Definición: PLC - Facultad de Ingeniería

16/06/2011
CONTROLES LOGICOS
PROGRAMABLES (PLC)
Cátedra: Control de Procesos
Facultad de Ingeniería
Universidad Nacional de Entre Ríos
Definición:
ƒ
ƒ
Aparato digital con memoria programable
para el almacenamiento de instrucciones.
Permitie la implementación de funciones
específicas
como:
lógica,
secuencias,
temporizado,
conteo
y
aritmética
(Autómatas).
El objetivo es controlar máquinas y procesos
PLC:
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Sistemas con PLC
Información del proceso
Sensores
Proceso a
controlar
Automatismo
Trabajo
Actuadores
Ordenes de acción
Aplicaciones
Aplicaciones
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Aplicaciones
Ventajas
•
Menor tiempo de elaboración de proyectos y
puesta en funcionamiento de plantas.
•
Mínimo espacio.
•
Desarrollado con componentes de estado sólido
(microprocesadores o microcontroladores) y
memorias programables.
•
Mantenimiento económico.
•
Estructuras modulares.
Ventajas
•
Posibilidad de gobernar varias máquinas
con el mismo autómata.
•
Bajo índice de fallas
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Vista Externa de un PLC
Arquitectura Interna
Arquitectura Interna
Señales desde
el campo
Módulo de entradas
Bus de Datos
Memoria
Unidad Central de Proceso
C.P.U.
Fuente de
Alimentación
Módulo de Salidas
Señales hacia
el campo
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Arquitectura Interna
Î
Î
C.P.U.: la unidad central de procesamiento es la
encargada de la ejecución del programa realizado
por el usuario. Relaciona las salidas en función del
estado de las entradas, de manera de lograr el
control de un determinado proceso
Entradas: el módulo de entradas es el vínculo del
PLC con los elementos distribuidos en el campo
(sensores, llaves, pulsadores, etc.), encargados de
recoger información sobre el estado actual del
proceso. Tipos: discretas, analógicas, especiales,
inteligentes.
Estructura Interna
Î
Salidas: este módulo es el encargado de establecer el
vínculo entre el PLC y los actuadores afectados al
proceso. EL mismo toma los resultados provenientes
de la CPU y los adapta a niveles eléctricos apropiados
para que puedan ser utilizados por los actuadores.
Tipos: discretas, analógicas, especiales, inteligentes.
Î
Memorias: es la encargada de almacenar el sistema
operativo, programas de aplicación, resultados
intermedios y finales procesados por la CPU, así como
también el estado de las entradas y salidas (tabla de
estado de E/S) en forma temporal o permanente.
Tipos: RAM, ROM, EPROM, EEPROM y FLASH.
MEMORIAS: Tipos y Aplicaciones
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Ciclo de Funcionamiento del PLC:
Consulta estado ENTRADAS
Ejecuta programa de aplicación
Atiende comunicaciones con
módulos inteligentes
Atiende comunicaciones con
puertos del CPU
Ejecuta Autodiagnóstico
Actualiza SALIDAS
Ejemplo:
Encendido y Apagado de una
lámpara a través del PLC
Clasificación de los PLC’s
Si deseamos establecer una clasificación de
PLC’s, podemos considerar distintos aspectos:
Por su Construcción
„ Integral o micro PLC.
„ Modular.
Por su Capacidad
„ Nivel 1: Control de variables discretas y pocas
analógicas, operaciones aritméticas y capacidad
de comunicación elementales.
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Clasificación de los PLC’s
Nivel 2: Control de variables discretas y
analógicas. Funciones como raíz cuadrada,
logaritmo, antilogaritmo, aritmética de doble
precisión y de punto flotante, funciones
trigonométricas, diferenciación e integración,
lazos PID. E/S inteligentes. Conexión en red. Gran
capacidad de manejo de datos analógicos y
discretos.
Por Cantidad de E/S
„ Micro PLC (hasta 64 E/S).
„ PLC pequeño (65 a 255 E/S).
„ PLC mediano (256 a 1023 E/S).
„ PLC grande (más de 1024 E/S).
„
Para elegir un PLC….considerar:
„
„
„
„
„
„
„
„
„
„
Tipo y velocidad del procesador
Cantidad y tipo de memoria
Tipos y cantidad de entradas y salidas
Modularidad de las entradas/salidas
Entradas Especiales
Temporizadores/contadores
Tipo de Interfaz de programación
Lenguaje de programación
Recursos de comunicaciones
Protección de propiedad intelectual y
seguridad
Medios de Programación
ƒUnidad
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.
ƒConsola de
programación: es un terminal a modo de
computadora portátil que proporciona una forma cómoda de
realizar el programa de usuario y observar parámetros internos
del PLC.
ƒPC:
es el modo más potente y empleado en la actualidad. La
comunicación se establece a través de uno de sus puertos series o
USB.
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Estándar IEC 1131-3
(Comisión Electrotécnica Internacional)
Estándar IEC 1131-3
Lenguajes de Programación
Lenguajes Gráficos:
-Diagrama de contactos (LD).
- Funciones de Diagramas de Bloques (FBD).
-Diagrama Funcional de Secuencias (SFC).
Lenguajes Literales:
- Lista de instrucciones (IL o LI).
- Texto estructurado (ST).
Lenguajes de Programación:
Diagrama de Contactos
ƒEl diagrama de contactos (ladder diagram o
LD) es un lenguaje que utiliza un juego
estandarizado de símbolos de programación.
ƒLos símbolos pueden ser:
•Contactos y Bobinas.
•Temporizadores (TIM)
•Contadores (CNT)
•Comparadores (CMP)
•Bloques de operaciones aritméticas
•Bloque de manejo de datos
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Diagrama de Contactos
Contactos y Bobinas
Tipo de Bobina
Visualización
Normalmente abierta
Inversa
Transición Positiva
Transición Negativa
Set
Reset
¿Corriente a la Resultado
bobina?
Si
Referencia ON
No
Referencia OFF
Si
Referencia OFF
No
Referencia ON
Ref. ON durante un
No → Si
barrido
Ref. OFF durante
Si → No
un barrido
Si
Ref. ON hasta que
se apague con “R”
No
Sigue igual
Si
Ref. OFF hasta que
se active con “S”
No
Sigue igual
Contactos y Bobinas
Son contactos normalmente
normalmente cerrados (NC)
%I1.2
abiertos
%I1.4
(NA)
o
%Q2.5
Flujo Imaginario de corriente
INICIO
SALIDA
9
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Contactos y Bobinas
Temporizadores
El temporizador es un elemento de
programa cuya función es acumular
tiempo cuando sus condiciones de
entrada cumplen con ciertos requisitos.
El valor de tiempo acumulado es
almacenado en un registro interno del
controlador
Temporizadores
10
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Temporizadores
%TM1
%I1.2
IN
TM
Q
Mode:TON
TB: 1mn
%Q2.5
%TM1
INICIO
SALIDA
EJEMPLO
Temporizadores
Temporizadores
11
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Contador creciente
„
„
„
Elemento de programa que cuenta eventos
cada vez que sus condiciones de entrada
cumplan ciertos requisitos.
El número de eventos contados es
almacenado en un registro interno del
controlador.
Una vez que el valor almacenado (eventos
contados) llegue a un valor determinado
(eventos de preset), las condiciones de
salidas del contador cambian, las cuales
pueden ser usadas por el usuario para
producir por ejemplo: alarmas, detener
máquinas, etc.
Contadores
Contadores
%I1.2
CU
CNT
F
%C1
%Q2.6
%C1
INICIO
SALIDA
EJEMPLO
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Contadores
Listado de Instrucciones (IL o LI)
ƒLa lista de instrucciones (IL o LI) es un lenguaje de
bajo nivel, similar al lenguaje ensamblador. Con IL solo
una operación es permitida por línea. Este lenguaje es
adecuado para pequeñas aplicaciones y para optimizar
partes de una aplicación.
Listado de Instrucciones (IL o LI)
13
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Ejemplo
%I1.2
%I1.3
%I1.4
%I1.1
%Q2.1
%I1.6 %Q2.2
%I1.5
%I1.7
%I1.8
%I1.9
%Q2.3
%I1.10
SALIDA
INICIO
LD %I1.2
OR %I1.1
OR %I1.5
AND %I1.3
AND %I1.4
OUT %Q2.1
LD %I1.7
OR %I1.10
AND %I1.8
AND %I1.9
OUT %Q2.3
Ejemplo (continuación...)
LD %I1.5
OR %I1.1
OR %I1.5
AND %I1.3
AND %I1.4
OUT %Q2.1
LD %I1.7
OR %I1.10
AND %I1.8
AND %I1.9
OUT %Q2.3
Lenguajes de Programación
Texto Estructurado
ƒ El texto estructurado (ST) es un lenguaje de
alto nivel que posee una sintaxis parecida al
PASCAL o al C++
ƒ C:= A AND NOT B
ƒ Se utiliza en aplicaciones
requieran muchas operaciones
complejas
que
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Lenguajes de Programación
ƒ El diagrama funcional de secuencias (SFC) es un
lenguaje
gráfico
que
proporciona
una
representación en forma de diagrama de flujo. Los
elementos básicos son pasos y transiciones.
ƒ El funciones de diagramas de bloque (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.
Lenguajes de Programación
Según IEC 1131-3
Para Profundizar en el tema…
Conexiones en RED y comunicaciones
industriales para uno o varios PLC
„ SCADA
„ Confiabilidad y seguridad de los
sistemas electrónicos de control con
PLC
„
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FIN
Las Entradas:
A las entradas se conectan sensores
(digitales/discretos o analógicos)
„ Pulsadores
„ Llaves
„ Termostatos
„ Presostatos
„ Límites de carrera
„ Sensores de Proximidad
„ Otros elementos que generan señales
binarias (ON-OFF)
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Entradas Digitales:
Î
Discretas: solo pueden tomar dos estados: “on/off”
Î
Los modulos pueden venir para 24VCC/ 24VCA
/TTL/110 VCA/220 VCA.
Î
Características Técnicas a tener en cuenta: número
de entradas, cantidad de comunes, rango de tensión
y corriente, tipo de alimentación, tensiones on/off,
corriente máxima, tiempo on-off y tiempo off-on,
impedancia de entrada.
Entradas Digitales:
Î
La estructura general de un módulo de Entradas es:
Rectificador
Acondicionador de
Señal
Indicador de
estado
Aislación
Lógica y
comunicación Bus
de datos principal
Entradas Analógicas
Î
Las señales analógicas son corrientes o tensiones
dentro de los rangos admitidos por el módulo.
Î
Pueden ingresar al módulo directamente del sistema
cuando son eléctricas o caso contrario de utiliza
transductor (Ej: presion-->tensión).
Î
Los modulos pueden venir para rangos de 4-20 mA,
0-10V, -5/5 V, 1-5V.
Î
Características Técnicas a tener en cuenta: cantidad
de bits del conversor A/D, cantidad de canales (de 2
a 16), rango de tensión y corriente de entradas,
impedancia de entrada y tiempo de conversión.
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Entradas Analógicas:
Î
La estructura general de un módulo de Entradas es:
Señales desde el
sistema externo
Protección y
Filtro
Multiplexor
Conversor A/D
Aislación
Señales al Bus
del PLC
Buffer
Las Salidas
Interfases o adaptadores de Salida que
comandan dispositivos de campo.
Pueden
ser
analógicas
o
digitales/discretas
Las salidas comandan distintos
equipos, por ejemplo:
„ Lámparas.
„ Sirenas y Bocinas.
„ Contactores de mando de Motores.
„ Válvulas Solenoide.
„ Otros elementos comandados por
señales binarias.
Salidas Digitales:
Î
Tipos: por Transistor o Relé:
Salida a
Transistor
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Salidas Digitales:
Salida a
Relé
Salidas Digitales:
Î Es
importante considerar los tiempo de
conexión desconexión de los dispositivos de
salida (circuito de conexión).
Î Características
Técnicas a tener en cuenta: tipo
de salida (Ej colector abierto NPN, etc.),
número de salidas, cantidad de comunes,
rango de tensión - corriente de salida, tipo de
alimentación, corriente máxima resistiva por
común, tiempo on-off y tiempo off-on.
Salidas Digitales:
Î
La estructura general de un módulo de Salidas es:
Desde el Bus de
Datos PLC
Aislación
Indicador de
estado
Hacia el sistema
(lámparas,
solenoides, etc.)
Circuito de
conexión (Relé,
transistor, etc.)
Protección
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Salidas Analógicas
Î
Las señales analógicas de salida son corrientes o
tensiones dentro de los rangos admitidos por el
módulo.
Î
Los modulos pueden venir para rangos de 0-20 mA,
0-10V.
Î
Características Técnicas a tener en cuenta: cantidad
de bits del conversor D/A, cantidad de canales ,
rango de tensión y corriente de salidas, tiempo de
conversión.
Salidas Analógicas:
Î
La estructura general de un módulo de Salida es:
Señales desde el
PLC
Buffer
Aislación
Multiplexado
Conversor D/A
Señales al
Sistema
Protección
Entradas / Salidas Especiales
„
Dentro del sistema de E/S de un PLC se
pueden instalar módulos dedicados a
tareas especiales que no pueden ser
resueltas eficientemente por la CPU.
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Entradas / Salidas Especiales
• Entradas de termocuplas: incluye un
microprocesador para linealización de la
señal de entrada, y una junta fría para
compensación.
• Entradas de RTD: Incluye un
microprocesador para linealización de la
entrada.
Entradas / Salidas Especiales
• Entrada de pulsos de alta velocidad:
El tiempo que le insume a la CPU resolver
el programa del usuario hace que ésta no
pueda leer pulsos de alta velocidad. Estos
módulos poseen un procesador dedicado
a esta función y pueden dar señales al
campo y a la CPU al alcanzar valores
prefijados.
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.
„
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Módulos Inteligentes
„
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.
Módulos Inteligentes
Algunos de estos módulos inteligentes son:
„ Módulo BASIC: Programable en lenguaje
BASIC, posee uno o varios puertos de
comunicación RS-232 ó RS-422.
„ 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
puerto RS-232 ó RS.422 que el módulo posee.
Módulos Inteligentes
„
„
Módulo ASCII: Almacenan mensajes que
pueden emitirse a través de sus puertos de
comunicaciones por orden del programa de la
CPU principal.
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.
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Módulos Inteligentes
„
„
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 disco RAM que emulan un
disco rígido utilizando memoria RAM).
Módulos de comunicación: Son módulos
inteligentes especialmente dedicados a tareas
de comunicación.
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