de relevadores en escalera (diagramas de escalera), fue una buena elección ya que facilitaba el entrenamiento de los operadores que ya conocían estos diagramas. Así, el primer lenguaje de programación para PLC's, considerado de bajo nivel, fue el "Lenguaje de Escalera". Aún hoy se utiliza este lenguaje, así como el "lenguaje Booleano" que se basa en los mismos principios del algebra booleana.

Cuando se comprendió el gran potencial de los PLC's , como poderosas computadoras que son y se dio la evolución de capacidades que ahora tienen, que no poseían los antiguos circuitos, aparecieron los lenguajes de alto nivel como el "lenguaje de escalera" pero, con la adición de funciones especiales complejas, que en el diagrama de escalera aparecen en el lugar de las salidas". Luego, se desarrollaron los Lenguajes Especiales de Computadora, también de alto nivel, que son muy similares a los lenguajes de programación de computadoras como el Basic y el C, para hacer cada vez más amigable la programación aumentando el aporte de los plc en ámbito industrial.

Esto es todo por hoy...

Por mi parte... me quedo tranquilo, pues te enseñe la mitad de las cosas que necesitas para seguir adelante con este gran tema.. PLC

Saludos Profe Dany