PLC's

PLC's

1. Que son

   • El Programmable Logic Controller (PLC), es una computadora  que se utiliza en la ingeniería automática o automatización industrial, y que  sirve para poder automatizar los procesos electromecánicos, como lo son el  control de la  maquinaria  de las fábricas en la línea de montaje o en las atracciones mecánicas, según la NEMA, (Asociación Nacional de Fabricantes) un PLC es “Instrumento electrónico, que utiliza memoria programable para guardar instrucciones sobre la implementación de determinadas funciones, como operaciones lógicas, secuencias de acciones, especificaciones temporales, contadores y cálculos para el control mediante módulos de E/S analógicos o digitales sobre diferentes  tipos de máquinas y de procesos”
   • Ventajas
     •  • Control más preciso.   • Mayor rapidez de respuesta. • Flexibilidad Control de procesos • Seguridad en el proceso.   • Mejor monitoreo del funcionamiento.   • Menor mantenimiento.   • Detección rápida de averías  • Posibilidad de modificaciones sin elevar costos. • Menor costo de instalación, operación y mantenimiento. • Posibilidad de gobernar varios actuadores con el mismo autómata. 
   • Desventajas
     • • Mano de obra especializada. • Centraliza el proceso.  • Condiciones ambientales apropiadas.  • Mayor costo para controlar tareas muy pequeñas o  sencillas.  
   • Conexiones
     • Unidireccional
       • Este tipo de conexiones se usan en los equipos periféricos, y es entrada o salida, por lo que sólo será necesario enviar datos en una sola dirección, por lo que solo se requerirá una línea para completar el enlace.
     • Bidireccional
       •  Los dispositivos de entrada y salida requieren este tipo de conexión para poder  comunicarse   
       • Half Duplex
         • Una sola línea de comunicación se comparte. Los datos se pueden enviar en ambas direcciones, pero sólo en una dirección por vez   
       • Full Duplex
         • Cuando es necesaria la comunicación bidireccional simultánea se utilizan dos líneas de comunicación o full dúplex. Una línea se asigna  permanentemente como salida y la otra se asignara como entrada.   

2. Tipos de señales Utilizadas

   • Binarias
     • Señal de un bit con dos  valores posibles (“0” – nivel bajo, falso o “1” – nivel alto, verdadero), que se codifican por medio de  un botón o un interruptor. Una activación,  normalmente abre el contacto correspondiendo con el valor lógico “1”, y una no-activación con el nivel lógico “0”. Los límites de tolerancia se definen con interruptores sin contacto. 
     • 0 bajo falso
     • 1 alto verdadero
     • IEC 61131
       • Define según su rango de voltaje
       • -3 a +5 v
       • 11 a 30 v
       • 0 a 40 v
       • 164 a 253 v
       • sensores sin contacto a 24 V DC
       • 240 V AC
   • Digitales
     • secuencia de señales binarias, consideradas como una sola. Cada posición de la señal digital se denomina un bit
     • Tetrad 4 bits
     • byte 8 bits
     • word 16 bits
     • double word 32 bits
     • double long word 64 bits
   • Analógicas
     • Poseen valores continuos, es decir, consisten en un número infinito de valores (ej. en el rango de 0 – 10 V). Actualmente no son procesadas las señales análogas reales, esta deben convertirse en señales digitales y viceversa 

3. Arquitectura

   • Externa
     • La clasificación se realiza de  acuerdo a la estructura del PLC, esta estructura dependerá de la potencia del PLC y de la flexibilidad de las aplicaciones que cada fabricante le de a su producto.
     • Estructura Compacta
       • PLC de estructura compacta, esta se encuentra en un solo bloque, todos los elementos que la conforman, la forma de su programación, normalmente se realiza por una consola de programación o a través  de una computadora por medio de conexiones directamente al PLC, se usan normalmente para controlar pequeños autómatas de gama baja, ya que poseen muy pocas entradas y salidas. 
     • Estructura Seminidular
       • PLC de estructura semimodular son de gama media, se caracterizan porque en un solo bloque se encuentra la CPU, la  memoria para el programa y la fuente de alimentación, mientras que los módulos de entrada y salida se encuentran en unidades separadas, los primeros se caracterizan por tener una marca de color azul, mientras que los segundos la salida será de color rojo.   
     • Estructura modular
       • PLC de estructura modular estos son de  gama alta, la estructura de estos es como su nombre lo menciona, cada uno de  los diferentes  elementos viene por módulos, cada uno de estos se sujeta por medio  de carriles DIN, a este tipo de estructura se le pueden adicionar una cantidad mayor de módulos de entrada y salida, y al igual que en la estructura  semimodular, los módulos de entrada llevaran una marca de color azul, y los de  salida será en color rojo. 
       • Modulos más importantes
         • Cada módulo de PLC module tiene su propia interfaz-HIM básica,  utilizada para la visualización de los errores y las condiciones de  comunicación, la batería, entradas/salidas, operación de los PLC, etc. Pequeños displays con cristal líquido (LCD) o diodos emisores de luz  (LED) se utilizan para la interfaz-HMI. 
         • Modulo de Interfaz (IM)
           • conecta diferentes casetes individuales con un único PLC
         • Módulo funcional (FM)
           • procesamiento complejo en tiempo-crítico de  procesos independientes de la CPU, por ejemplo, conteo rápido;
         • Regulador PID
         • Procesador de la comunicación (CP)
         • Interfaz hombre-máquina (HMI)
           •  ej. panel de operaciones
         • Entradas/salidas
         • Módulos de señal de alta-velocidad
       • Estructura Americana
         • En esta  los módulos de entrada/salida se separan del resto del PLC
       • Estructura Europea
         • Cada módulo realiza una función específica; es decir, un módulo es el CPU, otro la  fuente de alimentación, etc
   • Interna
     • Programador
       •  Pc o consolas de programación   
     • CPU
     • Circuitos de entrada
       • Adapta y codifica las señales procedentes de los dispositivos de entrada o captadores: pulsadores, finales de carrera, sensores, etc.   Protege los circuitos internos del autómata, proporcionando una separación eléctrica entre éstos y los captadores. 
       • • Módulos de entradas discretas
       • • Módulos de entrada analógica
       • Entrada digital optoacoplada
         •  (protección contra sobrevoltajes / sobreintensidades) El sensor (todo/nada) actúa como un ruptor, aplicando voltaje a la entrada física del autómata. Típicamente 24 o 48 Vcc. Es posible también tener entradas en alterna. En este caso, el voltaje alterno se rectifica mediante un puente de diodos   
     • Circuitos de salida
       • Decodifica las señales procedentes de la CPU, las amplifica  y las envía a los dispositivos de salida o actuadores, como lámparas, relés, contactores, arrancadores, electroválvulas, etc
       • • Módulos de salida discretas
       • • Módulos de salida analógica
       • Interfaz de salida por relé optoacopladas
         • La principal ventaja de tener las salidas por relé es la capacidad de manejar cargas en alterna y continua de forma muy sencilla.   
     • Modulo de memorias
       • Memoria del programa de usuario
         • En esta se introduce el programa que se ejecutara
       • Memoria del sistema
         • En esta se encuentra el programa  en código máquina el cual monitorea el sistema  (programa del sistema o  firmware). Este se ejecuta directamente por el  microprocesador/microcontrolador que posea el PLC.
       • Memoria de almacenamiento
         •  Esta es la memoria externa que emplearemos para almacenar el programa de usuario y en ciertos casos parte de  la memoria de la tabla de datos, suelen ser EPROM, EEPROM o FLASH.
       • Memoria de la tabla de datos
         •  Se suele dividir en zonas según el tipo de datos (marcas de memoria, temporizadores, contadores  etc.)   
       • Tipos
         • ROM
           • Memorias de solo lectura, no son reprogramables. Son grabadas pos el fabricante, no se pierden los daros al desconectar la alimentación
         • RAM
           • Memoria de lectura/escritura. Su información desaparece al faltar la alimentación 
           • Para el programa de Usuario
           • Para Datos
         • EPROM
           • Memoria de solo lectura, reprogramables, con borrado por ultravioleta.
         • NVRAM
           • Memorias de lectura/escritura de acceso aleatorio no volátil (batería).
         • EEPROM
           • Memorias de sólo lectura, reprogramables, alterables por medios eléctricos. tienen un número máximo de ciclos de borrado/grabado.
     • Fuente de poder
       • A partir de una tensión exterior proporciona las tensiones  necesarias para el funcionamiento de los distintos circuitos electrónicos del PLC. + 5 V para alimentar a todas las tarjetas + 5.2 V para alimentar al programador  + 24 V para los canales de lazo de corriente 20 mA. Batería, condensador de alta potencia: para mantener el  programa y algunos datos en la memoria si hubiera un corte de la tensión exterior.   
     • Interfaces de Comunicación
       • Sensores
       • Actuadores

4. Clasificación de entradas y salidas

   • Por el tipo de señales
     • Digitales de 1 bit Digitales de varios bit Analógicas
   • Por la tensión de alimentación
     • De corriente continua (estáticas de 24/110 Vcc) De CD a colector abierto (PNP o NPN) De CA (60/110/220 Vca) Salidas por relevador (libres de tensión)   
   • Por el aislamiento
     • Con separación Galvánica (optoacopladores) Con acoplamiento directo   
   • Por la forma de comunicación con la unidad central
     • Comunicación serie Comunicación paralelo   
   • Por la ubicación
     • Locales Remotos

5. Lenguajes de Programación

   • Lenguajes gráficos
     • Características comunes    Los elementos del lenguaje gráfico se  representan mediante caracteres ISO/CEI 646 o elementos gráficos o semigráficos. Una red es un conjunto de elementos gráficos  interconectados, que debe ser identificada (un número, p.e.).  Reglas de evaluación de redes. Vías de  realimentación. Posibilidad de saltos y retornos (condicionales e incondicionales).
     • Diagrama de escalera Ladder Diagram (LD)
       • Características   Barras de alimentación. Elementos de enlace y estados: flujo de energía. Contactos, bobinas y bloques funcionales Orden de evaluación de las redes.  
     • Diagrama de Bloques Funcionales Function Block Diagram, (FBD)
       • Características  La representación es coherente con la Norma CEI 617-12. Las salidas de los bloques funcionales no se conectarán entre sí (se precisa bloque “OR”). La evaluación de una red estará terminada antes de la siguiente.
   • Lenguajes Literales
     • Lista de instrucciones Instruction List,(IL)
       • Instrucciones
       • Operadores
         •  LD, ST, S, R, AND, OR, XOR, ADD, SUB, MUL, DIV, GT, GE, EQ, NE, LE, LT, JMP, CAL, RET-   
       • Funciones y bloques funcionales
         • Se coloca el nombre en el campo del operando y los parámetros, si los lleva, en entre paréntesis. Se emplea la operación CAL
     • Texto estructurado Structured Text, (ST)
       • Similar al pascal
         • Alto nivel, estructurado en bloques.  
       • Expresiones
         • Es una construcción sintáctica que al ser evaluada proporciona un valor. Está compuesta por operadores y operandos
       • La evaluación
         • se efectúa según una tabla de prioridades.   
       • Sentencias
         • De asignación (:=), De control del flujo del programa: llamada a bloque funcional, RETURN De selección: IF, CASE De iteración: FOR, WHILE, REPEAT, EXIT   

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