manual plcs secap

PROYECTO DE MEJORAMIENTO DEL ENTRENAMIENTO VOCACIONAL EN EL ECUADOR

SECAPAGENCIA DE COOPERACIÓN INTERNACIONAL DEL JAPÓN

PLC I

SECAP

AGENCIA DE COOPERACIÓN INTERNACIONAL DEL JAPÓN

PREFACIO

Este manual a sido elaborado para los cursos de especialización que

desarrolla el SERVICIO ECUATORIANO DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL –

SECAP, mediante la cooperación técnica tipo proyecto patrocinada por

la AGENCIA DE COOPERACIÓN INTERNACIONAL DEL JAPÓN – JICA.

El presente es el producto del intercambio tecnológico entre el experto

japonés y las contrapartes del área.

El objetivo del autor es que este manual técnico sea manual útil para la

comprensión y desarrollo de conocimientos, destrezas y habilidades en

forma eficiente.

Si estos objetivos son cumplidos se facilitará al participante un optimo

desarrollo de competencias técnico metodológicas, sociales y

personales, lo cual lo promocionará al campo profesional con sólidas

bases tanto teóricas como prácticas de la especialidad y bases del buen

comportamiento social y personal.

Esperamos que las competencias adquiridas en este curso utilices a lo

largo de su vida profesional y sean el éxito de su carrera.

Autor: Ing. Ricardo Mayorga P.

Aprobado por el comité Académico: f.

_______________________________________________________________________Subcentro de Electricidad y Electrónica

Código:

PLC I

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1. SISTEMAS BASADOS EN MICROPROCESADOR

Taller 1: Analizar el tema tratado en clase en grupos de estudiantes, y realizar un

resumen del mismo. Despejar cualquier tipo de duda con el facilitador.

Tarea 1: Pasar a formato digital (Office/OpenOffice)el resultado del taller 1.

(Grupo)

2. CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES

2.1 ¿Qué es un PLC?

Un PLC es una máquina electrónica diseñada para controlar en tiempo real y en medio

industrial procesos secuenciales.

Realiza funciones lógicas, temporizaciones, conteos y otras más potentes como cálculos,

regulaciones, etc.

Un PLC es un aparato en el que existen terminales de entrada a los que se conectan

pulsadores, interruptores de fin de carrera, fotocélulas, sensores, detectores, etc.; tiene

además terminales de salida a los que se conectan lámparas indicadoras, electroválvulas,

motores, contactores, etc.; de tal forma que la actuación de estos últimos está en función

de las señales de entrada que estén activadas y de un programa almacenado en este

aparato.

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2.2 Historia de los PLC´s

Aparecen en EEUU en 1969 – 70, (sector de la industria del automóvil); en Europa

aparecen 2 años más tarde. Su propósito fue el de eliminar el enorme costo que

significaba el reemplazo de un sistema de control basado en relés a finales de los 60.

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 solo el software. 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.

En los años 80 se intentó estandarizar la comunicación entre PLCs con el protocolo de

automatización de manufactura de la General Motors (MAP).

El tamaño del PLC se redujo, su programación se realizaba mediante PC´s en vez de

terminales dedicadas sólo a ese propósito.

En los años 90 se introdujeron nuevos protocolos y se mejoraron algunos anteriores. El

último estándar (IEC 1131-3) ha intentado combinar los lenguajes de programación de los

PLC en un solo estándar internacional.

Actualmente los PLCs se programan en función de diagramas de bloques, listas de

instrucciones, lenguaje C, etc. al mismo tiempo.

El PC ha reemplazado en algunos casos a un PLC; la compañía original que diseño el

primer PLC (MODICON) ahora crea sistemas de control basados en PC.

2.3 Características Básicas

Su fecha de creación coincide con el comienzo de la era del microprocesador y con la

generación de la lógica cableada modular.

La universalidad de los ordenadores tiende a desaparecer, el futuro parece abrirse hacia

esta nueva clase de dispositivos: maquina para proceso de señales, para la gestión de

bases de datos, etc. La creciente difusión de aplicaciones de la electrónica, la fantástica

disminución del precio de los componentes, el nacimiento y el desarrollo de los

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microprocesadores y, sobretodo, la miniaturización de los circuitos de memoria permiten

presagiar una introducción de los PLC en una inmensa gama de nuevos campos de

aplicación.

- El PLC satisface las exigencias tanto de procesos continuos como discontinuos.

- Regula presiones, temperaturas, niveles y caudales así como todas las funciones

asociadas de temporización, conteo y lógica.

- Incluye una tarjeta de comunicación adicional, el autómata se transforma en un

poderoso satélite dentro de una red de control distribuida.

- El autómata programable es un aparato electrónico programable por un usuario

programador y destinado a gobernar, dentro de un entorno industrial, maquinas o

procesos lógicos secuenciales

El PLC fue diseñado para reemplazar a los relés de los 60s, los costos bajan por tal

razón se hacen populares por los años 80s, ahora son usados por muchas industrias

Taller 2:

- Analizar y comentar las características de un PLC, agregar otras. Realizar

un resumen. (Grupo)

- Analizar y comentar el tema 2.4 Campos de aplicación de un PLC. Sugerir

otros campos. (Grupo)

2.4 Campos de Aplicación

Las primeras aplicaciones de los autómatas programables se dieron en la industria

automotriz para sustituir los complejos equipos basados en relés. La disminución de

tamaño y menor costo han permitido que los autómatas sean utilizados en todos los

sectores de la industria.

Automóvil

Cadenas de montaje, soldadura, cabinas de pintura, etc.

Máquinas herramientas: Tornos, fresadoras, taladradoras, etc.

Plantas químicas y petroquímicas

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Control de procesos (dosificación, mezcla, pesaje, etc).

Baños electrolíticos, oleoductos, refinado, tratamiento de aguas residuales, etc.

Metalurgia

Control de hornos, laminado, fundición, soldadura, forja, grúas, etc.

Alimentación

Envasado, empaquetado, embotellado, almacenaje, llenado de botellas, etc.

Papeleras y madereras Control de procesos, serradoras, producción de

conglomerados y de laminados, etc.

Producción de energía

Centrales eléctricas, turbinas, transporte de combustible, energía solar, etc.

Tráfico

Regulación y control del tráfico, ferrocarriles, etc.

Domótica

Iluminación, temperatura ambiente, sistemas anti robo, etc.

2.5 Gamas de PLCs

NANO

COMPACTO

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MODULAR

2.6 Ventajas de uso de un PLC

1. Economía: Comparativamente a una caja de controles de más de 10 relés.

2. Diseño Simplificado: Gracias a la compactación electrónica

3. Rápida Instalación: Operaciones simplificadas de alambrado y de componentes

4. Compacto y Estandarizado: repetición en el uso de software

5. Confiabilidad Mejorada: Reduce tiempo de falla de temporizadores y relés.

6. Mantenimiento: Reduce tiempo de mantenimiento requerido

2.7 Arquitectura de un PLC

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PLC se puede considerar como un sistema basado en un microprocesador, siendo sus

partes fundamentales la Unidad Central de Proceso, la Memoria y el Sistema de Entradas

y Salidas (E/S).

a) CPU: realiza el control interno y externo del autómata y la interpretación de las

instrucciones del programa.

b) Memoria: se divide en dos bloques, la memoria de solo lectura o ROM (Read Only

Memory) y la memoria de lectura y escritura o RAM (Random Access Memory).

a. ROM: almacena programas para el correcto funcionamiento del sistema,

como el programa de comprobación de la puesta en marcha y el programa

de exploración de la memoria RAM.

b. RAM: puede dividirse en dos áreas:

Memoria de datos , en la que se almacena la información de los estados de

las entradas y salidas y de variables internas.

Memoria de usuario , en la que se almacena el programa con el que

trabajará el autómata.

c) Sistema de Entradas y Salidas: recoge la información del proceso controlado

(Entradas) y envía las acciones de control del mismo (salidas).

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Los dispositivos de entrada pueden ser pulsadores, interruptores, finales de

carrera, termostatos, reóstatos, detectores de nivel, detectores de proximidad, contactos

auxiliares, etc.

Los dispositivos de salida son también muy variados: Pilotos indicadores, relés,

contactores, arrancadores de motores, válvulas, etc.

2.8 Equipos de Programación

Un equipo de programación es esencial para la puesta en marcha de un PLC, su objetivo

es el de servir de interfaz entre el operador y el autómata para introducir en la memoria

de usuario el programa con las instrucciones que definen las secuencias de control.

Dependiendo del tipo de autómata, el equipo de programación produce unos códigos de

instrucción directamente ejecutables por el procesador o bien un código intermedio, que

es interpretado por un programa residente en el procesador (firmware).

Las tareas principales de un equipo de programación son:

• Introducción de las instrucciones del programa.

• Edición y modificación del programa.

• Detección de errores.

• Archivo de programas (cintas, discos).

Básicamente existen tres tipos de equipos de programación:

• Consola con teclado y pantalla de tubo de rayos catódicos

(CRT) o de cristal líquido (LCD).

• Programador manual, semejante a una calculadora de

bolsillo, más económico que la anterior.

• Ordenador personal con el software apropiado.

La conexión de la consola u ordenador al autómata programable se realiza mediante una

conexión en serie (generalmente la RS-232C o la RS-422).

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2.9 Operación y Ciclo de funcionamiento de un PLC

Cuando se pone en marcha el PLC se realizan una serie de comprobaciones:

• Funcionamiento de las memorias.

• Comunicaciones internas y externas.

• Elementos de E/S.

• Tensiones correctas de la fuente de alimentación.

Una vez efectuadas estas comprobaciones y si las mismas resultan ser correctas, la CPU

inicia la exploración del programa y reinicializa para continuar con el escaneo o ciclo de

funcionamiento.

El autómata está siempre repitiendo este ciclo de funcionamiento, llamado ciclo de SCAN,

que consiste en lo siguiente:

1. Lee todas las entradas y almacena el estado de cada una de ellas

2. Ejecuta las operaciones del programa siguiendo el orden en que se han grabado.

3. Escribe el resultado de las operaciones en las salidas.

4. Una vez escritas todas las salidas (activando o desactivando las que el resultado de

las operaciones así lo requieran) vuelve al paso 1.

Este ciclo de Scan se realiza indefinidamente hasta que pasemos el conmutador de la CPU

a la posición STOP.

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2.10 Elementos de Programación

Para controlar un determinado proceso, el autómata realiza sus tareas de acuerdo con

una serie de sentencias o instrucciones establecidas en un programa.

Dichas instrucciones deberán haber sido escritas con anterioridad por el usuario en un

lenguaje comprensible para la CPU. En general, las instrucciones pueden ser de funciones

lógicas, de tiempo, de cuenta, aritméticas, de espera, de salto, de comparación, de

comunicación y auxiliares.

Formalmente el estándar internacional IEC 61131-3 define cinco lenguajes de

programación para los sistemas de control programables:

• FBD (Function block diagram),

• LD (Ladder diagram),

• ST (Structured text, similar al lenguaje de programación Pascal),

• IL (Instruction list) y

• SFC (Sequential function chart). (Grafcet)

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La selección del lenguaje de programación depende de la experiencia del programador,

aplicaciones concretas, del nivel de definición de la aplicación, de la estructura del

sistema de control y del grado de comunicación con otros departamentos de la empresa.

Los conceptos fundamentales de la programación del PLC son comunes a todos los

fabricantes, pero diferencias en el direccionamiento E/S, organización de memoria y el

conjunto de instrucciones hace que los programas de los PLC nunca se puedan usar entre

diversos fabricantes. Incluso dentro de la misma línea de productos de un solo fabricante,

diversos modelos pueden no ser directamente compatibles.

Un programa es una sucesión de un determinado órden de instrucciones de trabajo.

Una instrucción es la parte más pequña de un programa y consta de 2 partes principales:

operación y operando

Operando: es un elemento (entrada o salida) con el que vamos a trabajar en el programa.

Operación: son las funciones que el autómata puede realizar y que nosotros podemos

utilizar en el programa. Puede venir como código numérico o cifrado (08) o código

mnemónico (AND)

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3. PROGRAMACIÓN DE UN PLC EN LADDER

a. Circuitos de Conmutación

Un circuito de conmutación está compuesto por una serie de contactos que

representarán las variables lógicas de entrada y una o varias cargas que representarán las

variables lógicas o funciones de salida.

Los contactos pueden ser normalmente abiertos (NA) o normalmente cerrados (NC). Los

primeros permanecerán abiertos mientras no se actúe sobre ellos (por ejemplo al pulsar

sobre interruptor, saturar un transistor, etc.). Los contactos NC funcionarán justamente al

contrario. Si se actúa sobre un contacto NA se cerrará (lógica positiva) y si se hace sobre

uno NC se abrirá (lógica negativa).

Reglas

Se deberán de tener en cuenta los siguientes convenios para el análisis de circuitos de

conmutación:

• Un contacto NA representa una variable lógica.

• Un contacto NC representa una variable lógica negada (A').

• Un circuito cerrado se considera un uno lógico (1).

• Un circuito abierto se considera un cero lógico (0).

• Si no se actúa sobre un contacto se considera que la variable que representa es 0.

• Si se actúa sobre un contacto se considera que la variable que representa es 1.

• Si la carga no se excita, la función se considera 0 (por ejemplo una lámpara

apagada).

• Si la carga se excita, la función se considera 1 (lámpara encendida).

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Función lógica Y (AND): L=A·B. De acuerdo con la tabla de verdad de dicha función, la

lámpara sólo lucirá (L=1) cuando se actúe en ambos contactos (A=1 y B=1).

Función lógica O (OR): L=A+B; de acuerdo con su tabla de verdad, la lámpara lucirá (L=1)

cuando se actúe en uno o ambos contactos (A=1 o B=1).

Taller 3: Realizar las tablas de verdad de compuertas lógicas NOT, NOR, NAND,

XOR, XNOR (Grupos)

b. Elementos de Programación LADDER

Para programar un autómata con LADDER, además de estar familiarizado con las reglas de

los circuitos de conmutación, es necesario conocer cada uno de los elementos de que

consta este lenguaje. A continuación se describen de modo general los más comunes:

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Hay seis dispositivos básicos de programación. Cada dispositivo tiene un único y propio

uso. Para autorizar una rápida y fácil identificación cada dispositivo es asignado con un

rótulo de referencia:

• X: Es usada para identificar directamente todas las entradas físicas del PLC

• Y: Es usada para identificar directamente todas las salidas físicas deL PLC

• T: Es usado para identificar los timers contenidos dentro del PLC

• C: Es usado para identificar los contadores contenidos dentro del PLC.

• M y S: Son usadas para identificar las banderas de operación interna del PLC.

El siguiente esquema representa la estructura general de la distribución de todo

programa LADDER, contactos a la izquierda y bobinas y otros elementos a la derecha:

En cuanto a su equivalencia eléctrica, podemos imaginar que la línea vertical de la

izquierda representa el terminal de alimentación, mientras que la línea vertical de la

derecha representa el terminal de masa.

Orden de ejecución: generalmente de arriba a bajo y de izquierda a derecha, primero los

contactos y luego las bobinas, de manera que al llegar a éstas ya se conoce el valor de los

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contactos y se activan si procede. El orden de ejecución puede variar de un autómata a

otro, pero siempre se respetará el orden de introducción del programa, de manera que se

ejecuta primero lo que primero se introduce.

Consideraciones previas a la programación

1. La programación en cada bloque de contactos se realizará de arriba a abajo y de

izquierda a derecha

2. El número de contactos que se pueden colocar en un bloque, desde el comienzo

de la línea principal hasta la salida, es ilimitado. El número de líneas también.

3. En algunos Controladores Programables es posible programar dos o más bobinas

de salida, sean exteriores o marcas en paralelo

4. Al no existir limite en el número de contactos, es preferible realizar un circuito

claro y comprensible con un número elevado de contactos, que uno complicado

como consecuencia de reducir el número de éstos.

5. No se puede conectar una salida directamente a la línea principal, en estos casos

se intercala un contacto cualquiera.

6. Después de una salida OUT no se puede colocar contacto alguno.

7. Contactos de entrada. El número de contactos abiertos o cerrados que se pueden

utilizar en un programa, por cada una de las entradas, es ilimitado, o sea, se puede

repetir el mismo número de contacto cuantas veces queramos y tanto abierto

como cerrado.

8. Contactos de salida: El número de salidas o bobinas de salida OUT es fijo, por lo

que no se puede repetir un mismo número de salida, pero, por el contrario, el

número de contactos asociados a cada una de ellas y tanto abiertos como

cerrados es, al igual que en el caso anterior, ilimitado.

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c. Lógica Booleana y Diagramas LADDER

Taller 4: Realizar los ejercicios propuestos(Individual)

Tarea 2: Realizar los ejercicios propuestos(Individual)

4. PRÁCTICAS DE PROGRAMACIÓN EN LADDER

Para el efecto se han preparado varios temas que serán tratados con respecto a las

diferentes instrucciones de programación gráfica LADDER. Haremos uso de varios

simuladores que nos permitirán apreciar la secuencia de programación así como su efecto

en varios entornos industriales simulados.

Taller 5: Realizar conjuntamente con el facilitador el manejo del simulador

(Individual)

4.1 Lógica de relé

Ejercicio 1: Uso de las instrucciones XIC (eXamine If Closed) y OTE (Output Energize).

Ejercicio 2: Realizar un control de Parada/Arranque (Stop/Start) usando OTL (Output

Latch) y OTU (Output Unlatch).

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Ejercicio 3: Realizar la emulación del Control Standard Parada/Arranque (Stop/Start) sin

hacer uso de OTL ni OTU.

Ejercicio 4: Ramificación de Salida

Ejercicio 5: Comprobar los ejercicios del taller 4

Ejercicio 6: Control de luz desde dos localidades

Taller 6: Realizar las prácticas previstas por el facilitador (Puerta de Garaje y Silo con

banda transportadora)(Grupo)

4.2 Temporizadores

Taller 7: Realizar las prácticas previstas por el facilitador (Tipos de Timers, Puerta de

garaje, control de semáforos)(Grupo)

4.3 Contadores

Taller 8: Realizar las prácticas previstas por el facilitador (Tipos de Counters, Silo con

banda transortadora)(Grupo)

4.4 Word Compare

Taller 9: Realizar las prácticas previstas por el facilitador (Tipos de Operadores

lógicos, control de semáforos)(Grupo)

Tarea 3: Realizar las prácticas previstas por el facilitador (Individual)

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4.5 Simulaciones de procesos industriales

Taller 10: Realizar las prácticas previstas por el facilitador (Grupo)

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PARTICIPANTE: ..................................................................

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