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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACION
SUPERIOR
INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGIA "ALONSO GAMERO"
CORO ESTADO FALCON. CONTROLADORES LGICOS PROGRAMABLES
(PLC) Y SU APLICACIN EN PROCESOS INDUSTRIALES.
Ing. VISTRIMIRO HIDALGO. C.I: 4.886.465
CORO, ENERO DEL 2005.
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CONTROLADORES LGICOS PROGRAMABLES (PLC) Y SU APLICACIN EN
PROCESOS
INDUSTRIALES.
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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE EDUCACION
SUPERIOR
INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGIA "ALONSO GAMERO"
CORO ESTADO FALCON.
CONTROLADORES LGICOS PROGRAMABLES
(PLC) Y SU APLICACIN EN PROCESOS INDUSTRIALES.
Trabajo especial elaborado durante el ejercicio de la licencia
sabtica. Presentado ante el Consejo Directivo del Instituto
Universitario de Tecnologa "Alonso Gamero".
Ing. VISTRIMIRO HIDALGO. C.I: 4.886.465
CORO, ENERO DEL 2005.
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DEDICATORIA A DIOS, FUENTE DE MI VIDA E INSPIRACION A MI MADRE A
MI ESPOSA A MIS HIJOS, MIS FAROS EN ESTE MUNDO
A MIS ALUMNOS.
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RESUMEN Hidalgo H., Vistrimiro A. CONTROLADORES LGICOS
PROGRAMABLES (PLC) Y SU APLICACIN EN PROCESOS INDUSTRIALES. El
presente trabajo representa una exhaustiva investigacin
bibliogrfica, que aborda de una manera sencilla pero bastante
generalizada los pormenores y detalles de los controladores lgicos
programables. Dado que estos dispositivos son de una tecnologa
reciente, se han desarrollado a capricho de los fabricantes. Solo
en los ltimos diez aos se han hecho intentos serios para la
estandarizacin de ellos. El trabajo se enfoca principalmente en el
anlisis de controladores programables de fabricantes influyentes en
el mbito mundial y el estudio de la norma IEC-61131, principalmente
su parte referente a la programacin de los PLC. Los ejemplos
planteados siempre estn desarrollados para aplicaciones
industriales.
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NDICE GENERAL DEDICATORIA. RESUMEN. INTRODUCCIN.
...........................................................................................1
CAPTULO I: GENERALIDADES DE LOS PLC.
...........................................2
1.1.-INTRODUCCIN.
.........................................................................3
1.2.-RESEA HISTRICA DE LOS PLC.
..............................................6 1.3.-DEFINICIN DE
PLC.
.....................................................................9
1.4.-DESCRIPCIN GENERAL DEL PLC.
.............................................11 1.4.1.-UNIDADES DE
ENTRADA.
.........................................................12
1.4.2.-UNIDADES DE SALIDA.
...............................................................13
1.4.3.-UNIDAD CENTRAL DE PROCESO (CPU).
................................15 1.4.4.-UNIDADES DE MEMORIA.
.........................................................15
1.4.5.-EL PROGRAMA.
........................................................................16
1.4.6.-FUENTE DE ALIMENTACIN.
...................................................16
1.4.7.-PERIFRICOS.
...........................................................................17
1.5.-PRINCIPIO DE OPERACIN DE UN PLC.
....................................17 1.6.-CLASIFICACIN DE LOS
PLC. ....................................................24
1.6.1-PLC COMPACTOS.
.....................................................................25
1.6.2.-PLC MODULARES.
.....................................................................27
1.7.-VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL PLC.
.......................................31
CAPTULO II: ARQUITECTURA DE LOS PLC.
........................................34
2.1.-INTRODUCCIN.
...........................................................................35
2.2.-SISTEMA LOGO! DE SIEMENS.
....................................................36 2.3.-SISTEMA
SIMATIC S7-200 DE SIEMENS. ..................................47
2.4.-SISTEMA PLC-5 / 1771 DE ALLEN BRADLEY.
...........................53 2.5.-SISTEMA QUANTUM AUTOMATION DE
MODICON. ....................67
CAPTULO III: BASES LGICAS DE UN AUTOMATISMO Y NORMA
INTERNACIONAL PARA LOS CONTROLADORES PROGRAMABLES.
..............................................................81
3.1.-INTRODUCCIN.
..........................................................................82
3.2.-FORMULACIN LGICA DE UN PROBLEMA DE CONTROL ELCTRICO.
..................................................................................83
3.2.1.-FORMULACIN LGICA PARA UN ARRANCADOR DIRECTO. 93
3.2.2.-FORMULACIN LGICA DE UN INVERSOR DE GIRO. ...........98
3.2.3.-FORMULACIN LGICA DE UN ARRANQUE DE TRES
MOTORES EN SECUENCIA.
.......................................................102
3.3.-ESTNDAR IEC-61131 PARA PLC. 104
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CAPTULO IV: ELEMENTOS PARA PROGRAMACIN DE LOS PLC. ...107
4.1.-INTRODUCCIN.
..........................................................................108
4.2.-LENGUAJES ESTANDARIZADOS PARA PLC.
...........................109 4.3.-IEC-61131-3. ELEMENTOS COMUNES.
....................................109 4.4.-USO DE CARACTERES DE
IMPRESIN. ..................................110 4.5.-REPRESENTACIN
EXTERNA DE DATOS. ..............................111 4.6.-TIPOS DE
DATOS.
........................................................................113
4.7.-VARIABLES.
.................................................................................117
4.8.-UNIDADES DE ORGANIZACIN DE PROGRAMA (POU). .........124
4.8.1.-GENERALIDADES ACERCA DE FUNCIONES.
.......................124 4.8.2.-FUNCIONES ESTNDAR.
........................................................135
4.8.3.-GENERALIDADES DE BLOQUES FUNCIONALES FB`s. ........144
4.8.4.-BLOQUES FUNCIONALES ESTNDAR.
..................................155 4.8.5.-GENERALIDADES ACERCA
DE LOS PROGRAMAS. ..............160
CAPTULO V: DEFINICIN DE LOS LENGUAJES ESTNDAR DE LA LA NORMA
IEC-61131-3.
.................................................162
5.1.-INTRODUCCIN.
..........................................................................163
5.2.-ELEMENTOS COMUNES DE LOS LENGUAJES TEXTUALES. ..164
5.3.-LENGUAJE DE LISTA DE INSTRUCCIONES (IL).
......................164 5.3.1.-INSTRUCCIONES EN LENGUAJE IL.
......................................165 5.3.2.-OPERADORES,
MODIFICADORES Y OPERANDOS DEL
LENGUAJE IL.
..............................................................................165
5.3.3.-FUNCIONES Y BLOQUES FUNCIONALES EN EL
LENGUAJE IL.
..............................................................................168
5.4.-LENGUAJE DE TEXTO ESTRUCTURADO (ST).
.........................171 5.4.1.-EXPRESIONES EN ST.
..............................................................171
5.4.2.-INSTRUCCIONES EN ST.
.........................................................173
5.4.2.1.-INSTRUCCIONES DE ASIGNACIN.
...................................173 5.4.2.2.-INSTRUCCIONES DE
CONTROL DE FUNCIONES Y
BLOQUES FUNCIONALES.
.........................................................175
5.4.2.3.-INSTRUCCIONES DE SELECCIN.
......................................176 5.4.2.4.-INSTRUCCIONES DE
ITERACIN. ........................................177
5.5.-ELEMENTOS COMUNES PARA LENGUAJES GRFICOS. ......179
5.5.1.-REPRESENTACIN DE BLOQUES Y LNEAS.
........................179 5.5.2.-DIRECCIN DEL FLUJO EN UNA RED.
..................................180 5.5.3.-EVALUACIONES DE REDES.
..................................................181
5.5.4.-ELEMENTOS DE CONTROL DE EJECUCIN.
........................184 5.6.-LENGUAJE DE DIAGRAMA DE CONTACTOS
(LADDER
DIAGRAM LD).
.............................................................................185
5.6.1.-REPRESENTACIN DE LNEAS DE FUERZA.
........................186 5.6.2.-ELEMENTOS DE ENLACE Y ESTADO.
....................................186 5.6.3.-CONTACTOS.
............................................................................187
5.6.4.-BOBINAS.
...................................................................................188
5.6.5.-FUNCIONES Y BLOQUES FUNCIONALES.
.............................190
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5.6.6.-ORDEN PARA EVALUACIN DE REDES EN LD.
....................190 5.7.-LENGUAJE DE BLOQUE FUNCIONALES
(FUNCTION
BLOCK DIAGRAM FBD). 190 5.7.1.-COMBINACIN DE ELEMENTOS EN
LENGUAJE FBD. ..........191 5.7.2.-ORDEN DE EVALUACIN DE REDES EN
FBD. ......................191
BIBLIOGRAFA.
.........................................................................................193
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INTRODUCCIN
La tecnologa de automatizacin ha experimentado profundos
cambios
en los ltimos treinta aos, con la introduccin de los avances en
electrnica
y comunicaciones se ha logrado potenciar de una manera muy
notable las
aplicaciones dentro de la industria, comercio, oficinas, hogar y
muchas otras
reas.
Los microprocesadores de hoy permiten crear funciones de
control
bastante complejas en espacios muy reducidos, lo cual ha hecho
entrar en
obsolescencia los grandes tableros de control basados en
rels.
Los controladores lgicos programables (PLC) o controles
programables se han desarrollado de una manera notable desde su
primera
aparicin en el inicio de la dcada del sesenta del pasado
milenio, sin
embargo, no es sino hasta principios de la dcada del noventa,
cuando se
trata de estandarizar los esfuerzos de desarrollo de los PLC,
mediante un
cuerpo de normas de la Comisin Electrotcnica Internacional
(IEC).
El presente trabajo contiene importantes aportes acerca de
la
tecnologa de los PLC. Se utiliza como fuentes primarias de
informacin los
manuales de equipos modernos de fabricantes importantes en el
mbito
mundial, adems los fundamentos establecidos en la norma
internacional
IEC-61131, as como tambin algunos textos relacionados con el
tema.
Adicionalmente se vuelca la experiencia del autor con los
automatismos, con
lo cual se logra producir un texto que permite abordar el tema
de los PLC de
una manera fcil.
El trabajo se presenta en cinco grandes captulos.
En el primer captulo trata sobre los aspectos generales de los
PLC,
se hace una resea histrica de su evolucin, su definicin,
componentes,
principio de operacin, clasificacin, ventajas y desventajas.
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En el segundo captulo se estudia la arquitectura de los PLC,
para tal
fin se describen al detalle cuatro sistemas de PLC de
fabricantes importantes
y reconocidos mundialmente.
El captulo tres contiene las bases que permiten formular las
aplicaciones de automatismo de una manera lgica a travs del
lgebra de
Bool, la cual es adecuada para la estructura de un PLC.
Adicionalmente en
el captulo se hace la introduccin a la norma IEC-61131.
En el captulo cuatro se presentan los elementos de programacin
de
los PLC de acuerdo a la norma IEC_-61131-3. Se detallan aspectos
como:
los caracteres de impresin, los tipos de datos, la variables y
las unidades de
organizacin de programas entre otros.
En el quinto captulo se detallan los aspectos particulares de
los
lenguajes estandarizados por la norma IEC-6131-3, los cuales
estn
agrupados en dos tipo texto o lenguajes textuales (lista de
instrucciones IL y
texto estructurado ST) y dos tipo grfico o lenguajes grficos
(diagrama de
contactos o de escalera LD y diagrama de bloques de funciones
FBD).
En cada captulo presentan ejemplos ilustrativos de
aplicaciones
orientadas al control elctrico y automatizacin industrial, para
ayudar a
entender los principios explicados.
El texto tiene una edicin en formato Microsoft Word y en PDF.
La
versin en PDF se incluye totalmente en un CD encartado con el
texto. El
CD contiene adicionalmente, manuales de PLC de varios
fabricantes, as
como el cuerpo de la norma IEC-61131-3.
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CAPITULO I GENERALIDADES SOBRE LOS PLC
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CAPITULO I
GENERALIDADES SOBRE LOS PLC
1.1.-INTRODUCCIN.
El rpido desarrollo de la electrnica ha introducido
importantes
cambios en la concepcin del control elctrico tradicional. La
configuracin
de enormes tableros con una gran cantidad de cables de control y
de
potencia, y una configuracin poco flexible, est siendo
sustituida en forma
acelerada por pequeos tableros, con una versatilidad enorme,
adems de
una gran capacidad de adaptacin a las necesidades de cambio del
proceso
sujeto a control.
En el control elctrico tradicional las aplicaciones
desarrolladas
consisten en una interconexin ordenada de todos los
elementos
involucrados en el circuito de mando. El desarrollo de cualquier
aplicacin
implica el uso de una gran cantidad de conductores que permitan
enlazar
cada componente con otros y con las fuentes de alimentacin; y as
poder
definir una accin de control particular. Esta forma de elaborar
los sistemas
elctricos de control se ha denominado lgica cableada, ya que las
funciones
lgicas presentes en el control, se han logrado uniendo a travs
de
conductores los diferentes contactos NA y NC de los
dispositivos
componentes del mismo.
La lgica cableada exige una considerable cantidad de mano de
obra
muy calificada a la hora de realizar los montajes y el
mantenimiento de los
circuitos elctricos de control. A medida que la complejidad de
los
desarrollos se acenta con las mayores exigencias de control en
los
procesos, los esquemas y arreglos tambin se hacen mucho ms
complejos,
hacindolos muchas veces no factibles o demasiados costosos
dentro de los
limites del control con lgica cableada.
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Por otra parte los circuitos elctricos de control desarrollados
con una
lgica cableada tienen una fuerte rigidez, esto significa que
bajo cualquier
cambio que sea necesario abordar en el proceso, se requerir
probablemente de una fuerte inversin para adaptar el circuito de
control a
las nuevas necesidades. O en el caso ms extremo el reemplazo
total del
sistema de control elctrico existente.
Con el nimo de eliminar o atenuar las limitaciones impuestas por
la
lgica cableada y como consecuencia del desarrollo de las
computadoras,
surge como una alternativa para el desarrollo de sistemas
elctricos de
control; lo que se conoce como lgica programable.
En la concepcin de un sistema de control bajo lgica programable
las
funciones lgicas son construidas y evaluadas en la memoria de
un
computador, atendiendo por supuesto a un conjunto de
instrucciones
previamente cargadas o programadas y al estado de los contactos
NA y NC
de los elementos del control. Una consecuencia inmediata de esto
es una
reduccin sustancial en la cantidad de cables de control que son
usados para
el desarrollo de las aplicaciones de control. Adicionalmente se
reducen la
cantidad de dispositivos tales como: rel de tiempo, contadores,
rels
auxiliares, etctera, que son incorporados dentro de los
sistemas
controladores.
Naturalmente un sistema controlador programable presenta una
caracterstica de aplicacin general, esto permite un alto grado
de flexibilidad
y de adaptacin a los cambios en el proceso. Modificando las
instrucciones
del programa y agregando algn dispositivo de control adicional,
es posible
adaptar o cambiar totalmente las funciones del control
original.
Los sistemas usados en el desarrollo de controles elctricos a
travs
de lgica programable reciben el nombre de CONTROLADORES
LGICOS
PROGRAMABLES (PLC, por sus siglas en ingls), AUTMATAS
PROGRAMABLES o simplemente CONTROLADORES PROGRAMABLES.
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Estos son fabricados por una gran cantidad de compaas en el
mbito
mundial y cada una presenta formatos diferentes, no existiendo
un nivel de
estandarizacin apropiado para un estudio riguroso.
En este captulo se aborda de una manera general el tema de
los
controladores lgicos programables. Se hace una breve resea
histrica del
origen y desarrollo de los aparatos, se presentan algunas
definiciones de
PLC, se estudia su constitucin general, su principio de
funcionamiento, las
principales formas de clasificarlos y las principales ventajas y
desventajas de
su uso en los automatismos.
1.2.-RESEA HISTRICA DE LOS PLC.
A mediados de la dcada del sesenta la empresa General
Motors,
muestra su preocupacin por reducir los altos costos que
involucraban el
colocar y reemplazar los sistemas de control basados en rels,
para el
control de las mquinas en sus lneas de ensamblaje. En conjunto
con la
empresa Digital Corporation C, se propone el desarrollo de un
sistema de
control que cumpliera con los siguientes requerimientos:
Uso de electrnica esttica.
De fcil mantenimiento.
Debe ser reutilizable.
Debe ser programable.
Adaptado al ambiente industrial.
El equipo de General Motors y Digital, desarrollan un sistema
llamado
PDP-14, el cual era esencialmente un sistema de memoria
cableada; el
programa se desarrollaba en un ordenador que suministraba el
esquema de
cableado para construir la memoria.
En forma independiente la empresa Bedford Associates (Bedford,
MA)
propuso algo llamado un Controlador Modular Digital (MODICON),
el cual
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trabajaba con memorias de ferrita, permitiendo una fcil
programacin y
reutilizacin. El equipo supera las exigencias de la General
Motors y
rpidamente se difunde a otras industrias. El procesador de estos
equipos
se compona de circuitos integrados, conectados a travs de
cables.
En los aos setenta la tecnologa de los PLC era ya dominante en
la
organizacin de los procesos, las mquinas de estado y los
programas de
control basados en CPU. En la primera mitad de la dcada se
incorpora la
tecnologa de los microprocesadores lo que permite aumentar
sus
prestaciones:
Incorporacin de elementos de interconexin hombre-maquina.
Manipulacin de datos.
Operaciones aritmticas.
Comunicacin con ordenador.
Su aplicacin aumenta las prestaciones de la maquina ya que con
la
capacidad de tratamiento numrico el PLC puede desarrollar
acciones
correctivas en su funcionamiento.
La segunda mitad de la dcada del setenta se mejora en forma
constante las prestaciones y el desarrollo de elementos
especializados:
Incremento de la capacidad de memoria.
Posibilidad de entradas/salidas remotas (E/S o I/O).
Entradas/salidas analgicas y numricas. Control de posicin,
Mejoras en la programacin. (Instrucciones ms potentes).
Desarrollo de comunicaciones con perifricos y ordenador.
Sus aplicaciones se extienden al control de procesos, al
poder
efectuar lazos de regulacin trabajando con dispositivos de
instrumentacin.
En esta etapa el PLC desarrolla el control adaptativo, sin
intervencin del
operador. Otros campos de aplicacin son el posicionamiento
mediante
entradas lectoras para codificadores y salidas de control de
motores de paso
a paso, la generacin de informes de produccin y, adems, el
empleo de
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redes de comunicacin. Por otra parte la disponibilidad de
entradas/salidas
remotas aporta una considerable reduccin de costos en
grandes
instalaciones. Algunos de los modelos que tomaron gran
relevancia en esta
dcada fueron los AMD 2901 y AMD 2903 de MODICON.
Para la dcada de los 80 se vio un intento de estandarizar
las
comunicaciones con el Protocolo de Automatizacin de Manufactura
(MAP,
por sus siglas en ingls). En esta poca se incorporan en gran
medida los
avances tecnolgicos de los microprocesadores, aprovechando el
impulso
que se tiene en los computadores personales:
Alta velocidad de respuesta.
Reduccin de tamao al integrarse ms las unidades de
entrada / salida.
Entrada / salida inteligentes (servo controladores,
controles
PID).
Mayor capacidad de diagnstico de funcionamiento.
Capacidad de almacenaje de grandes cantidades de datos.
Mejoras en el lenguaje. (instrucciones de bloque, de clculo
matemtico etc.
Aparecen lenguajes de programacin alternativos. (De bloques,
GRAFCET, lenguajes de alto nivel).
Fue en estos aos en que surgi la necesidad de reducir
considerablemente el tamao del PLC y hacer de ellos receptores
de
instrucciones de control programadas desde una computadora. Los
90 han visto una reduccin gradual en la introduccin de nuevos
protocolos, y la modernizacin de las capas fsicas de algunos de
los
protocolos ms populares que sobrevivan en los 1980. La ltima
norma (IEC
61131-3) ha intentado unir los lenguajes de programacin bajo una
norma
internacional. Se comercializan equipos pequeos y compactos que,
junto
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con la reduccin de los precios, ha hecho que el uso se extienda
a todos los
sectores industriales.
1.3.-DEFINICIN DE PLC.
A continuacin se presentan varias definiciones de lo que es
un
controlador lgico programable: IES Venacio Bravo; en su obra:
Curso de
Autmatas Programables (PLC), define el PLC de la siguiente
manera:
Circuito electrnico basado en microprocesador, usado en una
gran
variedad de industrias, que nos permite controlar sistemas,
procesos
mquinas. Contiene dos conjuntos, principales, de puntos de
conexin
conocidos como entradas y salidas. El estado de las salidas,
dependen del
estado de las entradas y la lgica del programa. La sigla PLC
define sus
caractersticas principales: Controla una planta por medio de la
lgica
definida en el programa de usuario, y es programable tantas
veces como sea
necesario.
Fernando Castro y otros; en su monografa titulada Introduccin
al
Autmata Programable, lo definen as: Sistema Industrial de
Control
Automtico que trabaja bajo una secuencia almacenada en memoria,
de
instrucciones lgicas,
Cristhian Beltrn P; en su obra Controladores Lgicos
Programables,
PLC, define as: se entiende por Controlador Lgico Programable
(PLC), o
Autmata Programable, a toda mquina electrnica diseada para
controlar
en tiempo real y en medio industrial procesos secuenciales.
Albert Mayol i Badia; en su libro Autmatas Programables, aparece
la
siguiente definicin: El Autmata Programable Industrial es un
equipo
electrnico, programable en lenguaje no informtico, diseado para
controlar,
en tiempo real y en ambiente industrial, procesos
secuenciales.
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Andre Simon; en su obra titulada Electricidad Industrial
Aplicada,
define as: El autmata programable es un aparato electrnico
cuyo
funcionamiento est definido por un programa. A diferencia de
los
calculadores, su programacin no requiere competencia en
informtica. El
autmata programable realiza mandos de tipo lgico y secuencial en
las
fbricas, es decir, cerca de las mquinas en un ambiente
industrial.
En la presente obra se define el PLC de la siguiente manera: Es
un
aparato electrnico diseado para realizar actividades de control
automtico
de sistemas o mquinas en ambientes industriales, su operacin se
basa en
microprocesadores, memorias, lenguajes especiales de
programacin,
etctera, todos configurados en arreglos muy parecidos a los que
poseen las
computadoras personales (PC). La interaccin con el sistema o
mquina a
controlar se hace principalmente aunque no exclusivamente, a
travs de
variables de entrada y salida lgicas.
Tambin se puede definir como una caja negra en la que
existen
unos terminales de entrada a los que se conectaran pulsadores,
finales de
carrera, fotoclulas, detectores, etctera; unos terminales de
salida a los que
se conectaran bobinas de contactores, electro vlvulas, lmparas,
de tal
forma que las actuaciones de estos ltimos estn en funcin de
seales de
entrada que estn activadas en cada momento, segn el programa
almacenado.
Esto quiere decir que los elementos tradicionales rels
auxiliares, rels
de enclavamiento, temporizadores, contadores..., son internos.
La tarea del
usuario se reduce a realizar el programa, que no es mas que la
relacin
entre las seales de entrada que se tienen que cumplir para
activar cada
salida.
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1.4.-DESCRIPCIN GENERAL DEL PLC.
La constitucin interna de un controlador lgico programable
es
fundamentalmente la misma constitucin interna de un computador
personal
(PC); la diferencia fundamental radica en la forma de
intercambiar la
informacin con el mundo exterior. En el caso del PC; la
informacin llega al
centro de proceso del computador a travs de teclados,
dispositivos tipo
mouse, discos magnticos, cmaras fotogrficas, scanner, etc., en
el caso de
los PLC la informacin fluye desde el sistema o mquina industrial
a travs
de unidades de acceso de datos conocidas simplemente como
unidades de entrada. La informacin procesada por el computador
personal sale de este por medio de monitores de video, impresoras
graficas, discos magnticos,
etc., y las acciones de control o salidas del PLC se presentan
en unidades
conocidas como unidades de salida. En la figura 1.1 se muestra
un esquema general de un sistema industrial controlado a travs de
un PLC,
donde se destacan las unidades de entrada y salida (E/S o
I/O).
La informacin del estado del sistema llega a las unidades de
entrada
del PLC a travs de los sensores o captadores, las seales
provenientes de
estos dispositivos son esencialmente de tipo lgico (aunque
no
generalmente). La informacin que llega es procesada por medio de
un
programa previamente cargado en el PLC y de ser necesario se
ajustan las
unidades de salida, las acciones o variable de producidas por
dichas
unidades, tambin son esencialmente del tipo lgico y actan sobre
los
actuadores que controlan el sistema.
Se pueden identificar los siguientes elementos esenciales en
un
controlador lgico programable:
Unidades de entrada.
Unidades de salida.
Unidad central de proceso (CPU)
Unidades de memoria.
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Programa.
Fuente de alimentacin.
Perifricos.
A continuacin se hace una breve descripcin de cada uno de
los
elementos mencionados.
1.4.1.-UNIDADES DE ENTRADA. Son circuitos electrnicos que
permiten ingresar y supervisar el estado
de una variable del sistema a controlar dentro del PLC. Las
variables que se
introducen al PLC son fundamentalmente de tipo digital, stas
provienen por
lnea general de elementos de mando, auxiliares de mando, rels,
etc., son
aparatos que cierran o abren contactos de acuerdo a la situacin
del sistema
Figura 1.1. Esquema de sistema controlado por PLC.
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a monitorear. Los terminales del dispositivo de supervisin o
de
accionamiento son conectados al PLC en los terminales de las
unidades de
entrada. El controlador programable suministra una tensin a
estos
dispositivos. Cada entrada puede tener dos estados: uno con
tensin,
cuando el contacto est cerrado y el PLC lee un estado alto de la
variable (1
lgico), cuando el contacto est abierto se lee un estado bajo (0
lgico). Esta
lgica puede tambin ser inversa.
Las unidades de entrada son protegidas contra posibles
perturbaciones externas en la red de suministro y que pudieran
afectar los
circuitos internos del PLC. Esta proteccin se alcanza con
circuitos
electrnicos opto-acoplados.
La cantidad de entradas del PLC es limitada de acuerdo a los
fabricantes y los modelos presentados. Se pueden conseguir en el
mercado
controladores programables de cuatro entradas hasta cientos de
entradas.
Existen PLC que pueden incorporar dispositivos de entrada
con
seales analgicas, las cuales son convertidas a seales digitales
antes de
ser procesadas.
1.4.2.-UNIDADES DE SALIDA.
Son circuitos electrnicos a travs de las cuales el controlador
lgico
programable ordena las acciones de control sobre el sistema. Las
variables
que salen del PLC son tambin de tipo lgico. Internamente el PLC
abre o
cierra un contacto que permite energizar (1 lgico) o
desenergizar (0 lgico)
un aparato de accionamiento; por ejemplo un contactor, una
vlvula
solenoide, etc., que permitirn a su vez el arranque o paro de un
motor
elctrico en el caso de un contactor o abrir o cerrar el paso de
un fluido en el
caso de una vlvula solenoide.
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Es importante destacar que las unidades de salida pueden ser
interpretadas como contactos elctricos controlados, por lo tanto
pueden ser
energizados con corriente continua, as como tambin con corriente
alterna e
inclusive se pueden combinar aparatos accionados con DC y AC en
un
mismo PLC.
Las unidades de salida al igual que las de entrada tambin
estn
protegidas contra perturbaciones de las redes elctricas de
alimentacin,
usan circuitos opto-acoplados.
La potencia o la intensidad de corriente que puede manejar una
salida
de un PLC es un parmetro muy importante a la hora de desarrollar
cualquier
aplicacin, adicionalmente se debe considerar la velocidad con
que es
cerrado o abierto el contacto elctrico controlado. Estos dos
factores definen
tres tipos de tecnologas para las salidas de los PLC. A
continuacin se
hacen comparaciones de los casos.
Salidas a rel; las cuales pueden manejar cantidades
relativamente altas de corriente, (por ejemplo 10 amp) tienen como
desventaja que es lenta
debido al accionamiento electromecnico. Salidas a transistores
manejan corrientes bajas (por ejemplo 2 amp) pero son muy veloces
en la
conmutacin. Por ltimo estn las salidas a triacs, las cuales
presentan cualidades de alta velocidad de conmutacin y manejo de
alta corriente (por
ejemplo 10 amp). Existen muchas ventajas y desventajas en cada
una de los
tipos de tecnologas empleadas en la configuracin de las salidas.
Un
desarrollo completo usando PLC debe abordar con detenimiento
los
problemas de la seleccin adecuada del tipo de salida
requerido.
La cantidad de salidas en un PLC es diversa; desde cuatro en
los
minicontroladores hasta cerca de mil en los grandes
sistemas.
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15
1.4.3.-UNIDAD CENTRAL DE PROCESO (CPU).
Este es el cerebro del PLC al igual que en el computador. Es el
centro
por donde fluye y se procesa la informacin del sistema a
controlar. Esta
dividido en dos secciones o unidades: La unidad aritmtico-lgica
que se
encarga de realizar las operaciones matemticas y lgicas y la
unidad de
control que se encarga de dirigir todos los procesos
involucrados. Se usan
microprocesadores integrados, as como tambin los
microcontroladores con
capacidad de operar con palabras de 8, 16, 32, 64 y ms bits.
1.4.4.-UNIDADES DE MEMORIA.
Son los medios fsicos que permiten almacenar la informacin
requerida y generada durante el desarrollo del programa de
control por parte
del PLC. La conformacin de la memoria del PLC es diferente a la
de los
computadores personales. La memoria en los computadores
personales
esta conformada por la memoria tipo ROM (read only memory) que
no es
voltil y de pequeo tamao. La memoria RAM(random acces memory)
que
es voltil y de gran tamao (varios megabytes) y los perifricos
de
almacenamiento (discos duros, diskets, cintas, discos pticos
etc.).
En los PLC la memoria es ms diversificada dada las
caractersticas y
funciones del equipo. Posee una pequea memoria ROM casi con
funciones
similares a la de los computadores personales. Tambin posee una
memoria
RAM utilizada con fines de procesamiento intermedio, similar a
la de los
computadores personales pero de un tamao no muy grande, se
podra
comparar con el tamao de la ROM. El segmento ms importante
de
memoria de los PLC es la memoria EPROM (electric program read
only
memory). Como su nombre le seala es una memoria programable
elctricamente y que es slo para lectura. Adems, no es voltil.
Sobre sta
-
16
a se graban las instrucciones del programa que controla el
proceso o
sistema. Lo no voltil asegura que las instrucciones grabadas
dentro del
PLC no se perdern al ocurrir un fallo en la energa elctrica.
El tamao de la memoria puede ser definido ya sea en cantidad
de
bytes que pueden ser almacenados o en muchos casos por la
cantidad de
instrucciones de programacin que pueden ser escritas.
1.4.5.-EL PROGRAMA.
El programa representa el conjunto de instrucciones grabadas en
la
memoria del PLC y que constituye, el conjunto de operaciones
necesarias
para gobernar o controlar el sistema. Este conjunto de
instrucciones
reemplaza las conexiones lgicas elctricas (lgica cableada) de un
sistema
automtico, por una secuencia de ordenes escritas en un lenguaje
apropiado
(lgica programada). En el captulo III del trabajo se profundiza
en los
procedimientos y lenguajes de programacin usados en el PLC.
1.4.6.-FUENTE DE ALIMENTACIN.
La mayora de los controladores lgicos programables modernos
vienen adaptados para operar en AC, sin embargo, existen
versiones que
operan slo con DC como fuente de suministro. En el caso de
operacin en
AC; el PLC incorpora una fuente de tensin de DC que alimenta sus
circuitos
internos y en muchas aplicaciones los sensores que se conectan a
las
unidades de entrada.
Algunos fabricantes presentan arreglos en los cuales el PLC
puede
tener su propia fuente de DC o incorporar una externa. Esta
flexibilidad la
motiva la reduccin de costos cuando se dispone en el sitio de
aplicacin de
fuentes de DC apropiadas.
-
17
1.4.7.-PERIFRICOS.
Son los diferentes equipos que pueden ser conectados al PLC a
travs
de interfases apropiadas. Algunos son los siguientes:
computadoras,
programadores manuales, consolas especiales de programacin,
monitores,
accesorios para conexin en red, etctera. Los equipos dan gran
poder de
conexin al PLC, permitiendo su comunicacin a travs de redes
industriales.
1.5.-PRINCIPIO DE OPERACIN DEL PLC.
Con el propsito de ilustrar la forma de operacin de la mayora de
los
controladores lgicos programables, se desarrollan tres
aplicaciones, usando
el sistema tradicional de control a travs de conexiones
elctricas entre los
diferentes elementos, tales como: contactores, pulsadores, rels,
etctera y
usando lgica programada con un PLC.
EJEMPLO No. 1.1: En la figura 1.2 se muestra un esquema para la
inversin de giro de un motor trifsico de corriente alterna. El
cableado del
circuito de potencia y mando es tal que se puede hacer la
seleccin del
sentido de giro a voluntad de un operador y se desarrollan
sistemas de
seguridad que impiden el accionamiento simultneo de los dos
contactores
de potencia, tambin se incorpora un rel de proteccin trmica
contra
sobrecargas y la respectiva sealizacin.
Para implementar el mismo problema a travs de un PLC, se debe
ver
el automatismo como un sistema de entradas y salidas o excitacin
y
respuesta. Sobre esta forma de abordar el problema, se
profundizar en el
captulo III. Por el momento basta con decir, que las entradas
del sistema
son: los tres pulsadores (S1, S2 y So) y el rel trmico, y que
las salidas son:
los dos contactores (C1 y C2) y las tres lmparas piloto (h1, h2
y h3).
-
18
Las seales de entrada se conectan a las unidades de entrada
del
PLC, como se muestra en la figura 1.3. Como se puede apreciar,
el PLC
enva una seal de voltaje a los elementos sensores del sistema.
Se ha
usado en el ejemplo una seal de 24 voltios de DC, pero los
niveles de
tensin en PLC comerciales pueden ser de otros valores. Tambin se
puede
apreciar que la seal proveniente de cada sensor se conecta a una
sola
entrada del PLC, con lo que se tiene una direccin e
identificacin nica de
cada sensor. Cuando en la entrada del PLC aparece la seal de 24
voltios,
se tiene un uno (1) lgico y cuando no est, se tiene un cero (0)
lgico.
Los actuadores del sistema se conectan a las unidades de salida
del
PLC, a cada actuador corresponde una unidad de salida. En este
ejemplo
las salidas son contactos elctricos que al estar abiertos
presentan un cero
(0) lgico y que al cerrarse presentan un uno (1) lgico. Entonces
la
energizacin o no de cada uno de los actuadores depende de; si la
unidad de
salida asociada cierra o no su contacto.
Figura 1. 2. Circuito para inversin de giro de motor de AC
-
19
La figura 1.4 muestra el circuito del sistema de control en
forma
simplificada, ya que se ha omitido la parte de potencia. Como
puede
apreciarse las conexiones requeridas son relativamente sencillas
y fciles de
implementar.
Figura 1. 3. Inversor de giro con PLC.
Figura 1. 4. Esquema simplificado de inversor de giro usando
PLC.
-
20
Los sensores y los actuadores han sido conectados al PLC,
previamente se deben construir las relaciones lgicas que
gobernarn el
sistema; esto es las relaciones entre variables de entrada
(sensores) y
variables de salida (actuadores). Se usan los principios de la
lgica
matemtica para establecer en forma apropiada las relaciones del
sistema.
Las relaciones lgicas del sistema son codificadas como un
conjunto
de instrucciones a travs de un lenguaje adecuado (lista de
instrucciones,
ecuaciones lgicas, diagramas de compuertas, diagramas de
escalera,
grafcet, etctera). El usuario introduce este conjunto de
instrucciones en el
PLC a travs de un programador manual que puede estar incorporado
al
PLC, o por otro medio, como una computadora personal. Una vez
cargado el
programa en el PLC, el sistema puede ponerse en marcha y
funciona
exactamente igual que el circuito de lgica cableada de la figura
1.2.
La forma de funcionamiento interno de un controlador lgico
programable depende del fabricante del PLC y hasta del modelo de
una
misma marca. Slo en aplicaciones donde se requiere operaciones
de gran
velocidad es importante conocer en detalle como el PLC se
comporta y como
ejecuta las operaciones necesarias para llevar a cabo su
funcin.
La mayora de los PLC opera sobre una memoria intermedia tipo
RAM,
en la cual desarrollan las operaciones y almacenan los valores
iniciales,
intermedios y finales de las variables de entrada y de
salida.
Los PLC que usan memoria intermedia leen los valores de las
variables de entrada y de salida al momento de iniciar el
programa, los
valores son almacenados en localidades de su memoria
intermedia.
Seguidamente se van cargando y evaluando una por una las
instrucciones
contenidas en el programa los resultados obtenidos se almacenan
en las
memorias intermedias si se afecta o cambia el estado de una
salida, dicho
cambio se refleja en la memoria pero no aun en la salida fsica
propiamente
dicha. De esta forma todos los cambios que involucran las
funciones de
-
21
cada instruccin son almacenados en memoria. Al finalizar el
programa las
salidas fsicas son ajustadas a los valores que tienen las
variables de
memoria relacionadas con cada salida.
El ciclo comienza nuevamente con la lectura del estado de
las
variables de entrada y salida, repitiendo todo nuevamente. La
duracin del
ciclo depende de la capacidad de la cpu y de la cantidad de
instrucciones
que tiene el programa implementado.
EJEMPLO No. 1.2: En la figura 1.5 se muestra un esquema para
operar un motor trifsico con freno por contracorriente. Las
variables de
entrada son los pulsadores So1, So2, S1 y el rel F1. Las
variables de salida
son los contactores C1, C2 y los pilotos h1, h2, y h3. Como se
puede
apreciar la definicin de variables de entrada y de salida del
problema son
idnticas a las definidas en el ejemplo 1.1, pero se ve a simple
vista, que
ambos los sistemas de control, son muy diferentes.
Las conexiones de los actuadores y sensores al PLC se muestran
en
la figura 1.6 y se aprecia que son exactamente iguales a las del
ejemplo 1.1
mostrado en la figura 1.4. Es sistema de control incorpora un
temporizador
con contactos al trabajo (C2t), pero al revisar las entradas del
PLC no se
aprecia la conexin de este elemento. La razn es porque el PLC
incorpora
dentro de sus instrucciones previamente grabadas
temporizadores,
contadores, rels auxiliares y otros elementos comnmente usados
en
sistemas de automatizacin. Estos elementos se incorporan dentro
de la
estructura del programa que ejecuta el controlador lgico
programable para
el sistema especfico.
Por lo tanto la diferencia entre los automatismos de los
ejemplos 1.1 y
1.2 radica en el programa que ejecuta el PLC para cada uno de
los sistemas.
El conjunto de instrucciones que se introducen al PLC, para cada
sistema de
control, es radicalmente diferente.
-
22
Figura 1. 5. Accionamiento de un motor AC, con freno por
contracorriente
Figura 1. 6. Conexin del motor con freno al plc.
-
23
EJEMPLO 1.3: En la figura 1.7 se muestra un sistema automtico de
inversin de giro de una mquina para el mecanizado de materiales.
A
grandes rasgos el sistema funciona de la siguiente manera: Se
puede iniciar
el sistema de giro a la izquierda o a la derecha. Suponiendo que
se inicia
con giro a la derecha, la mquina se desplaza hasta llegar a la
posicin del
final de carrera S3. Se detiene y permanece en esa posicin por
unos
segundos, luego inicia su recorrido hacia la izquierda, hasta
alcanzar la
posicin del final de carrera S4. Se detiene y permanece all por
unos
segundos, luego inicia su recorrido hacia la derecha, repitiendo
el ciclo
indefinidamente hasta que el operador pulse el pulsador de
parada So.
En la figura 1.8 se muestra el esquema de las conexiones del
automatismo descrito. Se puede apreciar que, auque la
complejidad del
Figura 1.7. Sistema automtico para operar mquina de mecanizado
de materiales.
-
24
mecanismo es mucho que la observada en el ejemplo 1.1, las
conexiones en
el PLC apenas si sufrieron cambios para incluir en las unidades
de entrada
los dos sensores de proximidad o finales de carrera S3 y S4.
Los
contactores auxiliares y los temporizadores requeridos por el
sistema de
control formarn parte de las instrucciones de programacin que se
incluyen
en el PLC.
Al igual que en los ejemplos anteriores el cambio principal
radica en
construir un programa que satisfaga las relaciones entre las
variables del
sistema.
1.6.-CLASIFICACIN DE LOS PLC.
Se estudia a continuacin dos formas generalizadas de clasificar
los
controladores lgicos programables. En primer lugar se clasifican
de
acuerdo a la disposicin de los elementos que lo componen en:
PLC
compactos y PLC modulares. La segunda forma de clasificarlos es
de
acuerdo al nmero de entradas/salidas (I/O) que posee: Equipos
pequeos,
Figura 1. 8. Conexiones del sistema de mecanizado al PLC.
-
25
hasta aproximadamente 128 entrada/salidas. Equipos medianos,
hasta
aproximadamente 500 entradas/salidas. Equipos grandes con ms de
500
entradas/salidas.
Los fabricantes de controladores lgicos programables, han
desarrollado y comercializados productos que van desde 10 hasta
miles de
entrada/ salidas.
1.6.1.-PLC COMPACTOS.
Son dispositivos en los cuales todas las unidades o elementos
que
conforman el PLC, se encuentran en una sola estructura o caja.
La
programacin se hace usando uno o ms tipos de lenguaje y pueden
ser
programados desde una computadora, programador manual o con
teclas
especiales incorporadas en el mismo PLC.
Los PLC compactos son fabricados en tamaos pequeos, pero con
posibilidad de ampliacin, a travs de la conexin de unidades
de
entrada/salida adicionales. La mayora de los PLC compactos
posee
capacidad para comunicarse con otros PLC u otros dispositivos de
control a
travs de una red apropiada. En la figura 1.9 se muestran algunos
tipos de
PLC compactos de varios fabricantes.
Actualmente existes pequeos PLC que incorporan potentes
funciones
de control, tales como: contadores, temporizadores, salidas y
entradas
analgicas, puertos de comunicacin, etctera que los hacen
apropiados
para el control de una gran cantidad de equipos y sistemas
pequeos, tales
como: sistemas de suministro de agua, portones elctricos,
alarmas de
incendio, equipos hidroneumticos, etctera.
-
26
Sistema MicroLogic 1000/1761 de Allen Bradley. Configuraciones
de 10, 16, 25 y 32
Serie microautmatas y Nanoautmatas de Telemecanique
Serie EC de Hitachi configuraciones de 20, 28, 40, y 60 E/S
Figura 1.9 Muestra de PLC compactos de comercializados por
fabricantes.
-
27
1.6.2.-PLC MODULARES.
Son aquellos cuyos componentes fundamentales estn divididos
conformando mdulos individuales, los cuales son ensamblados por
el
usuario en un soporte o chasis, de acuerdo a sus necesidades y
al potencial
del equipo.
La presentacin de mdulos tiene dos tendencias, conocidas
como:
estructura americana y estructura europea.
En la estructura americana se tiene un bloque comn que contiene
la
CPU, la memoria de usuario y la fuente de alimentacin, mientras
que las
unidades de entrada/salida se encuentran en bloques o tarjetas
separadas.
De esta manera se puede configurar el PLC a los requerimientos
de entrada
y salida del sistema que se desea controlar.
La estructura europea presenta una mayor cantidad de mdulos,
ya
que la CPU, la fuente, las ampliaciones de memoria, adems de las
unidades
de entrada/salida, etctera, constituyen mdulos individuales
conectados a
travs del bus externo del PLC. Tal grado de presentacin modular
permite
una gran flexibilidad a la hora de desarrollar aplicaciones con
los PLC.
Por lo general los PLC modulares se construyen en tamaos
medianos y grandes aunque algunos fabricantes construyen PLC
modulares
pequeos.
La programacin de estos PLC suele hacerse a travs de
computadoras personales y en varios tipos de lenguaje. El poder
de
procesamiento es elevado y se incorporan una gran cantidad de
funciones de
control dentro de la configuracin bsica. En la figura 1.10 se
muestran
algunos tipos de PLC modulares presentados por varios
fabricantes.
-
28
Sistema MicroLogic 1500/1769 de Allen Bradley. Maneja hasta 156
E/S.
Figura 1. 10 PLC modulares.
-
29
Figura 1. 10. Continuacin...
Sistema PLC-5/1771 de Allen Bradley. (Maneja hasta 512 entradas
y 3072 salidas)
-
30
Serie H de Hitachi. Expansible hasta 4096 E/S.
Autmata TSX 107 de Telemecanique. Expansible hasta 256 E/S.
Figura 1. 10 Continuacin...
-
31
1.7.-VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL PLC.
A continuacin se har una descripcin de las principales ventajas
y
desventajas que tienen los PLC, como elementos de control de
mquinas y
procesos.
Entre las principales ventajas destacan las siguientes: a.-
Menor tiempo empleado en la elaboracin de proyectos debido a lo
siguiente:
No es necesario elaborar el diagrama de funcional o de
contactos.
No es requerido un proceso de anlisis de las ecuaciones
lgicas
para su simplificacin, ya que el PLC posee por lo general
suficiente memoria.
La lista de materiales queda sensiblemente reducida, debido a
que
muchos componentes son reemplazados por software del PLC.
Por lo tanto al elaborar el presupuesto se elimina parte del
problema que significa tener diferentes proveedores y
diferentes
plazos de entrega.
b.- Se pueden introducir modificaciones y agregar elementos
de
control adicionales en el sistema de mando, sin que ello
provoque
necesariamente modificaciones en el cableado del circuito de
control. Las
modificaciones se hacen en el programa del PLC.
c.- El espacio que ocupa el PLC es muy reducido en comparacin
con
los grandes armarios de contactores usados en los
automatismos
tradicionales a rel y contactores.
d.- Los costos de mano de obra para la instalacin de los PLC
son
mucho menores que en los automatismos tradicionales.
e.- Economa en el mantenimiento, adems de incrementarse la
fiabilidad del sistema al ser eliminados una gran cantidad de
contactos
mviles presentes en los automatismos tradicionales. Las labores
de
-
32
mantenimiento se resumen a revisar los elementos sensores y
actuadores de
campo y que la ejecucin del programa dentro del PLC sea normal.
Por lo
general el PLC es capaz de detectar y sealar el mal
funcionamiento, tanto
de los sensores y actuadores como del mismo aparato.
f.- Es posible controlar varios equipos y procesos al mismo
tiempo y
con el mismo equipo. Por ejemplo en una vivienda, se puede
controlar el
sistema de suministro de agua, un portn automtico, el arranque
del sistema
de aire acondicionado, etctera, todo con un solo PLC.
g.- Los tiempos de puesta en marcha de los equipos se reducen
al
desaparecer prcticamente el cableado del sistema.
h.- El equipo tiene mltiples aplicaciones y si por alguna razn
se debe
prescindir de una maquina controlado por un PLC, ste puede ser
usado en
cualquier otra maquina o proceso productivo.
i.- La mayora de los PLC modernos pueden ser incorporados a
redes
industriales e informticas obtenindose un mayor grado de control
y de
monitoreo de los procesos industriales, ayudando en la
construccin de
bases de datos importantes para gestin acertada de toda la
empresa.
Como principales desventajas se han sealado las siguientes;
aunque hoy en da la tendencia es a desaparecer tales
inconvenientes:
a.- Se ha indicado que el costo de un PLC es alto; pero cada da
salen
al mercado nuevos PLC, con grandes prestaciones y precios muy
asequibles.
Por lo tanto se puede encontrar un PLC adecuado a un precio
razonable y
comparable a una solucin a travs de tableros de control
tradicional. La
inversin debe incorporar los costos que a futuro tiene la
confiabilidad del
sistema y la reduccin de los costos de mantenimiento.
b.- Como segunda desventaja se seala la necesidad de un
personal
tcnico con un entrenamiento adecuado en el rea de programacin de
los
equipos. Con respecto a esto se puede sealar que en las
Universidades,
los Institutos Universitarios de Tecnologa, los Colegios
Universitarios, INCE
-
33
y muchas otras instituciones educativas tecnolgicas en nuestro
pas,
incorporan en sus pensum de estudio de las carreras relacionadas
con la
electricidad, instrumentacin y control, materias que estudian el
PLC. Con lo
cual muchos de los profesionales nuevos que se incorporan a la
industria,
cuentan con un cierto grado de entrenamiento. Por otro lado los
principales
lenguajes de usados en la programacin de los PLC tienen mucha
afinidad
con los esquemas de control (diagramas de escalera) usados en
los
automatismos tradicionales, lo cual facilita el entrenamiento
del personal que
labora en la actualidad.
-
CAPITULO II ARQUITECTURA DE LOS PLC
-
35
CAPITULO II
ARQUITECTURA DE LOS PLC
2.1.-INTRODUCCION. Definir una arquitectura nica de un PLC es
prcticamente imposible,
ya que cada una de las corporaciones que fabrican
controladores
programables establece sus propias normas de construccin y
configura los
sistemas que ofrecen, de acuerdo a las necesidades del mercado y
a la
evolucin tecnolgica de los componentes de sus productos. Por lo
tanto sus
arquitecturas varan, a veces enormemente, de un producto a otro,
auque
tratan de mantener conectividad o capacidad de comunicacin entre
sus
lneas de diversos modelos de PLC.
Ahora bien, si cada fabricante impone en sus productos
caractersticas
que lo hacen nicos, se hace cuesta arriba entender de una manera
general
los PLC. Sin embargo hay empresas lideres mundiales, cuyos
productos
poseen arquitecturas que son seguidas por muchas otras empresas
del ramo
y presentan cierto grado de similitud.
En el captulo I se seal, que los PLC pueden tener estructura
compacta o modular, sin embargo muchos PLC que se construyen hoy
da
presentan caractersticas compactas y modulares a mismo
tiempo.
Con el propsito de presentar una idea general de la arquitectura
de
un PLC se estudiarn varios modelos de fabricantes con cierto
grado de
influencia mundial. Al observarse la forma como se han diseado
y
configurado cada uno de ellos, es posible generalizar algunos
elementos de
la arquitectura de un PLC.
Son estudiados los siguientes PLC: PLC LOGO y SIMATIC S7,
ambos de la empresa SIEMENS, PLC 5; de la empresa ALLEN
BRADLEY
y sistema Quantum Automation de MODICON del grupo SCHNEIDER.
-
36
2.2.-SISTEMA LOGO! DE SIEMENS.
El sistema Logo! De Siemens, es un pequeo PLC, la empresa lo
comercializa como un modulo lgico universal. Su estructura es
modular,
partiendo de una configuracin o modulo bsico, el cual posee ocho
entradas
y cuatro salidas. A travs de la conexin de mdulos analgicos y
digitales
se puede expandir la configuracin del sistema Logo!, y contar
con un PLC
de prestaciones amplias requeridas en muchos problemas de
control de
reas residenciales, comerciales e industriales; tales como:
control de
alumbrado, portones y puertas automticas, sistemas
hidroneumticos,
compresores de aire, equipos de aire acondicionado, manejo de
bombas,
etctera.
El modulo bsico Logo! se construye en dos variantes: uno con
pantalla y teclas de programacin, con lo cual se puede
programar
directamente el equipo. La otra versin no posee teclas ni
pantalla, por lo
que la programacin se realiza exclusivamente a travs de un
computador
personal.
En la figura 2.1 se muestra una tabla con las distintas
variantes
bsicas del sistema Logo!. Como se puede apreciar existen mdulos
bsicos
que utilizan fuentes de alimentacin diversas, cada nivel y tipo
de tensin de
alimentacin definen un modelo especfico.
Tambin se pueden apreciar que existen dos variantes para las
salidas del PLC, stas son: a rel o a transistores.
Se incluye adems en la figura 2.1, algunas orientaciones sobre
los
cdigos de identificacin y su significado para las
configuraciones o mdulos
bsicos del sistema Logo!.
-
37
Figura 2.1. mdulos bsicos del sistema Logo!. (Fuente: Manual del
sistema Logo! de SIEMENS)
-
38
Para ampliar las prestaciones del sistema Logo!, se pueden usar
dos
tipos de mdulos: mdulos digitales (DM) y mdulos analgicos (AM).
En la
figura 2.2 se muestra una tabla con los diferentes tipos de
mdulos de
ampliacin y sus caractersticas ms resaltantes.
En la figura 2.3 se muestran las formas, dimensiones y partes de
un
mdulo bsico y uno de ampliacin del sistema Logo!. Las entradas
se
identifican con la letra I (I1, I2, etc.) y las salidas con la
letra Q (Q1, Q2, etc.).
Como se aprecia en la figura 2.3, las dimensiones del equipo
bsico y
la de los mdulos de ampliacin son bastante reducidas, con lo
cual se
obtiene gran capacidad de control en poco espacio, an con
las
configuraciones mximas posibles permitidas para estos
equipos.
Figura 2. 2. mdulos para la ampliacin del sistema Logo!.
(Fuente: Manual del sistema Logo! de SIEMENS)
-
39
Figura 2. 3. Formas y dimensiones de mdulos Logo!. Fuente:
Manual del sistema Logo! de SIEMENS)
-
40
Es posible armar varias configuraciones partiendo de un
mdulo
bsico e ir agregando mdulos de ampliacin. Las posibilidades
de
combinaciones entre un mdulo bsico los mdulos de ampliacin as
como
las combinaciones posibles de mdulos de ampliacin se muestran en
la
figura 2.4.
Las configuraciones mximas que pueden ser desarrolladas con
el
sistema Logo!, se muestran en la figura 2.5.
Figura 2. 4. Posibilidades de combinacin de mdulos Logo!.
(Fuente: Manual del sistema Logo! de SIEMENS)
-
41
La forma de conectar el sistema Logo! a la fuente de alimentacin
es
simple, como puede apreciarse en la figura 2.6.
El sistema Logo! acepta principalmente entradas de tipo
digital
proveniente de sensores on/off o pulsadores, selectores,
interruptores y otros
elementos de dos posiciones, pero algunas de sus entradas pueden
ser de
tipo analgico. En la figura 2.7 se muestra la forma de conectar
los
elementos de entrada digitales o sensores digitales al sistema
Logo!.
El sistema Logo! considera una entrada digital como un uno lgico
(1)
o un cero lgico (0) de acuerdo al nivel de voltaje que presente
la seal. La
figura 2.8 muestra una tabla con las referencias de voltajes
considerados
como 1 o 0 por las diferentes variantes del sistema Logo!.
Figura 2. 5. Configuraciones mximas de Logo!. (Fuente: Manual
del sistema Logo! de SIEMENS)
-
42
Figura 2. 6. Conexin de fuente de voltaje al sistema Logo!
(Fuente: Manual del sistema Logo! de SIEMENS)
Figura 2. 7 Conexin de sensores al sistema Logo!. (Fuente:
Manual del sistema Logo! de SIEMENS)
-
43
Figura 2. 8. Referencias de niveles de voltajes para entradas
digitales del sistema Logo!. (Fuente: Manual del sistema Logo! de
SIEMENS)
-
44
La conexin de sensores analgicos o entradas analgicas al
sistema
Logo! se muestran en la figura 2.9, para un mdulo de ampliacin
analgico.
Se puede medir corrientes de 0 a 20 mA., tensiones de 0 a 10
voltios, se
pueden colocar sensores de temperatura, etctera. Las seales
analgicas
son convertidas a valores digitales de 0 a 1000.
Los actuadores del sistema de control se conectan a las unidades
de
salida del sistema Logo!. El sistema se presenta con dos
variantes o tipos de
salida: salida a rel y salida a transistores. La figura 2.10
muestra la forma
de conectar los actuadores al sistema Logo!, De acuerdo con el
tipo de salida
que presente.
Los actuadores colocados en las salidas a rel pueden ser de
varios
niveles de tensin y de AC o DC, mientras que las salidas a
transistores
operan solo a 24 voltios DC.
La programacin del sistema Logo! se pude realizar a travs de
las
teclas incorporadas en el mdulo bsico o por medio de una
computadora
personal (PC). Los sistemas bsicos que no poseen pantalla, se
programan
Figura 2. 9. Conexin de entradas analgicas al sistema Logo!.
(Fuente: Manual del sistema Logo! de SIEMENS)
-
45
exclusivamente a travs de la PC. El software utilizado se
denomina
Logo!soft Confort.
Conexin para salida a rel.
Conexin para salida a transistores.
Figura 2. 10. Conexin de salidas del sistema Logo!. (Fuente:
Manual del sistema Logo! de SIEMENS)
-
46
El lenguaje de programacin utilizado (Logo!soft confort), se
basa en
redes de compuertas y mdulos funcionales que realizan
funciones
especficas y que se interconectan para construir un automatismo.
En la
figura 2.11 se muestra un ejemplo de una red de compuertas para
un control
automtico implementado en un sistema Logo!. En el captulo III
se
profundiza sobre las redes de compuertas y otras formas de
lenguaje de
programacin de los PLC.
El software incorpora mltiples funciones lgicas, de tiempo,
de
memoria, contadores, reloj, etctera. Con lo cual se obtiene una
gran
prestacin para este pequeo PLC.
A fin de estudiar en detalle el sistema Logo! de SIEMENS, se
recomienda revisar el manual del sistema Logo! del
fabricante.
Figura 2. 11 Red de compuertas para automatismo programado en
Logo!soft Confort. (Fuente: Manual del sistema Logo! de
SIEMENS)
-
47
2.3.-SISTEMA SIMATIC S7-200 DE SIEMENS.
La lnea de PLC Simatic S7-200 de la empresa SIEMENS consta
de
cuatro unidades bsicas, cada una de ellas con diferentes
cantidades de
entradas y de salidas y una variedad de elementos o mdulos de
ampliacin.
Las unidades bsicas comercializadas en la actualidad son las
siguientes:
CPU 221, CPU 222, CPU 224, CPU 226 y CPU 226 XM.
La empresa SIEMENS ha comercializado anteriormente la lnea
Simatic S7-200 a travs de los siguientes mdulos bsicos: CPU 212,
CPU
214, CPU 215 y CPU 216, stas configuraciones son de 16 Bits,
mientras
que las nuevas versiones son de 32 Bits. En la figura 2.12 se
muestran las
CPU de la lnea Simatic S7-200.
En la figura 2.13 se muestra una tabla donde se resaltan las
principales caractersticas de las CPU de la lnea Simatic
S7-200.
Con excepcin de la CPU 221, todas las dems aceptan mdulos de
expansin que incrementan las prestaciones de la serie.
Figura 2. 12 CPU del sistema Simatic (Fuente: Catlogo del
sistema Simatic S7-200 de SIEMENS).
-
48
En la figura 2.14 se muestra una tabla con los diferentes mdulos
de
ampliacin que se ofrecen para los distintos PLC de la serie
Simatic S7-200.
Como puede observarse, las ampliaciones son de dos tipos:
digitales
o analgicas y es posible incrementar el nmero de salidas y/o de
entradas
de todo el sistema. Las ampliaciones incluyen mdulos de conexin
a redes
industriales.
La tensin de alimentacin de las CPU puede ser seleccionada en
24
voltios de corriente continua o 120 a 240 voltios en corriente
alterna. En la
figura 2.15 se muestra como conectar la fuente de alimentacin de
corriente
alterna AC o continua CC, a las CPU del sistema.
Figura 2. 13 Principales caractersticas de la lnea Simatic
S7-200. (Fuente: Manual del sistema de Automatizacin S7-200 de
Siemens)
-
49
Las diferentes CPU de la serie que se est analizando (CPU
221...
CPU 226) usan entradas opto-acopladas, alimentadas con una
fuente de 24
voltios de DC para conectar los sensores, mientras que las
salidas pueden
ser de 24 voltios DC (salidas a transistores) o 120 a 240
voltios AC (salidas a
rel). La figura 2.16 muestra la forma de conectar las entradas y
las salidas
a la CPU de acuerdo al tipo de alimentacin usado.
Algunas CPU antiguas del sistema S7-200 usan corriente alterna
del
mismo nivel que la alimentacin con el propsito de suministrar
tensin a los
diferentes sensores y por lo tanto; como tensin de entrada a la
CPU.
Figura 2. 14 Mdulos de ampliacin de la serie Simatic S7-200.
(Fuente: Manual del sistema de Automatizacin S7-200 de Siemens)
Figura 2. 15 Conexin de la CPU del sistema S7-200 (Fuente:
Manual del sistema de Automatizacin S7-200 de Siemens)
-
50
Los mdulos de ampliacin digitales del sistema pueden ser de
corriente continua o alterna. La figura 2.17 muestra la forma de
conectar los
diferentes elementos de entrada y de salida para diferentes
tensiones de
alimentacin.
Los mdulos de ampliacin analgicos usan como fuente de
alimentacin 24 voltios de DC. Dicho nivel de tensin, por lo
general, es
suministrado por la CPU. La figura 1.18 muestra la conexin de
estos
mdulos a los diferentes elementos de entrada y salida del
sistema de control
automtico.
Figura 2. 16 Conexin de las entradas y salidas a la CPU del
sistema S7-200. (Fuente: Manual del sistema de Automatizacin S7-200
de Siemens)
-
51
La programacin del sistema Simatic S7-200 se realiza usando
el
software STEP 7-Micro/WIN, comercializado por Siemens. Es
necesario el
uso de un computador personal y un cable de conexin entre el PC
y la CPU,
con el propsito de cargar en el PLC, el programa creado en la
PC. El
mencionado software permite la edicin de programas de tres
maneras
distintas. La edicin en KOP es una estructura de programacin
basada en
redes de escalera. La edicin AWL visualiza los programas a travs
de una
lista de instrucciones. Y por ltimo la edicin FUP usa los
logigramas o
diagramas de compuertas para desarrollar los programas. El
software
Figura 2. 17 Conexin de las entradas y salidas a los mdulos
digitales de expansin del sistema S7-200. (Fuente: Manual del
sistema de Automatizacin S7-200 de Siemens)
-
52
permite observar un mismo programa de aplicacin en sus
diferentes
versiones o ediciones.
El software incorpora un conjunto de funciones que hacen del
sistema
Simatic S7-200 un poderoso PLC de amplias prestaciones, adems
se
cuenta con asistentes que facilitan la construccin de programas
de
aplicacin.
Con el propsito de conocer detalladamente el sistema de
automatizacin Simatic S7-200, se recomienda revisar el manual de
dicho
sistema.
Figura 2. 18 Conexin de las entradas y salidas a los mdulos
analgicos de expansin del sistema S7-200. (Fuente: Manual del
sistema de Automatizacin S7-200 de Siemens)
-
53
2.4.-SISTEMA PLC-5 / 1771 DE ALLEN BRADLEY.
El sistema PLC-5 /1771 es un PLC modular fabricado por la
empresa
Allen Bradley. La configuracin bsica parte de un chasis de
entradas/salidas (chasis E/S 1771), especialmente diseado para
contener
los diferentes elementos que conforman el PLC.
Los diferentes mdulos que conforman el sistema PLC-5 / 1771
son
los siguientes:
El chasis.
La fuente de poder.
El procesador.
Mdulos de entradas/salidas digitales (E/S digitales).
Mdulos de entradas/salidas analgicas (E/S analgicas).
Mdulos de comunicacin a otros chasis con E/S adicionales.
Mdulos de comunicacin con redes industriales.
E/S distribuidas.
Software de programacin.
Accesorios de conexin.
En la figura 2.19 se pueden observar los diferentes
elementos
mencionados.
La modularidad que presenta el PLC-5 / 1771 permite
configurar
aplicaciones a la medida y con una gran capacidad de
conectividad con otros
elementos de control compatibles con el sistema principal.
En la figura 2.20 se muestran dos posibles configuraciones del
sistema
PLC-5 / 1771, la primera de ellas es una configuracin sencilla
donde solo se
cuenta con un chasis que contiene la fuente y el procesador, en
sta
configuracin se puede alcanzar un mximo de 512 E/S.
-
54
Figura 2. 19. Mdulos del sistema PLC-5 /1771. (Fuente: manual
del sistema PLC-5 / 1771 de Allen Bradley)
-
55
La segunda configuracin es mucho ms compleja y se pueden
direccionar hasta 3072 E/S, utilizando mdulos adicionales de E/S
y
comunicacin a travs de redes.
A continuacin se estudiarn algunos detalles de los
principales
componentes que conforman la arquitectura del PLC-5 / 1771.
Configuracin bsica.
Configuracin compleja.
Figura 2.20. Configuraciones posibles del sistema PLC-5 / 1771.
(Fuente: Manual del PLC-5 / 1771 de Allen Bradley)
-
56
El chasis sirve de soporte para todos los elementos que integran
el sistema PLC-5 / 1771, este viene en versiones de 1, 2, 4, 8, 12
y 16 ranuras
para colocar los diferentes mdulos, uno por cada ranura. En la
figura 2.21
se muestra una tabla de seleccin para los diferentes modelos de
chasis.
Figura 2. 21. Modelos de chasis del sistema PLC-5 / 1771.
(Fuente: Manual del PLC-5 / 1771 de Allen Bradley)
-
57
La fuente de poder requerida para la operacin del sistema se
obtiene a travs de mdulos que se conectan en una o dos ranuras
del
chasis. Los circuitos electrnicos del sistema operan a con una
tensin de 5
voltios de corriente continua (5 VDC). Los chasis tipo 1771 PSC
y AM estn
diseados especialmente para colocar fuentes de poder y
conectarse al
backplane del chasis de E/S con cables conectivos especiales. En
la figura
2.22 se muestra las caractersticas de las fuentes disponibles
para el sistema
PLC-5 / 1771.
Mdulo de fuente de alimentacin elctrica en un chasis de
alimentacin elctrica 1771-PSC conectado a un chasis de E/S
Mdulo de fuente de alimentacin elctrica insertados en chasis de
E/S
Figura 2. 22. Fuentes de alimentacin del sistema PLC-5 / 1771.
(Fuente: Manual del PLC-5 / 1771 de Allen Bradley)
-
58
El procesador es un mdulo de ranura nica que se coloca en el
extremo izquierdo del chasis E/S 1771. Est disponible en una amplia
gama
de configuraciones de E/S, de memoria y posibilidades de
comunicacin.
Cada procesador tiene incorporado un puerto de comunicacin que
puede
ser configurado para:
Una red Data Highway plus.
Una red de E/S remotas universales.
Adems cada procesador posee un puerto Ethernet,
adicionalmente
se pueden incorporar puertos adicionales Ethernet, DeviceNet
usando
mdulos apropiados. En la figura 2.23 se muestran las tres
categoras de
procesadores que pueden usarse en el sistema PLC-5 / 1771.
Figura 2. 22. Continuacin...
-
59
Como se puede apreciar en la tabla aparecen tres categoras
de
procesadores, las cuales dependen de las posibilidades de
comunicacin con
unidades de E/S locales, locales extendidas, universales
remotas, DeviceNet
y ControlNet. Las capacidades mximas de direccionamiento de
unidades
de entradas y salidas se muestran tambin en la tabla, para cada
una de las
categoras de procesadores.
En las tablas mostradas en la figura 2.24 se muestran ms
detalles
relacionados con los procesadores, tales como capacidad de
memoria,
combinaciones de E/S, tiempos de ejecucin de instrucciones,
cantidad
mxima de chasis que puede direccionar, puertos, corriente de
carga del
backplane. La figura 2.23 muestra solo los procesadores
estndar.
Figura 2. 23. Tabla de categoras de procesadores del sistema
PLC-5 / 1771. (Fuente: Manual del PLC-5 /1771 de Allen Bradley)
-
60
Figura 2. 24. Procesadores estndar del sistema PLC-5 / 1771.
(Fuente: Manual del PLC-5 / 1771 de Allen Bradley)
-
61
Los mdulos de entradas digitales son circuitos electrnicos que
permiten conectar los sensores externos, tales como: pulsadores,
finales de
carrera, detectores de proximidad, contactos, etc. al circuito
interno o de
procesamiento del PLC. La fuente de alimentacin de los sensores
es
diferente a la del circuito interno del PLC y el sistema de
acoplamiento de
seal es a travs de opto-acopladores presentes en las unidades de
entrada.
Figura 2. 24. Continuacin...
-
62
En la figura 2.25 se muestra una tabla con los mdulos de
entradas
del sistema PLC-5 / 1771. Estos pueden ser tanto de corriente
alterna (CA)
como de corriente continua (CC), algunos diseados para
aplicaciones
especficas.
Figura 2. 25. Mdulos de entradas del sistema PLC-5 / 1771.
(Fuente: Manual del PLC-5 / 1771 de Allen Bradley)
-
63
Los mdulos de salidas digitales conectan los dispositivos
accionadores tales como: bobinas de contactores, rels,
electro-vlvulas
neumticas, luces pilotos, etc. Al igual que las entradas las
salidas son opto-
acopladas y pueden operar a diferentes voltajes de CA y CC. Las
salidas
pueden ser de rel, de transistores o de triacs. En la figura
2.26 se muestra
una tabla con las caractersticas ms resaltantes de los mdulos de
salidas a
rel, para ver las caractersticas de los otros mdulos de salida
ver el manual
del sistema.
Figura 2. 26. Mdulos de salidas digitales del sistema PLC-5 /
1771. (Fuente: Manual del PLC-5 / 1771 de Allen Bradley)
-
64
Los mdulos de E/S analgicas se utilizan para realizar las
conversiones analgico/digital (A/D) o digital/analgico (D/A)
necesarias para
interconectar directamente seales a la tabla interna de seales
digitales
(bits) del PLC. En la tabla 2.27 se muestra un grupo de mdulos
utilizados
para el sistema PLC-5 / 1771. Existen muchos mdulos con
aplicaciones
especficas, para profundizar sobre el tema se recomienda revisar
el manual
del equipo.
Figura 2. 27 Mdulos de E/S analgicas del sistema PLC-5 / 1771.
(Fuente: Manual del PLC-5 / 1771 de Allen Bradley)
-
65
Los mdulos de comunicacin permiten conectar puertos adicionales
al procesador y as conformar una red distribuida de control a
travs de una planta industrial. El sistema PLC-5 / 1771 tiene
posibilidades
de comunicarse a travs de las siguientes redes: DeviceNet,
EtherNet,
ControlNet, Data Highway Plus, RS-232-C (DF1), Red universal de
E/S
remotas y Vnculos de E/S locales extendidas.
La figura 2.28 muestra los diferentes mdulos utilizados para
ampliar
los puertos de comunicacin del PLC. La figura 2.29 muestra
algunas
configuraciones tpicas del sistema PLC-5 / 1771 conectado en
redes
industriales.
Figura 2. 28. Mdulos de comunicacin del sistema PLC-5 / 1771.
(Fuente: Manual del PLC-5 / 1771 de Allen Bradley)
-
66
La programacin del sistema PLC-5 / 1771, requiere del uso
del
software RSLogix 5 comercializado por Allen Bradley para el
sistema en
estudio, el cual usa una PC con sistema operativo Windows 95, 98
y NT. Se
puede programar en lenguaje de escalera, texto estructurado (STX
Structure
text) y grfico de secuencia estructurada (SFC Sequential
Function Chart),
tambin conocido como GRAFCET.
Figura 2. 29. Configuraciones tpicas de redes que integran el
sistema PLC-5 / 1771. (Fuente: Manual del PLC-5 / 1771 de Allen
Bradley)
-
67
2.5.-SISTEMA QUANTUM AUTOMATION DE MODICON.
El sistema Quantum Automation de MODICON es un PLC modular y
escalable o ampliable, lo cual permite su adaptacin a una gran
cantidad de
aplicaciones en sistemas industriales.
El sistema puede manejar hasta 448 unidades de
entradas/salidas
(E/S) en un solo gabinete, o se puede alcanzar a travs de
configuraciones
de red un mximo de 64000 E/S.
Los procesadores del sistema se basan en tecnologa Intel y
sus
memorias van desde 256 Kb, hasta 4 Mb.
Los elementos que componen el sistema son los siguientes:
Chasis, bastidor o backplane.
Procesador o CPU.
Fuente de alimentacin.
Mdulos de entrada/salida digital o discreto.
Mdulos de entrada/salida analgicos.
Mdulos de comunicacin.
Mdulos especiales.
Otros accesorios.
En la figura 2.30 se muestra un diagrama de conexin del
sistema
Quantum Automation. La CPU se ubica en el mdulo local y
existen
estaciones distribuidas de E/S (DIO) y estaciones remotas de E/S
(RIO) las
cuales se conectan con la estacin local o maestra a travs de
redes
industriales especiales.
El sistema Quantum Automation permite la comunicacin con las
siguientes redes industriales: Modbus, Modbus plus, E/S remotas,
Ethernet
TCP/IP, Ethernet MMS, Interbus, LonWorks, SERCOS.
-
68
A continuacin se describe brevemente los principales
componentes
del sistema.
El chasis o bastidor es la estructura o soporte donde se colocan
todos los componentes o mdulos del sistema Quantum. El bastidor
se
encarga de proveer las seales de comunicacin y la distribucin de
energa
para los diferentes mdulos conectados. Los bastidores tienen las
siguientes
capacidades en lo referente a ranuras para insertar o aceptar
mdulos:
Chasis de 2, 3, 4, 6,10, 16 ranuras (slots).
En la figura 2.31 se muestran los diagramas de los chasis y
sus
referencias. La mayora de los mdulos del sistema Quantum ocupan
una
sola ranura en el chasis y se pueden ubicar en cualquier
posicin.
Figura 2. 30. Esquema bsico de un sistema Quantum Automation.
(Fuente: Gua de referencia del hardware del sistema Quantum
Automation de MODICON)
-
69
La fuente de alimentacin son mdulos que suministran la energa al
chasis y sirve adems como filtro contra ruidos y parsitos del
sistema
elctrico. La fuente de poder toma el suministro de energa local
y
transforma en una fuente de tensin de 5 voltios de DC requeridos
por el
Figura 2. 31. BackPlane o chasis del sistema Quantum. (Fuente:
Gua de referencia del hardware del sistema Quantum Automation de
MODICON)
-
70
CPU, los mdulos de entrada/salida y de comunicacin. La
energa
requerida por las seales de los sensores de campo es
suministrada por
otras vas. Los mdulos pueden conectarse de tres maneras
diferentes para
suministrar una mayor cantidad de potencia, se colocan como
fuente
independiente, en paralelo o aditivas independientes y en
configuracin de
respaldo o redundantes.
En la figura 2.32 se muestra un mdulo tpico y las referencias
de
diversas fuentes compatibles con el sistema Quantum.
Figura 2. 32. Mdulos de alimentacin del sistema Quantum.
(Fuente: Gua de referencia del hardware del sistema Quantum
Automation de MODICON)
-
71
Las CPU del sistema Quantum estn basadas en tecnologa Intel y
poseen diversas capacidades de memoria y comunicacin. Estn
colocadas
en el bastidor principal y sirve de controlador maestro para
gobernar
unidades de entrada/salida locales, remotas y distribuidas del
sistema.
En la figura 2.33 se muestra un mdulo de CPU para el sistema
Quantum, se destacan los puertos de comunicacin incorporados. La
figura
2.34 se detallan algunas caractersticas de los mdulos de CPU que
pueden
ser usados en el sistema.
Los puertos de comunicacin del sistema Quantum no se limitan a
los
ubicados en el CPU sino que adems se pueden usar mdulos
adicionales
que permiten ampliar las posibilidades de comunicacin del
sistema.
Figura 2. 33. Modulo de CPU tpico del sistema Quantum. (Fuente:
Gua de referencia del hardware del sistema Quantum Automation de
MODICON)
-
72
Los mdulos de entras/salidas (E/S) digitales permiten conectar
las seales lgicas de campo (pulsadores, selectores contactos etc.)
y las
respuestas o salidas digitales, que conectan los actuadores
(bobinas,
vlvulas solenoides etc.) al procesador del sistema Quantum. El
sistema
cuenta con una gran diversidad de stos mdulos lo cual permite
ingresar al
procesador una variedad de seales provenientes de los procesos
de control
e igualmente los mdulos de salida conectan una gran diversidad
de
elementos de accionamiento.
Todos los mdulos de E/S Quantum estn poseen acoplamiento
ptico entre las seales de campo y el bus del procesador, con lo
cual se
resguarda el circuito electrnico interno de sistema.
La figura 2.35 muestra un mdulo estndar de E/S digital. En la
figura
2.36 se muestran algunos mdulos de entrada digital y en la
figura 2.37
mdulos de salida. Como se aprecia en las tablas de muestra,
las
combinaciones de cantidad de salidas y tensiones de conexin son
bastante
diversas.
Figura 2. 34. Referencias de las CPU del sistema Quantum.
(Fuente: Gua de referencia del hardware del sistema Quantum
Automation de MODICON)
-
73
El sistema Quantum cuenta con mdulos que poseen entradas y
salidas digitales combinadas en una misma estructura. En la
figura 2.38 se
dan las caractersticas bsicas de los mencionados mdulos.
Como se puede notar en las diferentes tablas de E/S, se requiere
de
una fuente independiente para alimentar los captadores y
actuadores. La
fuente puede ser de AC o de DC y de varios niveles de
magnitud.
Los mdulos poseen diodos emisores de luz (LED) que permiten
observar en todo momento los estados de las diferentes entradas
y salidas
conectadas.
El software de programacin del PLC permite configurar de
manera
apropiada los diferentes mdulos de E/S, dndole una direccin nica
a cada
uno de ellos y a cada entrada o salida del sistema Quantum.
Figura 2. 35. Mdulo de E/S del sistema Quantum. (Fuente: Gua de
referencia del hardware del sistema Quantum Automation de
MODICON)
-
74
Figura 2. 36. Mdulos de entrada del sistema Quantum. (Fuente:
Gua de referencia del hardware del sistema Quantum Automation de
MODICON)
-
75
Figura 2.37. Mdulos de salida digital del sistema Quantum.
(Fuente: Gua de referencia del hardware del sistema Quantum
Automation de MODICON)
-
76
Los mdulos de entradas/salidas analgicas del sistema Quantum
permiten la conversin de seales de corriente o tensin, de
magnitud
analgica en seales digitales que usa el microprocesador Quantum,
as
como tambin el cambio de seales digitales provenientes del
procesador en
seales analgicas que van a controlar dispositivos de campo. La
seal
elctrica de corriente o voltaje proviene; por lo general, de
instrumentos de
medicin de temperatura, presin, caudal y otras seales
involucradas en los
sistemas de control. La figura 2.39 muestra un mdulo de E/S
tpico.
Los mdulos E/S analgicos presentan varias configuraciones, en
la
figura 2.40 se muestra una tabla de mdulos de entradas
analgicos. La
figura 2.41 muestra mdulos E/S de salidas analgicas. Tambin
hay
mdulos que tienen, tanto entradas como salidas analgicas, los
cuales se
muestran en la figura 2. 42. Todos los mdulos son configurables
y tienen
desde 2 hasta 16 canales de entradas.
Figura 2. 38. Mdulos de E/S combinados del sistema Quantum.
(Fuente: Gua de referencia del hardware del sistema Quantum
Automation de MODICON)
-
77
1.- Nmero de Modelo y cdigo de colores. 2.- Panel de diodos LED
indicadores. 3.- Puerta removible y etiqueta. 4.- Regleta de
conexiones.
Figura 2.39. Mdulo de E/S analgico tpico. (Fuente: Gua de
referencia del hardware del sistema Quantum Automation de
MODICON)
Figura 2.40. Mdulos de entrada analgica del sistema Quantum.
(Fuente: Gua de referencia del hardware del sistema Quantum
Automation de MODICON)
-
78
Figura 2. 41. Mdulos de salida analgica del sistema Quantum.
(Fuente: Gua de referencia del hardware del sistema Quantum
Automation de MODICON)
Figura 2. 42. Mdulo combinado de entradas y salidas del sistema
Quantum. (Fuente: Gua de referencia del hardware del sistema
Quantum Automation de MODICON)
-
79
Los mdulos de comunicacin del sistema Quantum permiten ampliar
la cantidad de puertos de comunicacin bsicos que tiene el
microprocesador del sistema. En la figura 2.43 se muestra una
tabla donde
se sealan los diferentes mdulos para las diversas redes de
comunicacin
compatibles con el sistema Quantum. Se pueden utilizar
combinaciones de
estas redes para proporcionar arquitecturas de comunicacin
sencillas y de
altas prestaciones que cumplan los exigentes requisitos de
conectividad de
ordenadores y controladores.
Figura 2. 43. Mdulos de comunicacin del sistema Quantum.
(Fuente: Gua de referencia del hardware del sistema Quantum
Automation de MODICON)
-
80
Los mdulos especiales del sistema Quantum son dispositivos
diseados para realizar tareas especficas dentro de un sistema
de
automatizacin, entre los cuales estn los siguientes: mdulos
contadores,
mdulos de interfase ASCII, mdulos interruptores de alta
velocidad,
mdulos para el control de movimiento en un solo eje,
etctera.
La programacin del sistema Quantum Automation se realiza a
travs
del software Concept, el cual es comercializado por el grupo
Schneider. El
software trabaja en ambiente Windows y posee cinco editores
compatibles
con la norma IEC 61131-3, sobre lenguajes de PLC.
-
CAPTULO III BASES LGICAS DE UN AUTOMATISMO Y NORMA
INTERNACIONAL PARA LOS CONTROLADORES PROGRAMABLES.
-
82
CAPTULO III BASES LGICAS DE UN AUTOMATISMO Y NORMA
INTERNACIONAL PARA LOS CONTROLADORES PROGRAMABLES.
3.1.-INTRODUCCIN.
La concepcin moderna del automatismo dej atrs los grandes
cuadros de control con infinidad de rels y otros dispositivos
interconectados
a travs de conductores, stos han sido sustituidos por pequeos
y
poderosos controladores programables. Esto ha conllevado a
cambios
profundos en la concepcin del circuito elctrico del control,
transformando
los esquemas de rels en programas que se corren en computadoras
y
controladores programables, haciendo posible el desarrollo de
aplicaciones
con un alto grado de complejidad.
En el presente captulo se estudia la manera de convertir un
problema
clsico de automatismo utilizando rels y contactores en un
problema lgico
que pueda ser transformado en un programa que ejecute la misma
funcin
de control y sea ejecutado en un controlador programable.
La formulacin lgica del problema de control elctrico o de un
automatismo conlleva a la presentacin del problema en cuatro
formas
basadas en el lgebra booleana, stas son: las ecuaciones
booleanas, la
lista de instrucciones, el diagrama de escalera y el diagrama de
compuertas.
Estas cuatro formulaciones son bsicas en la definicin de
lenguajes
estndar patrocinado por la Comisin Electrotcnica
Internacional.
Se incluye en el captulo la presentacin de la norma IEC-61131,
la
cual representa un importante estndar internacional para el
desarrollo y
programacin de los controladores programables.
-
83
3.2.-FORMULACIN LGICA D
