SUBSECRETARIA DE EDUCACIÓN MEDIA SUPERIORDIRECCIÓN GENERAL DE EDUCACIÓN TECNOLOGICA

INDUSTRIAL

C.E.T.i.s No 15

CURSO TALLER

CONTROL LOGICO CON PLC

INSTRUCCTOR: ING BRAULIO DANIEL ZAVALA YAÑEZ.

FEBRERO DE 2009

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OBJETIVO GENERAL DEL CURSO

PROPORCIONAR LOS CONOCIMIENTOS TEÓRICOS Y PRÁCTICOS NECESARIOS, PARA OPERAR EL PLC, ASÍ MISMO, REALIZAR SU PROGRAMACIÓN, MEDIANTE EL TEACHING BOX , ASÍ COMO A

TRAVÉS DE LA PC

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PLANEACIÓN DE ACTIVIDADES, TRATAMIENTO CONCEPTUAL Y METODOLÓGICO.

1. PRESENTACIÓN DE PARTICIPANTES E INSTRUCTOR.

2. EXAMEN DIAGNÓSTICO Y ESPECTATIVAS.

3. ESTUDIO DEL ARTE DE LA AUTOMATIZACIÓN (PRESENTACIÓN EN POWER POINT)

4. ANTECEDENTES HISTÓRICOS E IDENTIFICACIÓN DE COMPONENTES DE UN PLC.

5. SISTEMA BINARIO Y COMPUERTAS LÓGICAS.

6. DIAGRAMA DE FLUJO.

7. DIAGRAMA DE ESCALERA.

8. DEL PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA, AL DIAGRAMA DE FLUJO.

9. EMPLEO DEL DIAGRAMA DE FLUJO, PARA ELABORAR EL DIAGRAMA DE ESCALERA.

10. SOLUCIÓN DE EJERCICIOS CON APOYO DEL DIAGRAMA DE FLUJO Y DIAGRAMA DE ESCALERA

11. CAPTURA DEL PROGRAMA CON EL TEACHING BOX (CAJA DE ENSEÑANZA).

12. USO DEL SOFTWARE “CX PROGRAMMER” PARA LA CAPTURA DEL PROGRAMA.

13. EJERCICIOS DE PRÁCTICA.

14. OTROS EJERCICIOS PROPUESTOS.

15. ANEXO 1 CURSO DE PROGRAMACIÓN PARA EL P.L.C. “ CPM1-A”

16. ANEXO 2 CONSOLA DE PROGRAMACION.

17. ANEXO 3 ESQUEMA DE CONEXIONES DEL P.L.C, “C.P.M.1- A”

18. ANEXO 4 TABLERO DE LA CONSOLA DE PROGRAMACIÓN.

19. ANEXO 5 LOGICA DE CONTACTOS.

20. ANEXO 6 LOGICA DE RELAYS

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2.1 Historia del programador lógico programable (PLC)

EL PLC (Control Lógico Programable) apareció con el propósito de eliminar el enorme costo que significaba el reemplazo de un sistema de control basado en relés (relays) a finales de los años sesentas.

La empresa Bedford Associates (Bedford, MA) propuso un sistema al que llamó Modular Digital Controller o MODICON a una empresa fabricante de autos en los Estados Unidos. El MODICON 084 fue el primer PLC producido comercialmente.

Con este Sistema cuando la producción necesitaba variarse, entonces se variaba el sistema y ya.

En el sistema basado en relés, estos tenían un tiempo de vida limitado y se necesitaba un sistema de mantenimiento muy estricto. El alambrado de muchos relés en un sistema muy grande era muy complicado, si había una falla, la detección del error era muy tediosa y lenta.

Este nuevo controlador (el PLC) tenía que ser fácilmente programable, su vida útil tenía que ser larga y ser resistente a ambientes difíciles. Esto se logró con técnicas de programación conocidas y reemplazando los relés por elementos de estado sólido. El estado sólido de los elementos, representa una gran ventaja, en comparación con los contactores mecánicos, ya que en ellos, la apertura y cierre, no produce el arco eléctrico tradicional; su funcionamiento en cambio se lleva a cabo mediante un haz de luz.

A mediados de los años setentas, la AMD 2901 y 2903 eran muy populares entre los PLC MODICON. Por esos tiempos los microprocesadores no eran tan rápidos y sólo podían compararse a PLCs pequeños. Con el avance en el desarrollo de los microprocesadores (más veloces), cada vez PLCs más grandes se basan en ellos.

La habilidad de comunicación entre ellos apareció aproximadamente en el año 1973. El primer sistema que lo hacía fue el Modbus de Modicon. Los PLC podían incluso estar alejados de la maquinaria que controlaban, pero la falta de estandarización debido al constante cambio en la tecnología hizo que esta comunicación se tornara difícil.

En los años ochentas se intentó estandarizar la comunicación entre PLCs con el protocolo de de automatización de manufactura de la General Motors (MAP). En esos tiempos el tamaño del PLC se redujo, su programación se realizaba mediante computadoras personales (PC) en vez de terminales dedicadas sólo a ese propósito.

En los años noventas se introdujeron nuevos protocolos y se mejoraron algunos anteriores. El último estándar (IEC 1131-3) ha intentado combinar los lenguajes de programación de los PLCs en un solo estándar internacional. Ahora se tiene PLCs que se programan en función de diagrama de bloques, listas de instrucciones, lenguaje C, etc. al mismo tiempo. También se ha dado el caso en que

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computadoras personales (PC) han reemplazado a PLCs. La compañía original que diseño el primer PLC (MODICON) ahora crea sistemas de control basados en PC.

¿Qué es un PLC?

Según la NECA (Asociación Japonesa de Controladores Eléctricos):

“Equipo electrónico que controla todo tipo de dispositivos a través de la sección de entrada/salida, emplea una memoria para almacenar los comandos programados”.

¿Qué hace un PLC?

Recibe señales binarias en su módulo de entradas, las procesa y entrega señales en su módulo de salidas de acuerdo a un programa.

¿Cuales son las ventajas de usar un PLC?

Sustituyen en gran medida la utilización de relevadores electromagnéticos, temporizadores y contadores.

Pueden sufrir modificaciones según necesidades, más rápido, y a un bajo costo.

Disminuye su mantenimiento. Utiliza menos especio, y los tableros de control son más compactos. Mayor confiabilidad de control. Menor costo a largo plazo.

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¿Cuál es la estructura general de un PLC?

Relación de un PLC con equipos auxiliares

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MODULO DE ENTRADAS

Unidad central procesadora de datos (CPU)

MÓDULO DE SALIDAS

B0T0N PULSADOR

SENSOR DE PROXIMIDAD

INTERRUPTOR DE LIMITE

FUENTE DE ALIMENTACION

INTERFACE

DE

ENTRADAS

INTERFACE

DE

SALIDAS FUENTE DE

ALIMENTACION

LAMPARA

ELECTROVALVULA

CONTACTOR

MEMORIA

MICROPROCESADORR

PROGRAMADOR

Figura 1 Estructura general de un PLC

Figura 2 Relación de un PLC con equipos auxiliares

CPU (Unidad Central de Proceso)

Está formada por la memoria y el o los procesadores. Los datos que procesa el CPU son señales binarias y una parte muy importante del propio CPU, es la memoria de recordadores o relevadores internos.

El procesador tiene como tarea principal ejecutar el programa de aplicación, escrito por el usuario. También administra las tareas de comunicación y ejecuta los programas de autodiagnóstico.

El programador se utiliza para introducir, editar y traducir los programas al código PLC; existen dos equipos para programar, los cuales son:

La consola de programación, o bien la caja de enseñanza. La PC, con ayuda de un software. En este caso, es el programa CX -

Programmer.

Los programas se pueden realizar por:

Diagrama de contactos (KOP)

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

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Figura 3 Ejemplo de un diagrama de contactos

Listado de instrucciones (AWL)

En algunos PLC, es la única forma de programarlos, consiste en elaborar una lista de instrucciones o mnemónicos que se asocian a los símbolos, y direcciones de memoria, esta combinación, genera el programa ó código.

Módulo de entradas

Se debe tomar en consideración, los parámetros especificados por el fabricante, por ejemplo:

El PLC CQM1 – ID212, admite 24 volts + 10 % / - 15 % a 6 miliAmperes.

El PLC CQM1 - ID211, admite 12 a 24 volts + 10 % / - 15 % a 10 miliAmperes.

Las entradas son optoacopladas, esto es, son componentes de estado sólido, lo que significa, que los cierres y las aperturas de sus contactores, se realizan, mediante un haz de luz, y no movimiento mecánico; reduciendo con ello, el arco eléctrico.

0019 LD 100000 PH1 PHOTO SW (PH1)0020 OUT TR00021 AND 100001 PR1 PROX SW (PR1)0022 OUT TR10023 AND 100002 LOOSE CLAMP LOOSE0024 LD TR10025 AND 100003 BROKEN BIT BROKEN0026 LD TR00027 AND 100006 PB6 (PB6)0028 OUT TR00029 AND 100007 LS7 (LS7)0030 OR LD0031 AND 100004 START START (PB3)0032 OR LD0033 AND 100005 STOP STOP (PB7)

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Tabla 1 Listado de instrucciones AWL

Módulo de salidas

Existen diferentes tipos de salidas: a relevador, a transistor, etc, con sus valores de voltaje y corrientes máximos establecidos, es importante identificar las características del módulo de salidas a utilizar.

Las salidas a relevador son más efectivas, ya que se pueden manejar voltajes de CA ó de CD, en forma indistinta.

Clasificación de los PLC.

Los PLC se pueden clasificar por:

Su construcción (modular e integral) Por la cantidad de entradas y salidas (I/O)

o Micro de hasta 64 I/Oo Pequeño de 65 a 255 I/Oo Mediano de 256 a 1023 I/Oo Grande de 1024 a más I/O

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Figura 4 Vista de planta de un PLC

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Figura 5 Esquema de entradas y salidas de un PLC

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Figura 6 Diagrama de entradas (interruptores)

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Figura 7 Elementos que fungen como entradas

Figura 8 Conexiones internas y circuito exterior de un PLC

¿Dónde se utilizan los PLC?

Los PLC se utilizan donde es necesario un proceso de control automático, en procesos de fabricación industriales de cualquier tipo, transformaciones industriales, control de instalaciones, etc.

Ejemplos de aplicación:

En el hogar (actualmente existe una disciplina llamada domótica, encargada de controlar la “casa inteligente”

En la industria. En maquinaria. Redes de comunicación. Sistemas de supervisión. Control de procesos continuos. Entradas – salidas distribuidas.

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Figura 9 Hardware del PLC

INTRODUCCIÓN A LOS NÚMEROS BINARIOS.

El sistema de numeración binario, como su nombre lo indica, solo tiene dos dígitos:

Cero 0, ó uno 1, por lo que comparado con nuestro sistema de numeración decimal, el cual contiene 10 dígitos, se observa en el papal, mucho más fácil, observemos esto:

Sistema binario dígitos: 0, 1

Sistema decimal dígitos: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,

Una pequeña pista para iniciar:

Decimal Binario 0 0 1 1

2 ? 3 ?

Terminaremos este pequeño conteo, hasta el número 15, y saquemos nuestras conclusiones.

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METÓDOS DE CONVERSIÓN DE DECIMAL A BINARIO

1. DIVISIONES REPETIDAS.

Convierta el decimal 41 a binario.

Desarrollo:

Ahora trate de convertir el decimal 68 459 a binario, con la técnica antes vista.

Complejo…….verdad?

Pues bien aquí emplearemos nuestro segundo método de conversión:

El participante concluirá la técnica, determinando, si la colocación de los residuos, según van apareciendo, es:1.- de derecha a izquierda: 1 0 1 0 0 12.- de izquierda a derecha: 1 0 0 1 0 1

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41 / 2 = 20 + 1

20 / 2 = 10 + 0

10 / 2 = 5 + 0

5 / 2 = 2 + 1

2 / 2 = 1 + 0

1 / 2 = 0 + 1

2.- MÉTODO DE LAS POTENCIAS DE DOS (2)

212 211 210 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20

4096 2048 1024 512 256 128 64 32 16 8 4 2 0|

1 1 0

Tomemos como ejemplo el decimal 1567.

Concepto de ausencia y presencia, (juega, no juega)Desarrollo:

1.- La potencia mas cercana sin pasarse del número propuesto, es 210 , la cual es equivalente al número 1024, como es menor al número propuesto, entonces se considerará, dentro del número binario a formar, es decir, se considerará como presencia, y tendrá un valor de 1

2.- la siguiente potencia, es 29 , la cual es equivalente al número 512, sumaremos estos números (1024 más 512) para compararlo, con el número propuesto.1024 + 512 = 1536, como el número resultante, es aun menor que el propuesto, esto significa, que esta potencia también se considerará, en el número binario a formar, es decir; se considerará como presencia y tendrá un valor de 1.

3.- la siguiente potencia es 28 , la cual es equivalente al número 256, sumaremos este, a la suma anterior, para compararlo con el número propuesto.1536 + 256 = 1792, como el número resultante, es mayor que el número propuesto, no se se considerará como parte componente del número binario a formar; es decir se considerará como ausencia, teniendo entonces un valor de 0.

4.- se continúa en la misma forma, hasta completar exactamente el número propuesto, el número binario final, será el formado, en la tercera fila de la tabla de potencias de dos.

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COMPUERTA LÓGICA

Es un dispositivo electrónico que es la expresión física de un operador booleano en la lógica de conmutación. Cada compuerta lógica consiste en una red de dispositivos interruptores que cumple las condiciones booleanas para el operador particular.

Compuertas lógicas mas empleadas en los diagramas de escalera:

1.- AND. Representado por un interruptor conectado en serie.

2.- OR. Representado por un interruptor conectado en paralelo.

3.- NOT. Representa, la negación del valor de entrada.

4.- AND NOT. Representa un interruptor conectado en serie, y además negado.

TABLA DE VERDAD.

Es la forma en que se comportan en una compuerta lógica, la salida de la misma, dependiendo de los estados que presenten las entradas.

AND A B C 0 0 0 0 1 0

1 0 0

1 1 1

El participante dibujara, el esquema de interruptores, correspondientes, a cada compuerta, y elaborará la oración que identifica a cada una de ellas.

OR A B C 0 0 0 0 1 1 1 0 1

1 1 1

NOT X Y 0 1

1 0

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DIAGRAMA DE FLUJO.Es la representación gráfica, de la solución de un problema, o de un procedimiento.

DIAGRAMA DE ESCALERA. Es una representación gráfica, del control para motores eléctricos, donde solo se observan los símbolos que representan a los elementos destinados para el control del propio motor.

EJEMPLO DE APLICACIÓN:

Tomaremos como punto de partida, el control manual del arranque y paro de un motor monofásico, de 120 volts a 60 Hz.

Teniendo ya el dato anterior como premisa, procedemos entonces al análisis de los requerimientos, para poder implementar, lo que se pide.

Primeramente, la instrucción comprende el arranque y el paro, de un motor monofásico; por consecuencia, los elementos que vamos a emplear, serán los siguientes:

Un botón de paro, de accionamiento momentáneo. Un botón de arranque, de accionamiento momentáneo.

Un juego de contactores principales, con bobina de retención, así también con un juego de contactos auxiliares (para lograr el enclavamiento del botón de arranque.

Un motor monofásico 120 volts 60 Hz.

Realizaremos un bosquejo, correspondiente al diagrama, de fuerza y de control, (gráfico, no correspondiente al PLC, para una mejor comprensión del problema) de la instrucción mencionada.

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Funcionamiento del montaje.

Al accionar el botón de arranque, la energía fluye, energizando a la bobina. Esta hace cerrar los contactos principales, energizando con ello al motor, el motor inicia su rotación. Después de pulsar el botón de arranque, éste se puede soltar, ya que la bobina a “enclavado” (asegurado) el paso de la energía, a través del contacto auxiliar, el cual pasa de un estado normalmente abierto (NA), a un estado normalmente cerrado (NC), por la acción de la propia bobina. Si se desea detener el giro del motor, bastará con accionar el botón de paro, ya que como se observa con claridad, al accionar éste, la corriente deja de llegar a la bobina, desenergizando con ello al motor, y abriendo el contacto auxiliar de retención o enclavamiento.

Se observa con claridad, que en la gráfica existen dos secciones bien delimitadas: la sección de control (en la que se incluyen los botones de paro y arranque, así como el contacto auxiliar o de enclavamiento), y la sección de fuerza (la cual incluye, los contactos principales, que se encargan de alimentar al motor,

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Figura 10 Diagrama esquemático para el control del arranque y paro de un motor monofásico

una vez que cierran éstos). La gráfica anterior es de suma importancia, ya que a partir de ella, se cimentarán los conceptos vertidos en los puntos siguientes.

PASANDO DEL ANÁLISIS AL DIAGRAMA DE FLUJO.

Después de realizar el análisis correspondiente, de los elementos necesarios para implementar la instrucción, nos enfocaremos ahora, en la implementación del diagrama de flujo. Recordemos, que el diagrama de flujo, representa una valiosa herramienta de trabajo, la cual nos permite programar las instrucciones necesarias, en forma simple, de manera tal que pueda ser sencillo su comprensión, así como la realización de adecuaciones futuras del propio diagrama de flujo.

A continuación, mostraremos el diagrama de flujo correspondiente a la instrucción necesaria, para llevar a cabo el control manual del arranque y paro de un motor monofásico. Posteriormente, se dará una explicación referente al mismo, haciendo énfasis en los puntos básicos del propio diagrama de flujo.

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Figura 11 Diagrama de flujo, para el control del arranque y paro de un motor monofásico.

EXPLICACIÓN DEL DIAGRAMA DE FLUJO.

Recordemos una vez más la instrucción que se trata de implementar: “control manual del arranque y paro de un motor monofásico”.

1.- El diagrama parte de la instrucción: “inicio”, esto da comienzo al desarrollo del diagrama.

2.- En esta instrucción, se pregunta si el botón de arranque (PB1), se ha activado (PB1=1?). Activado corresponde a uno, desactivado corresponde a cero. Si aún no se ha activado, entonces PB1=0, por lo tanto, el flujo regresa nuevamente a la instrucción anterior, a través de la salida correspondiente a la respuesta no.

3.- Si la respuesta en la pregunta establecida en el punto dos, es si, entonces, el flujo continua a la siguiente instrucción.

4.- M=1 corresponde a motor activado, M=0 corresponde al motor desactivado.

5.- estando el motor activado (girando), se realiza la pregunta PB2=1?, correspondiendo ésta, al accionamiento del botón de paro. Si la respuesta es no, entonces el flujo tomará el camino correspondiente a esta salida, regresando el flujo, a la instrucción anterior, es decir; el motor continuará girando. Si la respuesta en esta pregunta es sí, entonces, el flujo pasará a la siguiente instrucción.

6.- M=0 corresponde a la instrucción motor desactivado, como ya se ha activado PB2 (botón de paro), entonces el motor se desactiva (detiene)

7.- El diagrama termina con la instrucción “fin”.

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INTERPRETANDO EL DIAGRAMA DE FLUJO, PARA IMPLEMENTAR EL DIAGRAMA DE ESCALERA.

Es importante aclarar, que aquí, aún no se empleará la PC, para elaborar, el diagrama de escalera, es decir, éste se elaborará, como se realizaría en una hoja de papel tradicional.

Se le llama “diagrama de escalera”, debido a su similitud, con una escalera tradicional; es decir, está compuesta por varios renglones o escalones, aquí mostraremos un pequeño diagrama ilustrativo:

Recordemos que a este tipo de diagrama se le conoce también con el nombre de diagrama de contactos (KOP), debido a que básicamente, los diversos elementos que intervienen en él, son representados por contactos.

Iremos relacionando directamente el diagrama de fluyo, con su correspondiente sección del diagrama de escalera o de contactos; para conseguir una mejor comprensión.

Renglón 1

Renglón 3

Renglón 4

Renglón 5

Reglón 2

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Figura 12 Ejemplo demostrativo para el diagrama de escalera

Daremos inicio al diagrama de escalera, realizando las líneas de energía verticales, colocando así también en la primera línea (renglón 1), el PB1 (push button 1). En esta misma línea, se colocará también la bobina que accionará como vimos anteriormente, los contactos principales, así como al contacto auxiliar o de retención para el PB1. El montaje se vería de siguiente forma:

En la gráfica anterior, se observa el primer renglón del diagrama de escalera, como se muestra en el diagrama de flujo, se realiza la pregunta: PB1=1?. Como se explicó anteriormente, esta pregunta corresponde a afirmar o negar, si el botón de arranque se ha activado. En este mismo nivel, se observa también el botón de paro, así como la bobina.

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Figura 13 Primera sección del diagrama de flujo

Figura 14 Primera sección del diagrama de escalera

Aparece en la figura anterior, el anexo del primer renglón del diagrama de escalera. Como se observa, aparece en él, el contacto auxiliar, que depende de la bobina, y que se encarga de enclavar el accionamiento del PB1, para que cuando éste se suelte, la energía permanezca “sostenida” precisamente por este contacto auxiliar. Es importante hacer hincapié, que con esta línea o nivel del diagrama de escalera, se da por terminada la sección correspondiente al “control”. El siguiente renglón de la escalera, se referirá a la “fuerza”, que es la encargada de energizar directamente al motor.

En la anterior figura, se observa que el diagrama de flujo ha avanzado a la siguiente instrucción. Como se marcó, cuando se analizó el mismo, se entiende que en este momento del diagrama, la pregunta PB1=1, ha sido contestada afirmativamente; por lo que el motor M, se activará, es decir M=1. el diagrama de escalera se vería de la siguiente forma:

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Figura 15 Segunda sección del diagrama de escalera

Figura 16 Segunda sección del diagrama de flujo

En la figura anterior ya se muestra el diagrama de escalera terminado, se distingue así también, el renglón tres, que como se explicó anteriormente, corresponde ya a la sección de “fuerza”; es decir, esta sección muestra a los “contactos principales” de la bobina, ya accionados, esto es, como PB1=1, se energizó la bobina, cerró los contactos principales, así como el contacto auxiliar, dando con ello inicio al giro del motor.

En la figura anterior, correspondiente al diagrama de flujo, aparece la pregunta: PB2=1? Recordemos que en este momento, el motor “M” se encuentra girando, como resultado de la respuesta afirmativa a: PB1=1?. Si la respuesta es afirmativa, el PB2 se accionará, interrumpiendo con ello la energía hacia la bobina, esta desactivará a los contactos principales, así como al contacto auxiliar, deteniendo con ello el giro del motor. En el diagrama de escalera, se vería de la siguiente forma:

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Figura 17 Tercera sección del diagrama de escalera

Figura 18 Tercera sección del diagrama de flujo

En esta parte del diagrama de escalera, observamos que la pregunta: PB2=1, a sido contestada afirmativamente, es decir, se ha accionado el botón de paro PB2, y con ello, se ha desenergizado la bobina; esta a su vez, ha abierto los contactos principales, que energizan al motor, así como al contacto auxiliar o de retención de PB1, por lo tanto, el motor se detiene, terminando con ello, tanto la secuencia del diagrama de flujo, como la del diagrama de escalera.

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Figura 19 Cuarta sección del diagrama de escalera

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