introduccion a los plc

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO

ESCUELA SUPERIOR DE TIZAYUCA

PROGRAMA EDUCATIVO DE INGENIERÍA EN

TECNOLOGÍAS DE AUTOMATIZACIÓN

INVESTIGACIÓN: Introducción a los Controladores Lógicos Programables (PLC)

5° SEMESTRE

ASIGNATURA: PLC LENGUAJE ESCALERA

PROF.: MTRO. JOSÉ CARLOS QUEZADA QUEZADA

REALIZADO POR:

JUAN TAPIA SUAREZ

1.



Introducción a los Controladores Lógicos Programables (PLC)

Un controlador lógico programable (PLC) es un dispositivo basado en microprocesador que se puede utilizar para controlar los componentes de los sistemas industriales, tales como motores eléctricos, transportadores, y robots. El PLC se introdujo por primera vez a finales de 1960 en el sector de la automoción por General Motors (GM) Corporation. PLC se hicieron utilizando Transistor Transistor Logic (TTL) fichas de puertas lógicas como AND, OR, NOT, puertas NAND, NOR, XOR y XNOR.

Tipos de PLC

Controladores lógicos sin unidad operativa

Son en realidad sistemas digitales combinacionales y secuenciales ampliamente estudiados en la literatura sobre Electrónica Digital. A continuación se analizan brevemente sus características principales para que el lector pueda compararlas con las de los autómatas programables.

Controladores lógicos combinacionales

Los controladores lógicos combinacionales son aquéllos cuyo modo de operación corresponde al de un sistema combinacional ampliamente estudiado en la Electrónica Digital [ANGU 07] [ERCE 99] [FLOY 06] [MAND 08] [MANO 01] [WAKE 01]. Se caracterizan por generar variables de salida cuyo valor en un determinado momento depende sólo del valor de las variables de entrada y por



ello no son universales, es decir, no se pueden utilizar para tomar decisiones en función de la secuencia de estados de unas variables binarias en sucesivos instantes de tiempo. Según la forma en que están realizados pueden ser cableados o programables, tal como se estudia en sucesivos apartados.

Controladores lógicos combinacionales cableados

Los controladores lógicos combinacionales cableados se caracterizan porque su comportamiento depende de los elementos que los forman y de las interconexiones entre ellos. Se realizan con puertas lógicas interconectadas y, para cambiar su tabla de verdad, es necesario modificar su circuito. Para que el lector recuerde la problemática del diseño de los sistemas combinacionales cableados se analiza a continuación un ejemplo sencillo.

Controladores lógicos combinacionales programables

El desarrollo de los circuitos combinacionales programables ha sido tan espectacular en las dos últimas décadas que hace que un estudio completo de los mismos se salga de los límites de este libro, y por ello se remite al lector a la bibliografía [FLOY 06] [MAND 08] [WAKE 01].No obstante, es útil analizar uno de los tipos de circuitos combinacionales programables más utilizados como son las matrices lógicas Y-programables denominadas PAL (acrónimo de Programmable Array Logic) formadas por una matriz de puertas lógicas Y conectadas a un conjunto de puertas O. En la figura 1.8a se representa una PAL de 12 puertas lógicas Y divididas en tres grupos de cuatro, cada uno de los cuales está conectado a una puerta lógica O. La programación de la matriz lógica programable PAL consiste en eliminar las conexiones adecuadas de la matriz de puertas Y para que la salida de cada una de ellas represente un determinado producto lógico.

Controladores lógicos secuencialesIntroducciónTal como se indica en el apartado anterior, un controlador lógico combinacional no permite realizar la generación de variables de salida en función de una secuencia de estados de las variables de entrada.Surge por ello la necesidad de realizar sistemas con capacidad de memorizar las variables de entrada en forma de estado interno, para tomar decisiones en un instante en función del valor que tuvieron las variables de entrada en el pasado.Otra forma de realizar un sistema secuencial es mediante la utilización de celdas básicas de memoria denominadas biestables (Flip-flops), que son puestos a cero o a uno mediante un sistema combinacional. Se obtiene así un sistema secuencial como el representado en la figura 1.11. Según el tipo de biestables utilizados, se tienen dos clases diferentes de sistemas secuenciales, los sistemas secuenciales



asincronos (Asynchronous sequential systems) y los síncronos (Synchronous sequential systems).

Tipos de PLC Debido a la gran variedad de tipos distintos de PLC, tanto en sus funciones, en su capacidad, en el número de I/O, en su tamaño de memoria, 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 y salidas digitales y algunos módulos especiales.

Plc siemens logo v dc 8 entradas digitales y 4 salidas

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

http://pe.class.posot.com/view/1075180/?search_term=plc-modicon-tsx-micro-telemecanique/



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

Módulo lógico Schneider Electric Zelio Logic 2, 8 entradas tipo

Digital, 4 salidas tipo Relé, alimentación 24 V ac

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 Comunicaciones. Contaje rápido.

PLC HITACHI EH-150

http://www.hellopro.es/tracking_lien.php?id_soc=6852&id_prod=8296&p=200&societe=100&rub=1000&id_se=200



Las señales analógicas presentan variaciones de nivel en forma continua, motivo por el cual pueden presentar infinidades de valores.

Las señales del tipo lógicos o Discretas, solamente permiten dos estados, activo o inactivo.

HardwareUnidad Central De ProcesamientoLa unidad de microprocesador (MPU) es el cerebro de la unidad central de procesamiento. El MPU realiza o ejecuta, las instrucciones del programa. La unidad lógica aritmética (ALU) realiza las instrucciones matemáticas y lógicas. Los registros se utilizan para mantener los datos de la unidad lógica aritmética. La unidad de control coordina y controla todas las actividades dentro de la MPU, y la



unidad de decodificación traduce las instrucciones en un formato que la MPU puede entender.Dispositivos de memoriaHay dos tipos de dispositivos de memoria interna disponible a un CPU: memoria acceso aleatorio y memoria de sólo lectura. Memoria de acceso aleatorio (RAM) es utilizada por la CPU para el almacenamiento temporal de datos.Dirección Decodificador CircuitoMPU utilizar un decodificador de direcciones para permitir a los chips ROM, RAM, dispositivos de E / S del puerto, y de apoyo. Cuando la MPU se comunica con un chip, solo que el chip está conectado a la dirección, datos y líneas de control de la unidad central de procesamiento.Chips de periféricosChips de periféricos, también llamados chips de apoyo, se utilizan para que el microprocesador comunicarse con los dispositivos de entrada / salida. Uno de los chips periféricos más populares es el Motorola 6821 PIA.Módulos de entradas discretasTerminales del módulo de entradas digitales reciben señales de entrada de interruptores u otros dispositivos de entrada, tales como pulsadores o sensores de proximidad. El módulo de entrada convierte la señal de entrada en una señal digital antes de enviarlo a la CPU.Módulos de salidas discretasLos terminales del módulo de salida discretos reciben señales digitales forman la CPU. El módulo de salida convierte la señal digital en una señal eléctrica analógica antes de enviarlo a los dispositivos de salida, como una luz piloto, motor eléctrico, o la válvula solenoide.Módulos analógicos de entrada / salidaTerminales de entrada / salida más comunes PLC utilizan o proporcionan señales de tensión discretos para demostrar que son ya sea dentro o fuera. Algunos PLC avanzados también tienen puertos de entrada / salida analógicas. En estos PLCs, se utilizan de analógico a digital y convertidos de digital a analógico.



Estructuras de direccionamiento

Estructura de direccionamiento para Allen Bradley

Direccione bits y palabras usando el formato Tf:e.s/b

Ejemplos de direccionamiento

T4:0/15 ó T4:0/EN Bit de habilitación T4:0/14 ó T4:0/TT Bit de temporización del temporizador T4:0/13 ó T4:0/DN Bit de efectuado T4:0.1 ó T4:0.PRE Valor preseleccionado del temporizador T4:0.2 ó T4:0.ACC Valor acumulado del temporizador T4:0.1/0 ó T4:0.PRE/0 Bit 0 del valor preseleccionado T4:0.2/0 ó T4:0.ACC/0 Bit 0 del valor acumulado



Estructura de direccionamiento para Festo

EntradasLos PLC de Festo poseen 256 palabras de entradas (0 a 255), cada una de 16 bits (0 a 15), pueden ser direccionados como bits o como palabras. Las entradas son el medio por el cual el PLC recibe las señales del sistema, dichas señales pueden ser sensores, retro avisos de magneto térmicos, botoneras, etc.

Salidas. Los PLC de Festo poseen 256 palabras de salidas (0 a 255), cada una de 16 bits (0 a 15), pueden ser direccionados como bits o como palabras. Las salidas son el medio por el cual el PLC comanda a los diferentes elementos que van a realizar un trabajo en la máquina, por ejemplo, la bobina de un contactor, la bobina de una Electroválvula neumático o hidráulica o un piloto luminoso.



Banderas. Los PLC de Festo poseen 10000 palabras de banderas (0 a 9999), cada una de 16 bits (0 a 15), pueden ser direccionados como bits o como palabras. Las banderas son localidades de memoria del PLC en las cuales se pueden almacenar información.

Registros. Los registros son localidades de memoria de 16 bits, estos registros solo pueden ser direccionados como palabras, el total de los registros de los PLC de Festo es 256 (0 a 255).

Temporizadores.



Los temporizadores son parte esencial de un programa, ya que con ellos logramos poner en sincronía los diferentes movimientos que ejecuta una máquina, bien es cierto que podemos prescindir el uso de temporizadores, pero esto incrementa el uso de sensores. Los PLC’s de Festo manejan tres tipos de temporizadores, el temporizador de impulso, el temporizador de retraso a la conexión y el temporizador de retraso a la desconexión.Temporizadores de Impulso. El temporizador de impulso reacciona al flanco de subida, en el instante en que la condición se hace verdadera el temporizador se hace uno y el registro de tiempo predefinido (TPnn) se carga en el registro de tiempo actual o palabra de cuenta (TWnn) y este empieza a decrecer, cuando el TWnn se hace cero, en ese instante el temporizador se hace cero, nn es el número del temporizador. En la figura 2.2 se puede apreciar el funcionamiento de este temporizador.

Temporizador de retraso a la conexiónEn el instante en que la condición se hace verdadera el registro de tiempo predefinido (TPnn) se carga en el regisro de tiempo actual o palabra de cuenta (TWnn) y este empieza a decrecer, cuando el TWnn se hace cero, en ese instante el temporizador se hace uno, el temporizador se hace cero cuando la condición se hace falsa, si por alguna circunstancia la condición se hace falsa antes de haber transcurrido el tiempo predefinido, entonces el temporizador no se hará uno, nn es el número del temporizador.



Temporizador de retraso a la desconexiónEn el instante en que la condición se hace verdadera el temporizador se hace verdadero, el registro de tiempo predefinido (TPnn) se carga en el registro de tiempo actual o palabra de cuenta (TWnn), en el momento que la condición se haga falsa TWnn empieza a decrecer y al llegar éste a cero el temporizador se hace cero, si por alguna circunstancia la condición se hace verdadera antes de haber transcurrido el tiempo predefinido, entonces el temporizador no se hará cero.



Contadores. Todos los PLC’s de Festo ofrecen la posibilidad de ser programados como contadores incrementales o decrementales en diagrama de escalera. Además, cada elemento del contador puede ser accesado directamente. Similarmente, todas las palabras de los operandos pueden ser utilizados para contar a excepción de las palabra de entradas y las palabras de tiempo actual.Para permitir flexibilidad en la programación de contadores, el diagrama de escalera de Festo ofrece los siguientes operandos para contadores:

a) La palabra de cuenta (Counter Word-CWnn-) es el operando en el cual el valor actual es guardado y este es cambiado con cada pulso de cuenta. La palabra de cuenta debe reiniciarse al inicio de la operación de cuenta.

b) La palabra de preselección (Counter Preselect-CPnn-) es el operando en el cual el valor nominal es guardado.

c) Bobina del contador (Cnn) es el operando en el cual se realizan las operaciones de cuenta hacia arriba o hacia abajo por medio de flancos de subida.

d) Contacto del contador (Cnn) es el operando en el cual es guardado el estado del contador, si el valor de CWnn es menor al valor de TPnn el contacto del contador es verdadero.



Tabla 2.8 Direccionamiento de Contactores

Constantes. Las contantes en los PLC’s de Festo son de 16 bits, por lo que estos valores pueden oscilar entre 0 a 65535 para enteros sin signo y entre –32767 y 32767 para enteros con signo, asimismo es posible representar a las contantes en hexadecimal.

Bandera de ejecución inicial.



La bandera de ejecución inicial es una bandera única por cada uno de los programas que existan en el proyecto, esta bandera siempre es igual a cero, a excepción del primer ciclo de operación del programa en que es igual a uno.

Etapa de procesamiento o ejecución del programa

Luego de la rutina de inicio, la cual se ejecuta solamente una vez, el PLC entra en un proceso cíclico que consta básicamente de tres pasos:

1. La lectura de las entradas2. El procesamiento de la información según el programa del usuario3. La modificación de las salidas

Cada ciclo es denominado scan o barrido, y el tiempo de su duración scan time o tiempo de escaneo. Finalizado el ciclo de escaneo, el PLC inicia un nuevo ciclo a partir del primer paso, repitiéndolos una y otra vez mientras se encuentre en operación.El tiempo de escaneo redunda en la velocidad de procesamiento del PLC y es afectado por varios factores como son:

1. La longitud del programa2. LA velocidad del microprocesador3. El número de entradas y salidas del PLC



4. Rutinas de auto chequeo y vigilancia del programaEn un Autómata de mediano desempeño y con un programa de 500 instrucciones, el tiempo de escaneo puede estar alrededor de 10mseg. Dentro del ciclo de escaneo, además del programa del usuario, también se ejecutan pequeñas rutinas de chequeo, verificando permanentemente que el programa esté corriendo de manera adecuada, las cuales generan una alarma en caso de que el programa del usuario se haya detenido.Si el programa general se detiene, el PLC puede ejecutar ciertas acciones de prevención, como desenergizar todas sus salidas, con el fin de proteger los dispositivos eléctricos involucrados en el proceso y por qué no, la integridad física de los operarios puesto que las máquinas han podido perder el control.En un sistema de control mediante autómata programable se tendrán los siguientes tiempos:1. Retardo de entrada.2. Vigilancia y exploración de las entradas.3. Ejecución del programa de usuario.4. Transmisión de las salidas.5. Retardo en salidas.Los puntos 2, 3 y 4 sumados dan como total el tiempo de ciclo del autómata. Tras este ciclo es cuando se modifican las salidas, por lo que si varían durante la ejecución del programa tomarán como valor, el último que se haya asignado.Esto es así debido a que no se manejan directamente las entradas y las salidas, sino una imagen en memoria de las mismas que se adquiere al comienzo del ciclo (2) y se modifica al final de éste (retardo).En la etapa de vigilancia se comprueba si se sobrepasó el tiempo máximo de ciclo, activándose en caso afirmativo la señal de error correspondiente.



Programación de PLC en lenguaje escalera (LADDER)Es un lenguaje gráfico, derivado del lenguaje de relés. Mediante símbolos representa contactos, bobinas, etc. Su principal ventaja es que los símbolos básicos están normalizados según el estándar IEC y son empleados por todos los fabricantes.

Los diagramas de escalera son esquemas de uso común para representar la lógica de control de sistemas industriales. Se le llama diagrama "escalera" porque se asemejan a una escalera, con dos rieles verticales (de alimentación) y "escalones" (líneas horizontales), en las que hay circuitos de control que definen la lógica a través de funciones.

Con este tipo de diagramas se describe normalmente la operación eléctrica de distintos tipos de máquinas, y puede utilizarse para sintetizar un sistema de control y, con las herramientas de software adecuadas, realizar la programación del PLC. En el diagrama eléctrico todas las acciones ocurren simultáneamente, en el programa se realizan en forma secuencial, siguiendo el orden en el que los "escalones" fueron escritos, y que a diferencia de los relés y contactos reales (cuyo número está determinado por la implementación física de estos elementos), en el PLC se puede considerar que existen infinitos contactos auxiliares para cada entrada, salida, relé auxiliar o interno, etc.

1. CARACTERÍSTICAS DEL LENGUAJE LADDER

Instrucciones de entrada se introducen a la izquierda.

Instrucciones de salida se situarán en el derecho.

Los carriles de alimentación son las líneas de suministro de energía L1 y L2 para los circuitos de corriente alterna y 24 V y tierra para los circuitos de CC.

La mayoría de los PLC permiten más de una salida por cada renglón (Rung).

El procesador (o "controlador") explora peldaños de la escalera de arriba a abajo y de izquierda a derecha.

2. ELEMENTOS BÁSICOS DE LADDER

Contacto NA: Se activa cuando hay un uno lógico en el elemento que representa, esto es, una entrada (para captar información del proceso a controlar), una variable interna o un bit de sistema.



Contacto NC: Su función es similar al contacto NA anterior, pero en este caso se activa cuando hay un cero lógico, cosa que deberá de tenerse muy en cuenta a la hora de su utilización.

Bobina NA: Se activa cuando la combinación que hay a su entrada (izquierda) da un uno lógico. Su activación equivale a decir que tiene un uno lógico. Suele representar elementos de salida, aunque a veces puede hacer el papel de variable interna.

Bobina NC: Se activa cuando la combinación que hay a su entrada (izquierda) da un cero lógico. Su activación equivale a decir que tiene un cero lógico. Su comportamiento es complementario al de la bobina NA.

Bobina SET (S): Una vez activa (puesta a 1) no se puede desactivar (puesta a 0) si no es por su correspondiente bobina en RESET. Sirve para memorizar bits y usada junto con la bobina RESET dan una enorme potencia en la programación.

Bobina SET (R): Permite desactivar una bobina SET previamente activada.

Bobina JUMP: Permite saltarse instrucciones del programa e ir directamente a la etiqueta que se desee. Sirve para realizar subprogramas.

Las funciones lógicas más complejas como: Temporizadores, Contadores, Registros de desplazamiento etc. Se representan en formato de bloques. Estos no están normalizados, aunque guardan una gran similitud entre sí para distintos fabricantes. Resultan mucho más expresivos que si se utiliza para el mismo fin el lenguaje en lista de instrucciones.

Sobre estos bloques se define:

La base de los tiempos y el tiempo final en el caso de temporizadores.

El módulo de contaje y condiciones de paro y reset en el caso de contadores.

Existen también bloques funcionales complejos que permiten la manipulación de datos y las operaciones con variables digitales de varios bits.

La presencia de estos bloques de ejecución dependiente de una o más condiciones binarias, multiplica la potencia de programación sin dejar de mantener las ventajas de la representación gráfica del programa. Así, pueden programarse situaciones de automatización compleja que involucren variables digitales, registros, transferencias, comparaciones, señales analógicas, etc.

Por supuesto, no todos los Autómatas, aun del mismo fabricante, pueden manejar todas las posibilidades de programación con contactos: solo las gamas más altas



acceden a la totalidad de extensiones del lenguaje.



3. FUNCIONES LÓGICAS

3.1.Los Temporizadores

Como lo indica su nombre, cada vez que alcanzan cierto valor de tiempo activan un contacto interno. Dicho valor de tiempo, denominado PRESET o meta, debe ser declarado por el usuario. Luego de haberse indicado el tiempo de meta, se le debe indicar con cuales condiciones debe empezar a temporizar, o sea a contar el tiempo. Para ello, los temporizadores tienen una entrada denominada START o inicio, a la cual deben llegar los contactos o entradas que sirven como condición de arranque. Dichas condiciones, igual que cualquier otro renglón de Ladder, pueden contener varios contactos en serie, en paralelo, normalmente abiertos o normalmente cerrados.

Las operaciones de tiempo permiten programar los temporizadores internos del autómata. Existen diversos tipos de temporizadores y para utilizarlos se deben ajustar una serie de parámetros:

Arranque del temporizador: conjunto de contactos que activan el temporizador, conectados como se desee.

Carga del tiempo: la forma habitual es mediante una constante de tiempo, pero pueden haber otros ajustes, p.e. leyendo las entradas, un valor de una base de datos, etc.

3.2.Los Contadores

Definidos como posiciones de memoria que almacenan un valor numérico, mismo que se incrementa o decrementa según la configuración dada a dicho contador. Como los temporizadores, un contador debe tener un valor prefijado como meta o preset, el cual es un número que el usuario programa para que dicho contador sea activo o inactivo según el valor alcanzado. Dependiendo del software, puede ocurrir que el contador empiece en su valor de preset y cuente hacia abajo hasta llegar a cero, momento en el cual entraría a ser activo. Nos permitirán contar y/o descontar impulsos que enviemos al contacto que lo activa (p.e. número de botes, sacos, piezas, etc.) entre 0 y 999.

3.3.Monoestables

El monoestable es un elemento capaz de mantener activada una salida durante el tiempo con el que se haya programado, desactivándola automáticamente una vez concluido dicho tiempo. Una de sus principales ventajas es su sencillez ya que sólo posee una entrada y una salida.

Entrada STAR (S): Cuando se activa o se le proporciona un impulso comienza la cuenta que tiene programada.

Salida RUNNING (R): Se mantiene activada mientras dura la cuenta y se desactiva al finalizarla. Al igual que con el temporizador, para programar



la cuenta hay que introducir los valores de tiempo (Mip) y base de tiempo (Mib).

4. OPERACIONES EN UN LENGUAJE LADDER

4.1.Operaciones aritméticas

Puede haber operaciones matemáticas como sumas, restas, comparaciones, multiplicaciones, divisiones, desplazamientos de bits, etc. Todas ellas utilizan valores contenidos en registros de memoria referenciados a contadores, entradas, salidas, temporizadores y demás. Las funciones matemáticas son usadas especialmente para la manipulación de variables analógicas. Las operaciones aritméticas con números enteros son representadas por cajas (Boxes) en las que se indica la operación a efectuar y los operandos.

4.2.Operaciones de comparación

Un comparador es una instrucción que nos permitirá relacionar dos datos del mismo formato (BYTE o WORD) entre sí.

4.3. Instrucciones SET y RESET

La instrucción SET activa la bobina correspondiente cada vez que enviamos un IMPULSO, y sólo se desactivará al enviar otro a la instrucción RESET. Podemos activar tanto salidas como marcas internas.

EJEMPLOS.

Figura 1. Descripción Lógica Ladder. Figura 2. Diagrama de Escalera.



Bibliografía

Programmable Logic Controllers: hardware and programming / by Max Rabiee. – 2nd ed. (2009)

Stephen P. Tubbs; Programmable Logic Controllers (PLC) Tutorial, Ge Fanuc. (2007)

Enrique Mandado Pérez; Jorge Marcos Acevedo; Celso Fernández Silva; José Ignacio Arresto Quiroga; Autómatas Programables y Sistemas de Automatización – 2° Edición. (2009)

Rockwell Automation; Manual de Referencia Allen Bradley Juego de Instrucciones SLC500 y Micrologix 1000. (1997)

Facultad de Ingeniería de La Universidad de la Plata Argentina; Instrumentación y Comunicaciones Industriales, Apuntes PLC.

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