PLC

1. Definición

El Controlador Lógico Programable, mejor conocido por PLC (siglas en inglés de “Programmable logic controllers”), es un miembro de la familia de las computadoras que usa circuitos integrados y componentes electromecánicos para implementar funciones de control. Tiene la capacidad de guardar instrucciones, como secuencias, temporizaciones, conteos, operaciones aritméticas, manipulación de información y comunicación para el control de maquinas y procesos industriales.

Una definición sencilla de un PLC es:

“computadora especialmente diseñada para el control de maquinaria y procesos industriales de una manera simple, practica y confiable”

2. Historia

Los PLC´s fueron diseñados por General Motors Corporation en el año de 1968 para sustituir el control por relevación. Esto sucedió por que los controles por relevación eran sistemas incapaces de modificar su diseño y esto generaba grandes costos a la industria, además de tener un mantenimiento bastante complicado.

Las características requeridas para el diseño de éste nuevo sistema de control eran las siguientes:

1. Capaz de sobrevivir en un ambiente de trabajo industrial.2. Sea fácil de programar y que su mantenimiento sea sencillo.3. Que sea un sistema reusable.

Algunas de las especificaciones incluidas en los primeros PLC son los siguientes

1. Precio que competía con los costes de los sistemas por relevación

2. Tenían la capacidad de subsistir en un ambiente industrial

3. Las interfaces de entrada y salida eran fáciles transportar de un lugar a otro

4. Su mantenimiento era simple.5. El sistema tenía la característica de ser reusado.6. El método de programación era sencillo y fácil de

entender

Con el paso de los años, los PLC’s han desarrollado una tecnología que se ha incorporado en todas las industrias existentes en estos días. La siguiente lista contiene las especificaciones de los PLC´s mas recientes:

1. Mayor rapidez de adquisición y procesamiento de datos.2. Pequeños y de menor costo.3. Los modulos de salidas y entradas son pequeños, lo que reduce el espacio que se ocupa.4. Microprocesadores inteligentes capaces de realizar un control PID, comunicación ASCII,

posicionamiento, y capaces de ser programados por lenguajes de programación.5. Interfaces especiales para la conexión entre PLC´s

Principios de operacion

Un controlador progamable consiste básicamente en dos secciones:

La unidad central de procesamiento. El sistema de interfaz entrada/salida.

A continuación se muestra una imagen que ejemplifica lo anterior:

La Unidad Central de Procesamiento (CPU) gobierna todas las actividades del PLC. A continuación se muestra una imagen donde se ilustran los tres componentes de la CPU:

El procesador. El sistema de memoria. La fuente de alimentación.

La manera de operar un PLC es relativamente sencilla. El sistema de entradas /salidas está físicamente conectado mediante un cableado a varios dispositivos que se encargan de controlar un proceso, por ejemplo, los interruptores de final de carrera, botones, arrancadores de motor, solenoides, etc.

La interfaz de entradas/salidas provee un medio de comunicación entre la CPU y los dispositivos que mandan información para procesar (entradas) y los elementos controlables como actuadores (salidas). Enseguida se muestra la interfaz de entradas/salidas:

Durante su operación, la CPU lleva a cabo tres procesos:

1. Lee, o acepta, los datos de entrada desde los dispositivos mediante la interfaz de entradas.2. Ejecuta, o desempeña, el programa de control almacenado en el sistema de memoria.3. Escribe, o manda señal, a los dispositivos de salida mediante la interfaz de salidas.

Esta secuencia de acciones de conoce como escaneo.

En resumen, la operación de un PLC se conforma de varias etapas:

1. El PLC se programa mediante diversos métodos y dispositivos para darle un programa de control a seguir.

2. La fuente de alimentación provee la energía necesaria para realizar todos los procesos internos.

3. Se realiza el escaneo.

Estructura externa .

A continuación se observa una vista frontal de un PLC con su interfaz de entradas/salidas. Y los diferentes indicadores y slots.

Se pueden observar los diferentes modulos conectados a un PLC:

En esta imagen se puede observar el acomodo de los componentes básicos del PLC

Lenguajes de programación

Existen 5 tipos de lenguaje de programación para un PLC. Éstos lenguajes están descritos en una norma (EN 61131-3) para estandarizar a nivel mundial la forma de programación de éstos.

Los 5 lenguajes se pueden mezclar en un solo proyecto para el PLC. A continuación se mencionarán cada uno de los lenguajes de programación.

Diagrama Escalera

El diagrama escalera es un lenguaje de programación gráfico, el cual se derivó de la forma en que se realizan los diagramas de conexión de los controles por relevación. El diagrama escalera contiene rieles de contactos de izquierda a derecha y entre los rieles se conectan contactos normalmente abiertos o cerrados y bobinas.

Diagramas de función a bloques

Este lenguaje también es gráfico pero se usan solamente bloques de funciones que se conectan entre si. Se deriva de los diagramas lógicos y del diseño de circuitos electrónicos.

Lista de instrucciones

La lista de instrucciones en un lenguaje textual muy parecido a el lenguaje ensamblador, el lenguaje ensamblador se caracteriza por solo tener 1 registro, por lo tanto, se realiza de instrucción por instrucción.

Texto estructura

El texto estructura es un lenguaje de programación de alto nivel basado en el lenguaje conocido como Pascal que consiste en expresiones e instrucciones. Todas las instrucciones principales son: IF, THEN, ESLE, WHILE, FOR, etc…

Este tipo de lenguajes habilita la formulación de numerosas aplicaciones que puedan resolver problemas con algoritmos y se puedan leer, escribir o procesar datos.

Secuential Function Chart

En este tipo de lenguaje gráfico se realiza una estructura del funcionamiento del programa que se está creando. La secuencia que se sigue se define en pasos, alternativas y paralelos.

Cada paso representa un proceso en el estatus del programa que será activo o inactivo. Se realiza por jerarquías para el control del programa.

Conexión de un PLC

En la imagen de la parte inferior se muestran las conexiones de alimentación de un PLC FEC-20 DC.

La forma de conexión de las entradas depende del sensor que se va a usar para obtener una señal correcta. Existen 2 tipos de sensores que son los siguientes:

Sensor PNP

El sensor PNP manda una señal de salida en alto (24 volts) cuando el sensor detecta una señal externa y manda una señal en bajo (0 volts) mientras el sensor no detecta una señal.

En la siguiente imagen se muestra una conexión de las entradas para la utilización de sensores PNP

Sensor NPN

Al contrario de los sensores PNP, manda una señal de salida en bajo (0 volts) cuando el sensor detecta una señal externa y manda una señal en alto (24 volts) mientras el sensor no detecta una señal

En esta imagen se muestra la conexión de entradas para utilizar sensores NPN

La salida tambien depende del tipo de actuador que se va a conectar. Como ejemplo, supondré que nuestros actuadores serán unos motores.

Si nuestros motores comienzan a girar cuando el PLC nos da una señal de 24 volts, entonces nuestras conexiones serán las siguientes.

Pero si nuestros motores comienzan a girar cuando el PLC nos da una señal de 0 volts, entonces nuestras conexiones son

Existen varios kits de estudio para la iniciación de los estudiantes al mundo de los PLC´s. En la siguiente imagen se observa un kit hecho por festo.

Aquí se muestran las características de éste kit.

Como CPU se ha utilizado el procesador más pequeño de la familia S7-300, el 312C con 10 entradas y 6 salidas (digital). Esto convierte al EduTrainer® en idóneo para la iniciación a la técnica PLC y para la activación de pequeñas aplicaciones con un número reducido de entradas y salidas digitales. Este S7 EduTrainer® cuenta con 3 interfaces para la activación de procesos:

Casquillos de seguridad de 4 mm. Esto permite la conexión directa de componentes incluidos en los conjuntos de equipos de electroneumática (TP 201/202) y técnica PLC (TP 301).

Conectores roscados Phoenix para el cableado de sensores y actuadores sin técnica de 4 mm.

Boquilla de enchufe SysLink conforme a IEEE 488 para 8 entradas y 8 salidas digitales para la conexión de una caja de simulación, un EasyPort para la simulación de procesos o de un proceso.

Software de programación

STEP 7 Trainer Package para 12 PCs, DE/EN/ES/FR/IT (nº de art. 539751)

Documentación

 

Nociones básicas STEP 7 (DE: nº de art. 184563, EN: nº de art. 184564) Nociones básicas ET 200S (DE: nº de art. 533031, EN: nº de art. 533521) Documentación S7/STEP 7 en CD-ROM  (nº de art. 192883)

Aplicaciones

Los controladores lógicos programables o PLC son dispositivos electrónicos muy usados en automatización industrial.

Los PLC's no sólo controlan la lógica de funcionamiento de máquinas, plantas y procesos industriales, sino que también pueden realizar operaciones aritméticas, manejar señales analógicas para realizar estrategias de control, tales como controladores PID (Proporcional Integral y Derivativo).

Desde su aparición, los PLCs han sido satisfactoriamente aplicados en todas las áreas de la industria, incluidos tratamientos de metales, plantas papeleras, procesamiento de alimentos, plantas químicas y plantas generadoras de electricidad. Los PLCs realizan una gran variedad de formas de control, desde el control ON/OFF hasta procesos de manufactura avanzada. A continuación se verán algunas de sus típicas aplicaciones:

Control de maquinas de una empresa por medio de PLC

Control de brazos robóticos en la fabricación de automóviles.