L07 Controlador Logico Programable

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
HMR/hmr.
INGENIERIA DE EJECUCIÓN EN MECANICA
PLAN 2001
GUIA DE LABORATORIO
ASIGNATURA
15065 AUTOMATIZACIÓN
NIVEL 07
EXPERIENCIA ATM-L07
“CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE”
HORARIO: JUEVES: 9-10-11-12
MARTES: 9-10-11-12
1
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
HMR/hmr.
TITULO:
1.
CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE
OBJETIVO GENERAL
Familiarizar al alumno con los controladores lógicos programables (PLC) y su
aplicación industrial en el control de equipos automatizados.
2.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
a)
Capacitar al alumno para identificar en el equipo del laboratorio los
elementos funcionales externos al controlador, vale decir: Conversores
energéticos, amplificadores de potencia y sistemas de medición existentes.
b)
Para una aplicación especificada, capacitar al alumno para identificar en la
instalación los flujos de señales y energéticos, esto es: Variables de control,
variables de actuación, variables de salida o controlables, variables
perturbadoras y variables de retroalimentación.
c)
Familiarizar al alumno con las filosofías de control y definir el algoritmo
adecuado a la aplicación especificada en el laboratorio.
d)
Familiarizar al alumno con el álgebra Booleana (lógica binaria) y el lenguaje
de programación de esquemas lógicos, de acuerdo al software de
programación a usar en el laboratorio.
e)
Capacitar al alumno para desarrollar el algoritmo de control e implementarlo
en el software de programación CAD Super Relay Logic, para luego simularlo
y depurarlo.
f)
Que el alumno pueda transferir el programa al controlador y evaluar la
calidad de su control, realizando cambios y ajustes si corresponde.
g)
Familiarizar al alumno con los diagramas de alambrado de equipos
automatizados y la documentación correspondiente.
2
3.
BREVE INTRODUCCIÓN TEÓRICA
3.1
Controlador Lógico Programable (PLC)
Un Controlador Lógico programable (PLC), es un equipo electrónico diseñado para
controlar en tiempo real y en ambiente de tipo industrial, procesos
secuenciales. Trabaja sobre la base de la información recibida por los captadores y
el programa lógico interno, actuando sobre los conversores energéticos de la
instalación
3.2
Campos de aplicación de los PLCs
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 control de procesos de
fabricación industrial de cualquier tipo, señalización, 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:
-
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 de los PLCs:
-
Maniobra de máquinas.
Maquinaria industrial de plástico.
Máquinas transfer.
Maquinaria de embalajes.
Etc.
3
3.3
Ventajas e inconvenientes del uso de los PLCs
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.
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:
-
3.4
hace falta un programador, lo que obliga a preparar a los técnicos en tal
sentido.
El coste inicial también puede ser un inconveniente.
Funciones de los PLCs
Funciones básicas:
-
-
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 preaccionadotes.
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.
4
Nuevas Funciones:
-
-
-
-
-
3.5
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 accionadotes.
Álgebra Booleana
Una puerta lógica, o compuerta lógica, es un dispositivo electrónico que es la
expresión física de un operador booleano en la lógica de conmutación. Cada
puerta lógica consiste en una red de dispositivos interruptores que cumple las
condiciones booleanas para el operador particular. Son esencialmente circuitos de
conmutación integrados en un chip.
Claude Elwood Shannon experimentaba con relés o interruptores
electromagnéticos para conseguir las condiciones de cada compuerta lógica, por
ejemplo, para la función booleana Y (AND) colocaba interruptores en circuito serie,
ya que con uno solo de éstos que tuviera la condición «abierto», la salida de la
compuerta Y sería = 0, mientras que para la implementación de una compuerta O
(OR), la conexión de los interruptores tiene una configuración en circuito paralelo.
La tecnología microelectrónica actual permite la elevada integración de transistores
actuando como conmutadores en redes lógicas dentro de un pequeño circuito
integrado. El chip de la CPU es una de las máximas expresiones de este avance
tecnológico.
5
3.5.1 Lógica directa
Puerta SI (IF)
Símbolo de la función lógica SI a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizado
La puerta lógica SI, realiza la función booleana igualdad. En la práctica se
suele utilizar como amplificador de corriente. La ecuación característica que
describe el comportamiento de la puerta SI es:
Tabla de verdad puerta SI
Puerta Y (AND)
Entrada A
Salida A
0
0
1
1
Símbolo de la función lógica Y a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizado
La puerta lógica Y, más conocida por su nombre en inglés AND, realiza la
función booleana de producto lógico. El producto lógico de las variables A y B se
indica como AB, y se lee A y B o simplemente A por B. La ecuación característica
que describe el comportamiento de la puerta AND es:
6
Tabla de verdad puerta AND
Entrada A Entrada B Salida AB
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
Puerta O (OR)
La puerta lógica O, más conocida por su nombre en inglés OR, realiza la
operación de suma lógica. Su símbolo es el sus símbolos en electrónica. La
ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta OR es:
Tabla de verdad puerta OR
Entrada A Entrada B Salida A + B
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
1
Puerta OR-exclusiva (XOR)
Símbolo de la función lógica O-exclusiva. a) Contactos, b) Normalizado y c) No
normalizado.
La puerta lógica O-exclusiva, más conocida por su nombre en inglés XOR,
realiza la función booleana A'B+AB'. Su símbolo es el más (+) inscrito en un círculo.
La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta XOR es:
7
Tabla de verdad puerta XOR
Entrada A Entrada B Salida A
0
0
0
0
1
1
1
0
1
1
1
0
B
3.5.2 Lógica negada
Puerta NO (NOT)
Símbolo de la función lógica NO a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizado
La puerta lógica NO (NOT en inglés) realiza la función booleana de inversión
o negación de una variable lógica. La ecuación característica que describe el
comportamiento de la puerta NOT es:
Tabla de verdad puerta NOT
Entrada A
Salida
0
1
1
0
Puerta NO-Y (NAND)
8
Símbolo de la función lógica NO-Y. a) Contactos, b) Normalizado y c) No
normalizado
La puerta lógica NO-Y, más conocida por su nombre en inglés NAND, realiza
la operación de producto lógico negado. La ecuación característica que describe el
comportamiento de la puerta NAND es:
Tabla de verdad puerta NAND
Entrada A Entrada B Salida
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
Puerta NO-O (NOR)
Símbolo de la función lógica NO-O. a) Contactos, b) Normalizado y c) No
normalizado
La puerta lógica NO-O, más conocida por su nombre en inglés NOR, realiza
la operación de suma lógica negada. La ecuación característica que describe el
comportamiento de la puerta NOR es:
Tabla de verdad puerta OR
Entrada A Entrada B Salida
0
0
1
9
0
1
0
1
0
0
1
1
0
Puerta equivalencia (XNOR)
Símbolo de la función lógica equivalencia. a) Contactos, b) Normalizado y c) No
normalizado
La puerta lógica equivalencia, más conocida por su nombre en inglés XNOR,
realiza la función booleana AB+A'B'. La ecuación característica que describe el
comportamiento de la puerta XNOR es:
Tabla de verdad puerta XNOR
Entrada A Entrada B Salida
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
1
10
3.6
SIMBOLOGÍA
Actualmente se usan dos tipos de símbolos, ambos definidos por el IEEE en
la norma ANSI.
El símbolo tradicional es el más usado al ser el más simple para dibujarlo a
mano, a la vez que es más visual.
El símbolo rectangular está basado en la IEC 60617-12. Esta simbología ha
sido ampliamente aceptada por grandes estándares.
Type
Símbolo tradicional Símbolo rectangular
AND
OR
NOT
NAND
NOR
XOR
XNOR
11
3.7
PLC MARCA SUPER RELAY
MODELO SPR-22MxAC DE 14 ENTRADAS Y 8 SALIDAS A RELAY
12
4.
DESCRIPCIÓN DEL METODO A SEGUIR
4.1.
Reconocer los componentes constitutivos del equipo del laboratorio a
controlar y las variables presentes en él, de acuerdo a la aplicación
especificada por el profesor.
4.2
Para una aplicación dada por el profesor, los alumnos desarrollan los
circuitos eléctricos de potencia y de señales requeridos en el equipo a
automatizar.
4.3
Asistidos por el profesor, los alumnos implementan el circuito de potencia,
para luego revisarlo, corregirlo, energizarlo y aisladamente probar cada
actuador.
4.4
Realizar el alambrado de las señales de entrada al PLC; esto es, las
variables medidas y las señales de entrada proveniente de la interfase
hombre-máquina.
13
4.5
Generar el programa de control del equipo, basado en el lenguaje de
programación de esquemas lógicos, simularlo en el software de
programación y modificarlo si corresponde.
4.6
Transferir el programa al PLC y con extremo cuidado, realizar pruebas de
funcionalidad y de control de cada actuador por separado. Haciendo las
pruebas y ajustes correspondientes.
4.7
Energizar
paulatinamente
cada
sector
del
equipo,
evaluando
permanentemente su respuesta, hasta tener todo el sistema controlado de
acuerdo a lo especificado.
5.-
VARIABLES A CONTROLAR
5.1. Tiempo de respuesta.
5.2. Errores de las variables a controlar.
5.3. Lógica de control de procesos
6.-
TEMAS DE INTERROGACIÓN
6.1. Filosofías de control
6.2. Filtros de control.
6.3. Control “todo/nada”.
6.4. Programación, basado en lógica Booleana.
6.5. Interpretación de diagramas de alambrado
7.-
EQUIPOS E INSTRUMENTOS A UTILIZAR
Los equipos e instrumentos empleados en este laboratorio son:
-
-
PLC marca Super Relay, modelo SPR-22MxAC de 14E y 8S
Computador con el software de programación SR-CAD SUPER RELAY
Tarjetas de prueba para circuitos electrónicos.
Componentes electrónicos, (diodos, fotodiodos, óptodiodos, diodos
zenner, resistencias, amplificadores operacionales, termoresistencias,
transistores, optotransistores, triac, etc).
Actuadores y conversores energéticos, (motobombas, cilindros
neumáticos, cintas transportadoras, electrotérmicos, etc).
Sensores, (de presencia, limitadores de curso, ópticos, encoders, de
temperatura, de presión, de velocidad, etc).
Fuentes de poder en: 5vCC, 12vCC, +-12Vcc y de voltaje regulable.
Transformador 220/24Vca.
Otros, (Botones on/off, selectores, botón de emergencia, luces piloto,
reles, contactores, fusibles, etc)
14
8.
LO QUE SE PIDE EN EL INFORME
8.1.
Las características técnicas de los elementos y subsistemas empleados en el
laboratorio.
8.2.
Especificar técnicamente la funcionalidad del equipo desarrollada en el
laboratorio.
8.3.
El diagrama de alambrado de las señales de entrada y de salida del PLC
8.4.
El esquema físico del equipo automatizado, indicando en él la ubicación de:
actuadores, sensores, cables, cajas de distribución y borneras.
8.5.
El esquema físico del gabinete de control y de la interfase hombre-máquina,
mostrando la posición relativa de los elementos y subsistemas constitutivos
de los mismos.
8.3.
El programa cargado en el PLC.
8.4.
Un análisis de los resultados, comentarios y conclusiones personales.
8.5.
La referencia bibliográfica.
8.6
El apéndice con:
a.1.
Alternativas comerciales de PLCs adecuados al requerimiento
especificado en el laboratorio.
a.2.
Desarrollo de los cálculos.
a.3.
Presentación de resultados.
a.4.
Gráficos.
9.-
BIBLIOGRAFÍA
9.1
Electrónica Digital, Principios y Aplicaciones; Malvino – Leach y otros; ed,
Mc-Graw-Hill
9.2
9.3
Apuntes de cátedra de la asignatura de Automatización (15065). Héctor
Muñoz R. DIMEC-USACH.
Catalogo del PLC y software de programación,
9.4
Guías e informes de los laboratorios anteriores.
15
Sitios web:
http://www.array.sh/sr-xztdE.htm (catálogo del software)
http://es.wikipedia.org/wiki/Puerta_l C3 B3gica
http://docencia.udea.edu.co/SistemasDiscretos/contenido/capitulo_04.html
http://www.mecanicainfo.com
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