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UNIDAD I

Introducción a la Programación

y Funciones Lógica

Tecsup Virtu@l Automatización Lógica Programable

Índice

MÓDULO 1: PROGRAMACIÓN BÁSICA Unidad I: INTRODUCCIÓN A LA PROGRAMACIÓN Y FUNCIONES LÓGICAS 1. Tableros eléctricos de automatización basados en relés ........................................... 1

1.1 Introducción ......................................................................................... 1 1.2 Objetivos ............................................................................................. 2 1.3 Contenido............................................................................................. 2

1.3.1 El tablero eléctrico....................................................................... 2 1.3.2 Ventajas y desventajas de los tableros eléctricos............................... 3 1.3.3 El PLC como alternativa al automatismo.......................................... 5 1.3.4 Ventajas de los PLCs respecto a la lógica convencional........................ 6 1.3.5 Comparación técnico-económico de automatización con PLC versus

equipos convencionales................................................................ 9 1.4 Resumen ........................................................................................... 13 1.5 Preguntas de autocomprobación ............................................................ 14

2. Funciones lógicas básicas ................................................................................ 15 2.1 Introducción ....................................................................................... 15 2.2 Objetivos ........................................................................................... 15 2.3 Contenidos ......................................................................................... 15

2.3.1 Función lógica Y (AND).............................................................. 15 2.3.2 Función lógica O (OR)............................................................... 18 2.3.2 Función lógica NO (NOT) .......................................................... 20 2.3.3 Funciones lógicas combinatorias ................................................... 23

3. Respuestas a las preguntas de autocomprobación................................................ 26 4. Bibliografía ................................................................................................... 26


1

1. TABLEROS ELÉCTRICOS DE AUTOMATIZACIÓN BASADOS EN RELÉS

1.1 INTRODUCCIÓN Todos nosotros, los técnicos que de una u otra manera hemos tenido la oportunidad de reparar o mantener tableros eléctricos, hemos invertido, dependiendo del tipo de falla, poco o mucho tiempo, en función de la complejidad de los equipos, cantidad de ellos y la experiencia del técnico.

Planta industrial

Al terminar este capítulo Ud. estará en condiciones de reconocer otra alternativa de automatización, que permitirá ahorrar tiempo y dinero, sin cambiar las reglas de juego conocidas. Para optimizar su aprendizaje contará con un texto, donde encontrará toda la información acerca del PLC, así también los conceptos fundamentales de la programación para que Ud. esté en condiciones de realizar sus prácticas en el laboratorio. Es importante que Ud. lea toda la información proporcionada en el texto correspondiente a cada módulo.

Ahora seguro se preguntará, cuál es esa otra alternativa o EQUIPO que debe realizar todas esas funciones complejas de un tablero.

Automatización Lógica Programable Tecsup Virtu@l

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Si ha culminado esta primera parte, es recomendable revisar -antes de ir a sus sesiones de laboratorio- su manual de laboratorio. En los días programados para la práctica, Ud. deberá acercarse al laboratorio con su respectivo manual. Este procedimiento de autoaprendizaje deberá realizarlo para cada sesión del curso.

1.2 OBJETIVOS

• Diferenciar las ventajas y desventajas de un tablero eléctrico convencional. • Identificar al PLC (Controlador Lógico Programable) como dispositivo

electrónico utilizado para la automatización. • Diferenciar las ventajas y desventajas del PLC. • Comparar un proyecto diseñado a base de lógica convencional y utilizando un

PLC. • Comparación técnico-económico de automatización con PLC versus equipos

convencionales.

1.3 CONTENIDOS

1.3.1 EL TABLERO ELÉCTRICO

¿Qué es un tablero eléctrico? Un tablero eléctrico de automatización es aquel que está constituido por equipos electromagnéticos, tales como relés auxiliares, contadores, temporizadores electrónicos, temporizadores neumáticos, etc. ¿Cuál es su función? Es albergar diferentes dispositivos eléctricos, electrónicos, etc. que gobiernen la lógica y energicen cargas, tales como motores, generadores, máquinas de procesos, etc., o sea, todo aquello que necesite la industria para controlar el funcionamiento de las máquinas. Ud. se preguntará, ¿Hace cuánto tiempo que existen estos dispositivos? Estos datan desde principios de siglo. Sin duda estos equipos aún constituyen, en algunas empresas, el soporte para la automatización de sus procesos industriales, especialmente en países en desarrollo. A continuación se sintetizan las ventajas y desventajas de los tableros eléctricos a base de relés.


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1.3.2 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS TABLEROS ELÉCTRICOS

Es importante destacar las ventajas y desventajas, para poder compararla con otras alternativas. Ventajas • La totalidad de sus componentes se pueden adquirir rápidamente. • Su estudio, fabricación e instalación es muy difundido desde hace

décadas. • La adaptación de los responsables del mantenimiento es rápida,

debido a que todo es conocido. • Se enseña en todas las universidades, institutos técnicos y escuelas

técnicas. • Existe gran cantidad de material de consulta, tales como libros,

revistas, catálogos, separatas, etc., y aprender su lógica resulta sencilla.

• No existen inconvenientes en cuanto al lugar de su instalación, ya

que todos los equipos son de ambientes industriales, salvo en aquellas zonas donde puedan existir fugas de gases explosivos.

Desventajas

• El costo de estos tableros es alto, incrementándose de acuerdo al

tamaño del proceso a automatizar. • Generalmente ocupan mucho espacio. • Requiere mantenimiento periódico, debido a que gran parte de sus

componentes están constituidos por piezas móviles sujetos a desgaste.

• Cuando se origina una falla es muy laboriosa su ubicación y

reparación. • No son versátiles, solamente se les pueden utilizar para una

determinada aplicación. • Con el tiempo disminuye su disponibilidad, debido al incremento de la

probabilidad de fallas.

• No es posible, con equipos electromecánicos, sensar señales de alta frecuencia, para ello se requiere el apoyo de la electrónica.

• En tableros grandes el consumo de energía es representativa.


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• No permite una comunicación directa entre todos sus componentes,

es necesario hacer varias modificaciones, adquiriendo para ello, equipos de interfases, elevando de esta forma su costo.

¿Qué apariencia tienen?

Tablero eléctrico convencional.

Relés auxiliares en un tablero eléctrico convencional.

Claro, con tal cantidad de equipos con que está construido el tablero eléctrico, debe ser tedioso encontrar una falla.

Analizando las desventajas que se han señalado acerca de los tableros eléctricos convencionales, donde para muchas empresas no es tolerable aceptar alguna de ellas, es conveniente, sobre todo, en el aspecto económico, discutir su uso.


5

Téngase presente que existe otra alternativa moderna que elimina casi la totalidad de estas desventajas, y por el contrario, disponen de mayor capacidad para realizar más de lo necesario.

1.3.3 EL PLC COMO ALTERNATIVA AL AUTOMATISMO

Muchos de ustedes, en más de una oportunidad, han escuchado hablar del PLC, o lo que es lo mismo, el CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE, ¿No es así? Pero … ¿Qué es un PLC? El PLC es la denominación dada al Controlador Lógico Programable, y se define como un equipo electrónico inteligente diseñado en base a microprocesadores, que consta de unidades o módulos que cumplen funciones específicas, tales como, una unidad central de procesamiento (CPU), que se encarga de casi todo el control del sistema, módulos que permiten recibir información de todos los sensores y comandar todos los actuadores del sistema, además es posible agregarle otros módulos inteligentes para funciones de pre-procesamiento y comunicación. El PLC es utilizado para automatizar sistemas eléctricos, electrónicos, neumáticos e hidráulicos de control discreto y análogo. Las múltiples funciones que pueden asumir estos equipos en el control, se debe a la diversidad de operaciones a nivel discreto y análogo con que dispone para realizar los programas lógicos sin la necesidad de contar con equipos adicionales. Pero… ¿Es eso todo? … NO Es importante, también, resaltar el bajo costo que representa respecto a una serie de equipos que cumplen las mismas funciones, tales como: relés auxiliares, temporizadores, contadores, algunos tipos de controladores, etc. Pero no solamente el PLC está limitado a realizar este trabajo, sino a múltiples funciones avanzadas. A las diversas ventajas que tiene el PLC respecto a la alternativa convencional, se suma la capacidad que tiene para integrarse con otros equipos, a través de redes de comunicación. Esta posibilidad toma, cada día, mayor aceptación en la industria, por su capacidad de comunicarse con otros equipos y por el costo adicional razonable. Son estas las razones que obligan a analizar, antes de tomar una decisión, cuándo se requiere automatizar un sistema; sin duda, hoy en día el PLC representa una buena alternativa para la automatización.


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1.3.4 VENTAJAS DE LOS PLCs RESPECTO A LA LÓGICA CONVENCIONAL

Son muchas las ventajas que resaltan, a simple vista, el empleo de los PLCs para automatizar sistemas, desde aplicaciones básicas hasta sistemas muy complejos. Actualmente, su uso es tan difundido que ya no se requiere mucho análisis para decidir qué técnica emplear: si la lógica cableada en base a relés o la lógica programada en base al PLC. Sin embargo, a continuación se fundamenta cada una de estas ventajas, con el propósito que el lector reconozca mejor el panorama. Menor costo Las razones que justifican una mayor economía a la alternativa del uso del PLC, especialmente en aplicaciones complejas, se da porque prescinde del uso de dispositivos electromecánicos y electrónicos, tales como: relés auxiliares, temporizadores, algunos controladores, contadores, etc., ya que estos dispositivos simplemente deben ser programados en el PLC sin realizar una inversión adicional. El costo que implica invertir en los equipos anteriormente señalados, es muy superior al costo del PLC, además de otras ventajas con que cuenta y no son cuantificadas.

Menor espacio Un tablero de control que gobierna un sistema automático mediante un PLC, es mucho más compacto que un sistema controlado con dispositivos convencionales (relés, temporizadores, contadores, controladores, etc.) esto se debe a que el PLC está en capacidad de asumir todas las funciones de control. La diferencia de espacio se hace muy notable, cuando por medios convencionales se cuenta con varios tableros de control. Confiabilidad


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La probabilidad para que un PLC pueda fallar por razones constructivas es insignificante, exceptuando errores humanos que pueden surgir en algunas partes vulnerables (módulos de salida). Esto se debe a que el fabricante realiza un riguroso control de calidad, llegando al cliente un equipo en las mejores condiciones; además, sus componentes son de estado sólido, con pocas partes mecánicas móviles, haciendo que el equipo tenga una elevada confiabilidad. Versatilidad La versatilidad de estos equipos radica en la posibilidad de realizar grandes modificaciones en el funcionamiento de un sistema automático… con sólo realizar un nuevo programa y mínimos cambios de cableado. Además, es importante resaltar, que el tiempo empleado en realizar modificaciones, comparado con la técnica por lógica cableada, es significante. Poco mantenimiento Estos equipos, por su constitución de ser muy compactos, respecto a la cantidad de trabajo que pueden realizar, y además, porque cuentan con muy pocos componentes electromecánicos, no requieren un mantenimiento periódico, sino lo necesario para mantenerlo limpio y con sus terminales ajustados a los bornes y puesta a tierra.

Fácil instalación Debido a que el cableado de los dispositivos, tanto de entrada como de salida, se realiza de la misma forma y de la manera más simple, además que no es necesario mucho cableado, su instalación resulta sumamente sencilla en comparación a la lógica convencional, que sí se requiere de conocimientos técnicos avanzados.

Compatibilidad con dispositivos sensores y actuadores Actualmente las normas establecen que los sistemas y equipos sean diseñados bajo un modelo abierto, de tal manera que para el caso de los PLCs éstos puedan fácilmente conectarse con cualquier equipo sin importar la marca ni procedencia. Hoy en día, casi todas las marcas de PLCs están diseñadas bajo este modelo.


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Integración en redes industriales El avance acelerado de las comunicaciones obliga a que estos equipos tengan capacidad de comunicarse a través de una red y de este modo trabajar en sistemas jerarquizados o distribuidos, permitiendo un mejor trabajo en los niveles técnicos y administrativos de la planta.

Detección de fallas La detección de una falla resulta sencilla porque dispone de leds indicadores de diagnóstico tales como: estado de la CPU, batería, terminales de E/S, etc. Además, mediante el módulo de programación se puede acceder al programa en el modo de funcionamiento y recurrir a la memoria de errores ubicada en la CPU. Fácil Programación Programar los PLCs resulta fácil, por la sencilla razón que no es necesario conocimientos avanzados en el manejo de PCs, solamente es suficiente conceptos básicos. Por otro lado, existen diversas representaciones de programación donde fácilmente el usuario se adapta a la representación que mejor se familiariza. Sus instrucciones y comandos son transparentes y entendibles, requiriendo de poco tiempo para lograr ser un experto.


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Menor consumo de energía Como todos sabemos, cualquier equipo electromecánico y electrónico requiere un consumo de energía para su funcionamiento, siendo dicho consumo representativo cuando se tiene una gran cantidad de ellos; sin embargo, el consumo del PLC es muy inferior, lo que se traduce en un ahorro sustancial. Lugar de la instalación Por las características técnicas que presenta en cuanto a los requisitos que debe cumplir para su instalación, tales como: nivel de temperatura, humedad, ruido, variaciones de tensión, distancias permisibles, etc. fácilmente se encuentra un lugar en la planta dónde instalarlo, aún en ambientes hostiles.

1.3.5 COMPARACIÓN TÉCNICO - ECONÓMICO DE AUTOMATIZACIÓN CON PLC VERSUS EQUIPOS CONVENSIONALES

Como es obvio ahora, es importante demostrar que

económicamente es más rentable.

Con el objetivo de resaltar las ventajas de los aspectos técnico y económico del PLC, a continuación se comparará los costos aproximados de un supuesto caso de requerimiento de inversión para automatizar un sistema, ya sea empleando la alternativa de una automatización en base a lógica convencional (relés) como también la alternativa en base a lógica programada (PLC). Supongamos que se desea automatizar un sistema de una planta industrial, compuesto de arrancadores directos, estrella-triángulo, resistencias rotóricas, mandos secuenciales, etc. donde son necesarios para su implementación los equipos tal como se detalla en las tablas siguientes, tanto para la alternativa por lógica convencional como para la programada respectivamente. Es importante señalar que solamente se han considerado los equipos representativos en el costo total, no figurando otros, tales como: conductores, terminales, canaletas, cintas de amarre, pernos, etc.

El medidor indica menos consuno de energía

AHORA QUE TIENE MUY CLARA SUS VENTAJAS, NO SE OLVIDE DE APLICARLAS CUANDO TOME UNA DECISIÓN

EN UN PROYECTO DE AUTOMATIZACIÓN.


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Requerimientos de equipos para un sistema automatizado por relés

No

Descripción

Cantidad

Costo US$

Unitario Total

1 Contactor 100 60 6 000

2 Relé térmico 47 70 3 290

3 Relé auxiliar 52 25 1 300

4 Temporizador (on-delay) 47 80 3 760

5 Contador electromecánico 3 40 120

6 Pulsadores NA/NC 36 15 540

7 Selector 10 20 200

8 Seccionador 16 40 640

9 Lámpara de señalización 24 18 432

10 Fusible y portafusible 140 25 3 500

11 Transformador aislador 220/220V

3 150 450

12 Tablero 2 200 x 1 000 x 500mm

3 800 2 400

TOTAL 22 632

La zona sombreada de la tabla anterior, indican los equipos que no se requieren o es necesario en una cantidad inferior cuando se automatiza mediante un PLC, ya que los dispositivos de lógica vienen integrados en el PLC.


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Requerimientos de equipos para un sistema automatizado por PLC

No

Descripción

Cantidad

Costo US$

Unitario Total

1 PLC 1 3 500 3 500

2 Contactor 100 60 6 000

3 Relé térmico 47 70 3 290

4 Pulsador NA/NC 36 15 540

5 Selector 10 20 200

6 Seccionador 16 40 640

7 Lámpara de señalización 24 18 432

8 Fusible y portafusible 140 25 3 500

9 Transformador aislador 1 150 150

10 Tablero 1 000 x 500 x 200

1 150 150

TOTAL 18 402

Observe que los equipos que proporcionan las señales de entrada (sensores), los equipos que proporcionan las señales de salida (actuadores) y otros como de protección, son los mismos para ambos casos de automatización. Por consiguiente, si evaluamos los costos variables representados por los dispositivos de lógica, cantidad de transformadores aisladores y cantidad de tableros, representa una diferencia de US$ 3 930 de ahorro, un 17% aproximadamente del monto total para este caso particular. Los márgenes de ahorro pueden ser mayores para algunos sistemas de regulación tales como controladores, etc. que también pueden ser asumidos por un PLC. Por otro lado, desde el punto de vista técnico, un PLC además de reemplazar relés, temporizadores, contadores, etc., se le pueden programar otras funciones que no podrían realizarse con lógica convencional, permitiendo automatizar sistemas muy complejos, además entre otras ventajas tenemos: un fácil diagnóstico ante fallas, poco mantenimiento, reducido espacio para su instalación, poco cableado, etc. En conclusión, con el uso del PLC se logran ventajas técnicas y económicas, inclusive para sistemas no muy complejos, donde el nivel de ahorro lo determina el sistema, siendo mayor cuando es necesario utilizar muchos dispositivos de lógica convencional.


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Comparación técnico - económica.


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1.4 RESUMEN

El tablero eléctrico convencional es aquel donde se ubican los contactores, los relés, los temporizadores, los contadores, etc. Muchos de estos equipos, como los relés, temporizadores, contadores, existen en gran cantidad, dependiendo de la complejidad del proceso a automatizar. El PLC es un equipo electrónico que cumple las funciones de lógica en la automatización, reemplazando el trabajo de los relés, temporizadores, contadores, etc. además de muchas funciones adicionales de gran potencia. Actualmente el PLC es utilizado mundialmente por todas las ventajas que cumple, y por lo tanto, es importante su conocimiento.

En otras palabras: ¡es el equipo IDEAL!


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1.5 PREGUNTAS DE AUTOCOMPROBACIÓN

1. Si Ud. justifica que el uso del PLC es otra alternativa a la automatización de sistemas automatizados, conteste a la siguiente pregunta: Suponga que el costo de un PLC es US$ 300, un temporizador US$ 80 y el relé auxiliar US$ 30. Además, es necesario utilizar en un proyecto 3 temporizadores y 5 relés auxiliares. En estas circunstancias ¿Se justifica su uso?

SÍ NO

¿Por qué?

............................................................................................................

............................................................................................................

............................................................................................................

2. Identifique si los siguientes dispositivos, que son conectados al PLC, son de

entrada o de salida:

DISPOSITIVO ¿ENTRADA O SALIDA?

Contactor. Salida. Pulsador de emergencia. Lámpara. Termostato. Alarma. Interruptor final de carrera. Entrada.

3. ¿Podría destacar alguna otra desventaja del tablero eléctrico con lógica cableada?

............................................................................................................

............................................................................................................

............................................................................................................

............................................................................................................

............................................................................................................

4. ¿Qué significa “confiabilidad” en un PLC?

............................................................................................................

............................................................................................................

............................................................................................................

............................................................................................................

............................................................................................................


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2. FUNCIONES LÓGICAS

2.1 INTRODUCCIÓN

En esta siguiente parte, veremos la secuencia a seguir para resolver una aplicación de programación utilizando el PLC. Aquí desarrollaremos las dos funciones básicas más importantes: la función AND y la función OR. Observe Ud. la secuencia que se sigue, porque esa será la metodología a usar en todas las sesiones de sus laboratorios.

2.2 OBJETIVOS

• Verificar los modos de representación de un programa mediante el PLC. • Identificar las diferentes etapas a seguir en la solución de una aplicación.

2.3 CONTENIDO

2.3.1 FUNCIÓN LÓGICA Y (AND)

Está función lógica tiene una equivalencia eléctrica tal como se muestra en el siguiente circuito eléctrico:

S1Q

S2Q

K1M

¿Cómo funciona este circuito? Bien, es correcto, para que el contactor K1M se active, será necesario que se presionen simultáneamente los pulsadores S1Q y S2Q, o sea, ambos pulsadores deben estar presionados para cerrar circuito. Ahora, cuando programemos al PLC, tendremos que ingresar un programa, tal que cuando se ejecuten estas acciones de presionar ambos pulsadores, el PLC tendrá que verificarlo y mandar a activar la bobina K1M.

A continuación explicaremos cómo se resuelve un programa mediante el PLC, que será un modelo para que Ud. proceda durante todas sus sesiones de laboratorio respetando la secuencia… entonces ponga mucha atención.


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Lo primero que tiene que hacer es: Realizar su lista de ordenamiento, esto es, una tabla donde indique la relación de simbologías entre la representación eléctrica y los operandos. ¿Que es un operando? Un operando representa la ubicación del sensor o actuador cableado en el PLC, así:

I 0,1

La letra “I” significa INPUT, se trata de una entrada. El número “0”, significa que el módulo de entrada se encuentra en la posición adyacente a la CPU, o que se trata de un PLC compacto (se verá en otra sesión) donde en un sólo bloque están incluidas la CPU y módulos de Entrada / Salida. Finalmente el número “1” representa el terminal de conexión en el módulo de entrada del sensor. Una lista de ordenamiento tiene las siguientes partes:

Designación Descripción Operando

Con el ejemplo veremos cómo se llena esta tabla. Luego se procederá a programar en dos representaciones:

• Diagrama de contactos. • Plano de funciones. Al final se realizará el diagrama de conexiones. Tenga presente siempre esta secuencia.


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Para el circuito eléctrico se pide:

1 Lista de ordenamiento 2 Diagrama de contactos 3 Plano de funciones 4 Diagrama de conexiones

1. LISTA DE ORDENAMIENTO

ENTRADAS

DESIGNACIÓN DESCRIPCIÓN OPERANDO S1Q Pulsador N.A. I0,1 S2Q Pulsador N.A. I0,2

SALIDAS

DESIGNACIÓN DESCRIPCIÓN OPERANDO K1M Contactor

principal O2,1

2. DIAGRAMA DE CONTACTOS

I0,2I0,1 O2,1

Interpretación: “Para que la salida O0,1 del PLC se active, será necesario que el PLC verifique que exista una señal en I0,1 Y en I0,2”.

3. PLANO DE FUNCIONES

&I0,1

I0,2 O2,1


18

Interpretación: “Para que la salida O2,1 del PLC se active, será necesario que el PLC verifique que exista una señal en I0,1 y en I0,2”.

4. DIAGRAMA DE CONEXIONES

6

5

4

3

2

1

0 0

1

2

3

4

5

6

PLC

77

S2QS1Q

K1M

OUTPUT INPUT

2.3.2 FUNCIÓN LÓGICA O (OR)

Análogamente a la función “Y”, veremos la solución de la función “O”

CIRCUITO ELÉCTRICO EQUIVALENTE

S1Q S2Q

H1H


19

Se pide:



ENTRADAS

DESIGNACIÓN DESCRIPCIÓN OPERANDO S1Q Pulsador N.A. I0,1 S2Q Pulsador N.A. I0,2

SALIDAS

DESIGNACIÓN DESCRIPCIÓN OPERANDO HIH Lámpara

señalizadora O2,1


I0,1

I0,2

O2,1

Interpretación: “Para que la salida O2,1 del PLC se active, será necesario que el PLC verifique que exista una señal en I0,1 O en I0,2”.


20


I0,1

I0,2 O2,1

Interpretación: “Para que la salida O2,1 del PLC se active, será necesario que el PLC verifique que exista una señal en I0,1 O en I0,2”.


6

5

4

3

2

1

0 0

1

2

3

4

5

6

PLC

77

S2QS1Q

HIH

INPUT OUTPUT

3.3.2 FUNCIÓN LÓGICA NO (NOT)

En este caso se tiene:


21


S1Q

H1H

Se pide:



En este ejemplo usaremos un direccionamiento normalizado de acuerdo a la IEC 61131.

ENTRADAS

DESIGNACIÓN DESCRIPCIÓN OPERANDO

S1Q Pulsador N.A. %I0,1

SALIDAS


HIH Lámpara señalizadora

%Q2,1


22


%I0,1 %Q2,1

Interpretación: “Para que la salida %Q2,1 del PLC se active, será necesario que el PLC verifique que no exista una señal en %I0,1”.


%I0,1 %Q2,1

Interpretación: “Para que la salida %q2,1 del PLC se active, será necesario que el PLC verifique que NO exista una señal en %I0,1.


6

5

4

3

2

1

0 0

1

2

3

4

5

6

PLC

77

S1Q

HIH

INPUT OUTPUT


23

4.3.2 FUNCIÓN LÓGICA COMBINATORIAS

Las funciones lógicas combinatorias son la combinación de funciones básicas, por ejemplo se tiene:


S1Q

S2Q

K 1 M

S3Q

S4Q

S5Q

Se pide:



En este ejemplo usaremos un direccionamiento normalizado de acuerdo a la IEC 61131

ENTRADAS


S1Q Pulsador N.A. %I0,1 S2Q Pulsador N.A. %I0,2 S3Q Pulsador N.A. %I0,3 S4Q Pulsador N.A. %I0,4 S5Q Pulsador N.A. %I0,5

SALIDAS


HIH Lámpara señalizadora

%Q2,1


24


%I0,1 %Q2,1%I0,2

%I0,4

%I0,5

%I0,3

Interpretación: “Para que la salida %Q2.1 del PLC se active, será necesario que el PLC verifique que exista una señal en %I0.1” Y en %I0.2, O en %I0.4 Y, en %I0.3 O %I0.4.


%I0,1

%I0,2

%I0,4

%I0,3

%I0,5

%Q2,1

&

&

Interpretación: “Para que la salida %Q2,1 del PLC se active, será necesario que el PLC verifique que se cumpla la lógica combinatoria correspondiente.


25


6

5

4

3

2

1

0 0

1

2

3

4

5

6

PLC

77

S2Q

S1Q

S3Q

S4Q

S5Q

INPUT OUTPUT

HIH

NOTA: En los siguientes laboratorios emplearemos esta metodología para resolver las aplicaciones propuestas.

Ahora estás en condiciones de programar esta aplicación en tu

laboratorio.


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3. RESPUESTAS A LAS PREGUNTAS DE AUTOCOMPROBACIÓN

1. Sí.

Costo de los temporizadores : 3 x 80 = 240 Costo de los relés : 5 x 30 = 150 Costo total : 390 Costo de un PLC : 300 Por lo tanto, se justifica el uso del PLC.

2. DISPOSITIVO ¿ENTRADA O SALIDA?

Contactor. Salida. Pulsador de emergencia. Entrada. Lámpara. Salida. Termostato. Entrada. Alarma. Salida. Interruptor final de carrera. Entrada.

3. Mayores costos por mantenimiento. 4. Que la probabilidad para que un PLC pueda fallar por razones constructivas es

insignificante.

4. BIBLIOGRAFIA

• Automatización con S5-115U. Autómatas Programables. Simatic S5.Siemens. 365p. • Manual CPU 100/102/103. Simatic S5. Siemens. • Controladores Lógicos Programables…una alternativa a la automatización moderna. Elmer Ramirez Q. Concytec.. 405p. 1997.

UNIDAD II

Arquitectura y Funciones de

Memoria


Índice

MÓDULO 1: PROGRAMACIÓN BÁSICA Unidad II: ARQUITECTURA Y FUNCIONES DE MEMORIA 1. Arquitectura del PLC ........................................................................................ 1

1.1 Objetivos ............................................................................................ 1 1.2 Objetivos ............................................................................................ 1 1.3 Contenidos .......................................................................................... 1

1.3.1 Estructura básica de un PLC ......................................................... 1 1.3.2 Fuente de alimentación ............................................................... 2 1.3.3 Unidad de Procesamiento Central (CPU) ......................................... 3 1.3.4 Módulos o interfases de entrada y salida (E/S) ................................. 4

1.3.4.1 Módulos de entrada discreta ........................................... 5 1.3.4.2 Módulos de salida analógica ............................................ 7 1.3.4.3 Módulos de entrada analógica ......................................... 9

1.3.5 Módulos de salida analógica ....................................................... 10 1.3.6 Módulos de memoria ................................................................ 11

1.3.6.1 Memoria RAM (Random Access Memory) ........................ 11 1.3.6.2 Memoria EPROM (Enable Programmable Read Only Memory) ........................................................... 12 1.3.6.3 Memoria EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) ................................ 12

1.3.7 Unidad de programación ........................................................... 12 1.4 Programación: memorias internas ........................................................... 14 1.5 Programación: memorias Set / Reset ...................................................... 18 1.6 Resumen .......................................................................................... 21 1.7 Preguntas de autocomprobación ............................................................ 22 1.8 Respuestas a las preguntas de autocomprobación ..................................... 22


1

1. ARQUITECTURA DEL PLC

1.1 INTRODUCCIÓN Los profesionales técnicos deben saber identificar las partes que componen el PLC, para su mejor manejo y para efectuar un diagnóstico eficaz de las fallas.

En este segundo módulo, usted aprenderá los conceptos necesarios para el reconocimiento del PLC y se reconocerán los principios de su funcionamiento.

Se le invita a leer atentamente el siguiente texto para que usted esté en condiciones de identificar cada una de las partes que conforman el PLC.

1.2 OBJETIVOS

♦ Identificar las partes constitutivas del PLC.

♦ Reconocer el principio de funcionamiento de cada una de las partes.

♦ Utilizar el PLC para el control de componentes.

1.3 CONTENIDOS

1.3.1 ESTRUCTURA BÁSICA DE UN PLC

Un controlador lógico programable está constituido por un conjunto de módulos o tarjetas (circuitos impresos), en los cuales están ubicados los componentes electrónicos que permiten su funcionamiento. Cada una de las tarjetas cumple una función específica. Algunos PLC tienen una cubierta o carcaza, llamada comúnmente “rack”, que viene a ser un bastidor donde se alojan las tarjetas en forma ordenada, que por lo general están comunicadas.

El controlador programable tiene una estructura muy semejante a los sistemas de programación, como el computador, cuya estructura física (hardware) está constituido por:

♦ Fuente de alimentación.

♦ Unidad de procesamiento central (CPU).

♦ Módulos o interfases de entrada/salida (E/S).

♦ Módulos de memoria.

♦ Unidad de programación.

En algunos casos cuando el trabajo que debe realizar el controlador es más exigente, se incluyen:


2

♦ Módulos inteligentes.

En la figura siguiente se muestra el diagrama de bloques de un automatismo gobernado por PLC, y a continuación se describe, con mayor detalle, cada una de las partes del controlador programable.

Diagrama de bloques de un PLC gobernando un proceso

1.3.2 FUENTE DE ALIMENTACIÓN

La función de la fuente de alimentación en un controlador, es suministrar la energía eléctrica a la CPU y demás tarjetas según la configuración del PLC.


3

En los circuitos interiores de una fuente de alimentación se transforma la tensión alterna de la red a tensión continua, en niveles que garanticen el funcionamiento del hardware del PLC. A la fuente de alimentación también se le conoce como la fuente de poder: Power Supply.

Fuente de alimentación para un PLC modular Simatic S5 (Cortesía de Siemens)

Todas las fuentes están protegidas contra cortocircuitos mediante fusibles, que muy fácilmente pueden ser reemplazados en caso de una avería.

1.3.3 UNIDAD DE PROCESAMIENTO CENTRAL (C.P.U.)

Es la parte más compleja e imprescindible del controlador programable, en otros términos, podría considerarse el cerebro del controlador.

La unidad central está diseñada en base a microprocesadores y memorias. Las memorias son del tipo ROM y RAM.

La memoria ROM (Read Only Memory): es una memoria de lectura, que permanece fija en el CPU, contiene el sistema operativo con que opera el controlador, NO SE BORRA.

La memoria RAM (Random Access Memory): memoria de acceso aleatorio, es una memoria volátil y fácil de modificarla.

En la memoria RAM se ubican: ⇒ La memoria del usuario. ⇒ Los temporizadores. ⇒ Los contadores. ⇒ Los bits o memorias internas. ⇒ Base de datos. Sobre los que detallaremos más adelante, en otros módulos.


4

Unidades de procesamiento central: Telemecanique (TSX 87-40 y TSX 107-40) / (Cortesía de Telemecanique)

La CPU al igual que para las computadoras, se pueden clasificar de acuerdo a la capacidad de su memoria y las funciones que puedan realizar, además de su velocidad de procesamiento. El tiempo de lectura del programa está en función del número y tipo de instrucciones, y por lo general es del orden de los milisegundos. Este tiempo tan pequeño significa, que cualquier modificación de estado en una entrada, modifica casi instantáneamente el estado de una señal de salida.

1.3.4 MÓDULOS O INTERFASES DE ENTRADA Y SALIDA (E/S)

Los módulos de entrada o salida son las tarjetas electrónicas que proporcionan el vínculo entre la CPU del controlador programable y los dispositivos de campo del sistema. A través de ellas se origina el intercambio de información, ya sea con la finalidad de adquirir de datos, o para el mando o control de las máquinas presentes en el proceso.

Los dispositivos de campo de entrada más utilizados son: los interruptores, los finales de carrera, termostatos, pulsadores, sensores de temperatura, entre otros.


5

Los dispositivos de campo de salida más utilizados son: los contactores principales, las lámparas indicadoras y los reguladores de velocidad.

Los módulos de entrada, transforman las señales de entrada a niveles permitidos por la CPU. Mediante el uso de un acoplador óptico, los módulos de entrada aíslan eléctricamente el interior de los circuitos, protegiéndolo contra tensiones peligrosamente altas, los ruidos eléctricos y señales parásitas. Finalmente, filtran las señales procedentes de los diferentes sensores ubicados en las máquinas.

Los módulos de salida, permiten que la tensión llegue a los dispositivos de salida. Con el uso del acoplador óptico y con un relé de impulso, se asegura el aislamiento de los circuitos electrónicos del controlador, y se transmiten las órdenes hacia los actuadores de mando.

Tipos de módulos de entrada y salida

Debido a que existen una gran variedad de dispositivos exteriores (sensores y actuadores), encontramos diferentes tipos de módulos de entrada y salida, cada uno de los cuales sirve para manejar cierto tipo de señal (discreto o análogo) a determinado valor de tensión o corriente en DC o AC.

1.3.4.1 MÓDULOS DE ENTRADA DISCRETA

Estas tarjetas electrónicas se usan como enlace o interfases entre los dispositivos externos, denominados también sensores, y la CPU del PLC.

Estos sensores son los encargados de leer los datos del sistema, que para este caso sólo son del tipo discreto, además, tienen la característica de comunicar los dos estados lógicos: activado o desactivado, o lo que es lo mismo, permitir el paso o no de la señal digital (1 ó 0). Los sensores pueden ser del tipo manual (pulsadores, conmutadores, selectores, etc.) o del tipo automático (finales de carrera, detectores de proximidad inductivos o capacitivos, interruptores de nivel, etc.)

pulsador

En la figura siguiente, se presentan los circuitos eléctricos equivalentes y elementales de los módulos de entrada discreta para DC y AC respectivamente. Ambos tipos de


6

interfase tienen el mismo principio, a diferencia que los de alterna incluyen una etapa previa de rectificación.

Circuitos equivalentes de las interfases de entrada discreta en DC y AC


7

Módulos de entrada discreta de la familia Simatic-S5 (Cortesía de Siemens)

1.3.4.2 MÓDULOS DE SALIDA DISCRETA

Al igual que los módulos de entrada discreta, estos módulos se usan como interfase entre la CPU del controlador programable y los dispositivos externos (actuadores), en la que sólo es necesario transmitirle dos estados lógicos, activado o desactivado. Los actuadores que se conectan a estas interfases pueden ser: contactores, relés, lámparas indicadoras, electroválvulas, displays, anunciadores, etc.


8

MÓDULOS DE SALIDA DISCRETA TIPO TRANSISTOR

Su principio de funcionamiento es a base de transistores, lo que significa una constitución íntegramente en estado sólido con características para trabajar en corriente continua (DC) de larga vida útil y con bajo nivel de corriente.

Circuito equivalente de una interfase de salida discreta en DC (Tipo

transistor)

MÓDULOS DE SALIDA DISCRETA TIPO TRIAC

Estas interfases funcionan mediante la conmutación de un Triac, son igualmente en estado sólido y se usan para manejar señales en corriente alterna.

Circuito equivalente de una interfase de salida discreta en AC (Tipo TRIAC)


9

MÓDULOS DE SALIDA DISCRETA TIPO RELÉ

Estos módulos a diferencia de los anteriores, están compuestos por dispositivos electrónicos y un micro relé electromagnético de conmutación. Su campo de acción le permite trabajar en AC y DC y con diferentes niveles de tensión, con la ventaja de manejar corrientes más elevadas pero con el inconveniente de una corta vida útil debido al desgaste de la parte móvil de los contactos.

Durante su funcionamiento estos módulos se caracterizan respecto a los de estado sólido, por el reconocible sonido de los contactos de conmutación que emiten los micro-relés.

Circuito equivalente de una interfase de salida discreta en AC (Tipo Relé)

1.3.4.3 MÓDULOS DE ENTRADA ANALÓGICA

Los módulos de entrada analógica son tarjetas electrónicas que tienen como función, digitalizar las señales analógicas para que puedan ser procesadas por la CPU. Estas señales analógicas que varían continuamente, pueden ser magnitudes de temperaturas, presiones, tensiones, corrientes, etc. A estos módulos, según su diseño, se les puede conectar un número determinado de sensores analógicos. A estos terminales de conexión (2), se les conoce como canales. Existen tarjetas de 4, 8, 16 y 32 canales de entrada analógica.

Es importante señalar, que cualquier magnitud analógica que se desea procesar a través de los módulos de entradas analógicas, tiene que estar representada por una señal de tensión, corriente o resistencia; este trabajo es realizado por el mismo sensor o a través de un transductor (dispositivo que transforma cualquier parámetro físico, químico y biológico en una magnitud eléctrica).

Estos módulos se distinguen por el tipo de señal que reciben, pudiendo ser de tensión (mV) o de corriente (mA)


10

los que se encuentran dentro de ciertos rangos estandarizados. Los más difundidos son:

Señal de corriente: 0-20 mA, 4-20 mA, ±10 mA Señal de tensión: 0-10V, 0-5V, 0-2V, ±10V

La ventaja de trabajar con señales de corriente y no con señales de tensión, radica en que no se presentan los problemas del ruido eléctrico y de caída de tensión.

Módulo de entrada analógica (Cortesía Siemens)

1.3.5 MÓDULOS DE SALIDA ANALÓGICA

Estos módulos son usados cuando se desea transmitir hacia los actuadores análogos señales de tensión o de corriente que varían continuamente.

Su principio de funcionamiento puede considerarse como un proceso inverso al de los módulos de entrada analógica.

Las señales analógicas de salida son de dos tipos, señales de corriente y señales de tensión. Dentro de los valores estandarizados tenemos:

Señal de corriente: 0-20mA, 4-20mA, ± 20 mA Señal de tensión: 0-10V, ± 10V


11

Módulo de salida análogo

(Cortesía de Telemecanique)

1.3.6 MÓDULOS DE MEMORIA

Son dispositivos electrónicos enchufables en la CPU, destinados a guardar información de manera provisional o permanente. Se cuentan con dos tipos de memorias, volátiles (RAM) y no volátiles (EPROM Y EEPROM), según requieran o no de energía eléctrica para la conservación de la información.

La capacidad de memoria de estos módulos se diseñan para diferentes tamaños, las más típicas son: 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256 Kb, y más, excepcionalmente.

A continuación se detalla los diferentes tipos:

1.3.6.1 MEMORIA RAM (Random Access Memory)

Este tipo de memoria sirve para almacenar el programa del usuario durante su elaboración y prueba, donde es posible modificarlo constantemente. El contenido de la memoria RAM, es volátil, es decir, su contenido se pierde si el suministro de energía proporcionado por la fuente de alimentación se desconecta.

Por consiguiente, para evitar perder la información ante fallas del suministro, es necesario salvaguardarlo mediante una batería de larga duración enchufable en la CPU, estas baterías están disponibles para todos los tipos de controladores y tienen una duración que varía entre 2 a 5 años, dependiendo del tipo de CPU. Es importante por consiguiente, que esta batería se mantenga en perfectas condiciones durante todo el tiempo de funcionamiento del PLC.


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1.3.6.2 MEMORIA EPROM (Enable Programmable Read Only Memory)

Es un módulo de memoria enchufable del tipo no volátil, es decir, la información contenida se conserva aún cuando se pierde el suministro de energía. Se utiliza normalmente para guardar programas definitivos ya probados y debidamente depurados, además pueden ser transportados y utilizados en cualquier controlador de su marca y tipo.

Para grabar este módulo es necesario utilizar aparatos de programación destinados también, para este propósito, mientras que para borrarlos deben ser sometidos a rayos ultravioletas durante 15 a 45 minutos. Por lo tanto, se requiere de una unidad para la escritura y otra para el borrado.

Módulo de memoria EPROM de 8 Kb (Cortesía de Siemens)

1.3.6.3 MEMORIA EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)

Este módulo tiene las mismas características que el módulo EPROM, con la única diferencia que el borrado se realiza eléctricamente, es por ello que se denomina memoria de sólo lectura, eléctricamente programable y borrable. Para estos tipos de módulos, los aparatos de programación realizan las dos funciones, tanto de programación como de borrado.


13

1.3.7 UNIDAD DE PROGRAMACIÓN

Los aparatos de programación denominados también terminales de programación, son el medio de comunicación entre el hombre y la máquina, a través de la escritura y lectura; con estos terminales podemos realizar la modificación, monitoreo, forzado, diagnóstico y la puesta a punto de los programas. Estos aparatos están constituidos por un teclado y un dispositivo de visualización, donde el teclado muestra todos los símbolos (números, letras, instrucciones, etc.) necesarios para la escritura del programa y otras acciones anteriormente señaladas. El visualizador o pantalla pone a la vista todas las instrucciones programadas o registradas en memoria.

Los aparatos de programación son una herramienta importante y necesaria para el diálogo con el PLC, pero físicamente independiente, las cuales nos permiten:

• Escribir a través de una lista de instrucciones o mediante un

método gráfico los programas, así como modificarlos o borrarlos de manera total o parcial.

• Leer o borrar los programas contenidos en la memoria RAM de la CPU, o también de las memorias EPROM o EEPROM.

• Simular la ejecución de las instrucciones del programa a través del forzado de las entradas o salidas.

• Detectar y visualizar las fallas del programa o fallas originadas en los dispositivos de campo de entrada o salida.

• Visualizar en todo momento el estado lógico de los dispositivos de entrada y accionadores (en tiempo real).

• Realizar la transferencia de los programas contenidos en la memoria RAM o EPROM, a los diferentes periféricos, tales como: discos magnéticos o impresora.

Programador tipo computadora


14

1.4 MEMORIAS INTERNAS

Continuando con la programación, ahora veremos otra herramienta muy usadas en la solución de aplicaciones industriales ¿Qué es una memoria interna? Una memoria interna es aquella donde se puede almacenar los resultados provenientes de las combinaciones de entradas y salidas y, este valor almacenado, puede tomar diferente denominaciones tales como:

Bits (B) Marca (M) Bandera (F), etc.

Una memoria interna se considera desde el punto de vista técnico, como una salida virtual, esto quiere decir que físicamente no activa una salida como un contactor, sino, es un dato que se encuentra almacenado en la memoria y puede tomar los valores de 0 y 1.

Sus ventajas se reflejan en: • Simplifica la solución de los problemas. • Rápido diagnóstico de fallas, etc.

La interpretación del funcionamiento será más clara cuando desarrollemos el siguiente ejemplo:


15

PRENSA HIDRÁULICA

DESCRIPCIÓN TECNOLÓGICA: Automatizar una prensa hidráulica, de modo que sólo pueda funcionar cuando la rejilla protectora esté cerrada (S3 y S4). Además deberán haberse presionado dos pulsadores (S1 y S2), y el pistón se encuentre en su posición inicial (S5). Si durante el descenso del pistón, la rejilla de abre o se deja de presionar cualquiera de los dos pulsadores, el pistón se detiene instantáneamente. Cuando el pistón llega al límite inferior (S6), inmediatamente inicia su retorno al límite superior. Durante su retorno, la rejilla protectora puede abrirse y dejar de presionar los pulsadores. Todos los pulsadores e interruptores de final de carrera están normalmente abiertos en su estado de reposo. ESQUEMA TECNOLÓGICO

S2

S4S3

S1

S5

S6

Y1 Y2

Se pide:



16

1. LISTA DE ORDENAMIENTO ENTRADAS DESIGNACIÓN DESCRIPCIÓN OPERANDO

S1 Pulsador N.A. I0,1 S2 Pulsador N.A. I0,2 S3 Interruptor final de carrera N.A. I0,3 S4 Interruptor final de carrera N.A. I0,4 S5 Interruptor final de carrera N.A. I0,5 S6 Interruptor final de carrera N.A. I0,6

SALIDAS

DESIGNACIÓN DESCRIPCIÓN OPERANDO Y1 Bobina de electroválvula O2,1 Y2 Bobina de electroválvula O2,2


I0,2I0,1 B1I0,3 I0,4

I0,5 I0,6B1 O2,1

O2,1

I0,6 I0,5

O2,2

O2,2


17


&I0,1

I0,4 B1

I0,5

O2,1

I0,2

I0,3

&B1

I0,6 O2,1

I0,6

O2,2 &I0,5 O2,2


6

5

4

3

2

1

0 0

1

2

3

4

5

6

PLC

77

S2Q

S1Q Y1

S3Q

S4Q

S5Q

S6Q

Y2

INPUT OUTPUT


18

1.5 MEMORIAS SET / RESET

El principio de funcionamiento de esta memoria denominada SET / RESET consiste: Con la presencia de una señal discreta del tipo permanente (interruptor, conmutador, etc.) o mediante un pulso por el lado Set de la función, se produce una memorización de la salida; esto significa que dicha salida queda activada permanentemente, aún cuando está señal desaparezca después, siempre y cuando por el lado del Reset no se active la señal que lo afecta. Cuando se desea borrar la memorización de la salida, es decir dasactivarlo, será necesario aplicarle por el lado del reset de la función la condición lógica 1 a través de la entrada que lo afecta. Solamente es necesario, al igual que para el set aplicar un pulso. Finalmente, si existiera la simultaneidad de señales tanto por el lado set como reset, la activación de la salida se producirá o no, conforme estén ordenadas las instrucciones de set y reset en la función; esto significa, que si el set esta primero que el reset, la salida no se activa, y si la orden de reset está primera que la del set la salida se activa. Para una mejor compresión del tema, explicaremos mediante un ejercicio como se aplica la función set / reset.


19

ARRANQUE DIRECTO DE UN MOTOR ELÉCTRICO

DESCRIPCIÓN TECNOLÓGICA Se desea arrancar un motor eléctrico trifásico en directo que cuenta con: • Relé térmico de protección contra sobrecarga. • Pulsadores de arranque y parada. CIRCUITOS

Control Fuerza

Se pide: 1 Lista de ordenamiento 2 Diagrama de contactos 3 Plano de funciones 4 Diagrama de conexiones

1. LISTA DE ORDENAMIENTO ENTRADAS


F1F Relé térmico N.C. I0,0 S2Q Pulsador de parada N.C. I0,1 S3Q Pulsador de arranque N.A. I0,2

SALIDAS


K1M Contactor principal O2,1


20


I0,2

I0,0 O2,1

I0,1

O2,1

S

R


S

R

I0,2

I0,0

I0,1

O2,1


6

5

4

3

2

1

0 0

1

2

3

4

5

6

PLC

77

S2Q

S1QK1M

F1F

INPUT OUTPUT


21

1.6 RESUMEN

• Las partes de un PLC son: fuente de alimentación, unidad de

procesamiento central, módulos o interfases de entrada y salida, unidad de programación y módulo de memoria.

• La fuente de alimentación es aquella que proporciona de energía a todas las partes del PLC para su funcionamiento.

• La CPU es la que se encarga de gobernar todo el funcionamiento del PLC, según el programa de aplicación que el usuario ingrese.

• Los módulos de entrada y salida son las tarjetas electrónicas que establecen el vínculo entre la CPU y los dispositivos de campo del sistema.

• La unidad de programación permite ingresar los programas y realizar

diagnóstico de fallas.

• Los módulos de memoria guardan los programas sin necesidad de energía permanente, realizan un trabajo semejante a los diskettes.

• Una memoria interna (bit) es aquella donde se puede almacenar los resultados intermedios provenientes de las combinaciones de entradas y salidas.

• La función set/reset es aquella que puede activar una salida en forma permanente con sólo un pulso en una entrada, y se puede desactivar dicha salida con otro pulso en otra entrada de desactivación.


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1. ¿Cuáles son los elementos que se consideran dispositivos de campo del sistema:

• Contactor. • Temporizador. • CPU. • Interruptor pulsador. • Módulos de entrada y salida.

Respuestas:………………………………………………………………

2. ¿A qué parte del PLC se le considera como un medio de comunicación entre el hombre y la máquina?

Respuesta:………………………………………………………………

3. ¿A qué tipo de memoria se le considera memoria volátil y de fácil modificación?

Respuesta:………………………………………………………………

4. ¿Qué tipo de módulo de salida puede trabajar con señales AC y DC? Respuesta:…….……………..……………………………………………

1.8 RESPUESTAS A LAS PREGUNTAS DE AUTOCOMPROBACIÓN

1. Contactor e interruptor pulsador. 2. A la unidad de programación. 3. A la memoria RAM. 4. Módulo de salida discreta tipo relé.

UNIDAD III

Configuración y Temporizadores


Índice

MÓDULO 1: PROGRAMACIÓN BÁSICA Unidad III: CONFIGURACIÓN Y TEMPORIZADORES 1. Sistemas de configuración ........................................................................... 1 1.1 Introducción ..................................................................................... 1 1.2 Objetivos ......................................................................................... 1 1.3 Contenidos ....................................................................................... 1 1.3.1 Configuración: PLC Compacto...................................................... 1 1.3.2 Configuración: PLC Modular......................................................... 3 1.3.3 Configuración: PLC Compacto-Modular .......................................... 5 1.4 Resumen......................................................................................... 5

1.5 Preguntas de autocomprobación ........................................................... 6 2. Temporizadores............................................................................................ 7 3. Respuestas de las preguntas de autocomprobación .............................................. 9


1

1. SISTEMAS DE CONFIGURACIÓN

1.1 INTRODUCCIÓN

El profesional técnico que tiene la responsabilidad de seleccionar el PLC, debe conocer los tipos de controladores que se fabrican, evitando comprar equipos que en corto tiempo agoten su capacidad de trabajo, o en caso contrario, se sobredimensionen, adquiriendo equipos que por algunos años no utilizarán gran parte de su capacidad, invirtiendo cantidades prohibitivas que hoy en día, de acuerdo a las técnicas modernas de gestión empresarial, no se permiten.

Es importante, por consiguiente, conocer las ventajas y desventajas de estos tipos de PLCs para seleccionarlos en las aplicaciones que más se adapten a sus necesidades, para conseguir el punto óptimo de tecnología y economía.

1.2 OBJETIVOS

• Diferenciar los tipos de configuraciones del PLC: compacto, modular y compacto-modular.

• Programar la función del temporizador en el PLC.

1.3 CONTENIDOS

A continuación se describen los tipos o configuraciones de los PLC en general.

1.3.1 CONFIGURACIÓN: PLC COMPACTO

Son aquellos PLCs que utilizan poco espacio en su construcción y reúnen en la estructura básica del hardware todas las tarjetas electrónicas que describimos anteriormente, tal como la fuente de alimentación, la CPU, la memoria y las interfases de E/S.


2

Las principales ventajas que presentan estos PLC compactos, denominados así por su tamaño, son:

• Más económicos dentro de su variedad. • Menor espacio por su construcción compacta. • Su programación es bastante sencilla. • No requiere conocimientos profundos para su selección. • Fácil instalación. • Soportan contingencias extremas de funcionamiento tales como,

temperaturas <60°C, fluctuaciones de tensión, vibraciones mecánicas, humedad, etc.

Actualmente se diseñan equipos, que por su tamaño reducido, pero con características de funcionamiento cada vez más complejos, son denominados Nano-PLC1 para la marca Telemecanique, Micrologix 10002 para la marca Allen Bradley, etc.

Por otro lado, su bajo costo permiten ser los más solicitados del mercado, utilizándose, inclusive, en las “viviendas inteligentes”. Algunos consideran que utilizar esta configuración ya es rentable cuando reemplazan a unos cinco relés, por encima de él se abre toda una variedad de tareas. Su uso radica en aplicaciones simples y en numerosos sectores, siendo los más comunes:

• Arrancadores de motores. • Mando de bombas. • Máquinas de embolsado. • Mando de compuertas. • Centros de formación. • Calefacción, climatización, ventilación. • Embotelladoras. • Transporte. • Sistemas automáticos de equipos, etc.

En las figuras siguientes se muestran el TSX 07 y el TSX 17-20 de la marca Telemecanique.

Controlador Lógico Programable Compacto: TSX 07

1 Nano PLC TSX07 Telemecanique con dimensiones (105 x 85 x 60)mm.

2 Micrologix 1000 (1761- L16 BWA) Allen Bradley con dimensiones (120 x 80 x 73)mm.


3

(Cortesía de Telemecanique)

Controlador Lógico Programable Compacto: TSX 17 - 20 (Cortesía de Telemecanique)

1.3.2 CONFIGURACIÓN: PLC MODULAR

Son aquellos PLCs que pueden ser configurados (armados) de acuerdo a las necesidades, para “armar” al PLC utilizamos las tarjetas (o módulos) electrónicos estudiados anteriormente, logrando mayor flexibilidad. Cada configuración es diferente, según la tarea de automatización. Cuando se decide instalar PLC modulares, hay que seleccionar cada uno de los componentes, empezando, en primer lugar, por el cerebro del PLC, esto es, la unidad central (CPU), ellos varían de acuerdo a la capacidad de memoria del usuario, tiempo de ejecución y software requerido, en otras palabras, de acuerdo a la complejidad de la tarea o tareas de automatización. En segundo lugar, hay que tener presente el tipo y cantidad de módulos de Entrada/Salida (E/S) digitales y análogas, módulos inteligentes, etc., de acuerdo a los requerimientos.

En tercer lugar, la fuente de alimentación, según la potencia que consume la CPU, módulos de E/S, periféricos, más módulos futuros.

Y finalmente, el tamaño del rack, conociendo de antemano todos los módulos involucrados y pensando también en expansiones futuras.

En la página siguiente se muestra una tabla comparativa que resume algunos datos técnicos de los PLC modulares existentes en el mercado local:


4

Valores comparativos de tres marcas de PLC en configuración modular

MARCA

PROCEDE

NCIA

SERIE

C P U

CAPACIDAD

DE MEMORIA

(Kb)

SCAN *

TIME (ms/K

b) SIEMENS 103 20 10 (Simatic) ALEMANIA S5-

100U 102 4 15

100 2 75 5/03 24 1

ALLEN-BRADLEY SLC-500

5/02 4 4,8

5/01 4 8 GE U S A 341 80 0,3

GENERAL ELECTRIC

90-30 334 16 0,4

FANUC 313/323

6 0,6

* Tiempo de ejecución, en promedio, para 1K de instrucciones con aproximadamente 65% de operaciones binarias y 35% de operaciones del tipo palabra.

Las ventajas y desventajas de la configuración modular son:

• Son más caros que los compactos y varían de acuerdo a la

configuración del PLC. • Las ampliaciones se hacen de acuerdo a las necesidades, por lo

general, se incrementan los módulos de E/S discreto o analógico. • En caso de avería, puede aislarse el problema, cambiando el módulo

averiado sin afectar el funcionamiento del resto. • Utiliza mayor espacio que los compactos. • Su mantenimiento requiere de mayor tiempo.

Las aplicaciones que se pueden desarrollar con estos tipos de PLC son más versátiles: van desde pequeñas tareas, como los del tipo compacto, hasta procesos muy sofisticados.

La figura siguiente muestra un tipo de PLC en configuración modular:


5

Simatic S5 - 100U (Cortesía Siemens)

1.3.3 CONFIGURACIÓN: PLC COMPACTO-MODULAR

Una configuración compacto-modular está constituida, básicamente, por un PLC del tipo compacto, que se ha expandido a través de otros módulos, por lo general, entradas y salidas discretas o analógicas, módulos inteligentes, etc. El uso de las expansiones se debe a que la unidad básica que contiene la CPU, generalmente está diseñada con pocas E/S, y cuando la aplicación a automatizar contiene muchos sensores y actuadores, es necesario ampliar el controlador, utilizando solamente módulos de E/S gobernados por la misma unidad básica. Esta configuración destaca por las siguientes características:

• Son más económicos que los PLC de tipo modular. • La selección es sencilla ya que la CPU está seleccionada. • Soportan contingencias extremas de funcionamiento. • Su programación es fácil, donde solamente se debe tener en cuenta

el direccionamiento de las instrucciones, según la unidad de extensión a la que se refiere.

TSX 17-20 en configuración compacto-modular (Cortesía Telemecanique)

1.4 RESUMEN

1. Existen tres tipos de configuraciones del PLC: - Compacto. - Modular. - Compacto-modular. 2. El PLC compacto reúne todas las partes del PLC en un sólo bloque. 3. El PLC modular divide sus partes en módulos para ser armados según los

requerimientos del usuario. 4. El PLC compacto - modular es una combinación de compacto y el modular.


6


1. El PLC que Ud. está usando en su laboratorio ¿De qué tipo es? Respuesta:………………………………………………………………………………………..

2. Señale dos aplicaciones para el uso del PLC compacto. Respuesta:………………………………………………………………………………………..

3. Señale dos desventajas del PLC modular. Respuesta:………………………………………………………………………………………..


7

2. TEMPORIZADORES

Los temporizadores son funciones de programación que permiten el control de acciones específicas en función del tiempo.

Tipos: TON: ON-DELAY (temporizador con retardo a la conexión) TOF: OFF-DELAY (temporizador con retardo a la desconexión) TP: MONOESTABLE

Por otro lado, la cantidad de temporizadores que se podrá programar con el PLC dependerá de su tamaño. A continuación, desarrollaremos un ejemplo donde se explica claramente cómo programar un temporizador del tipo ON-DELAY.


8

DESCRIPCIÓN TECNOLÓGICA:

Se desea activar un motor accionado por un contactor (K1M), el motor debe funcionar al cabo de 10 segundos de haber cerrado el selector S1Q.

CIRCUITO ELÉCTRICO

S1Q K1T

K1T K1M

10s

L1

L2 Se pide:

1 Lista de ordenamiento 2 Diagrama de contactos 3 Plano de funciones


ENTRADAS


S1Q Interruptor selector on - off I0,1

SALIDAS


K1M Contactor principal O2,1



9


3. RESPUESTAS A LAS PREGUNTAS DE AUTOCOMPROBACIÓN

1. Compacto.

2. Arrancadores de motores y mando de bombas.

3. Son más caros que los compactos y ocupan mayor espacio.

UNIDAD IV

Contadores


Índice

MÓDULO 1: PROGRAMACIÓN BÁSICA Unidad IV: CONTADORES 1. Contadores.................................................................................................. 1

1.1 Introducción ........................................................................................ 1 1.2 Objetivos ............................................................................................ 1 1.3 Contenido ........................................................................................... 1

1.3.1 Contadores ................................................................................. 1 1.3.2 Tipos de Contadores ..................................................................... 2

1.3.2.1 CTU ............................................................................... 2 1.3.2.2 CTD ............................................................................... 2 1.3.2.3 CTUD ............................................................................. 3

1.4 Aplicación ............................................................................................ 3 1.5 Resumen............................................................................................. 5 1.6 Preguntas de autocomprobación .............................................................. 5 1.7 Respuestas a las preguntas de autocomprobación ........................................ 5


1

1. CONTADORES

1.1 INTRODUCCIÓN

En el presente módulo trataremos sobre los contadores desde el punto de vista de programación, El contar eventos es muy necesario en una gran cantidad de aplicaciones.

1.2 OBJETIVOS

• Reconocer el principio de funcionamiento del contador en la programación. • Implementar en el PLC aplicaciones con contadores.

1.3 CONTENIDO

1.3.1 CONTADORES

En la programación es muy utilizada la operación del contador, para resolver muchas aplicaciones. Pero… ¿Qué es un contador?

Un contador es una función de cómputo que permite efectuar la cuenta de acontecimientos o de impulsos. La cuenta se puede programar en forma progresiva (ascendente) o regresiva (descendente).

La operación de conteo consiste en incrementar 1 al contenido del contador, mientras que la operación de descuento consiste en decrementar 1 al contenido del contador, ambos al presentarse un pulso o un acontecimiento.

La función del contador, permite activar salidas o memorias internas, en el momento que su registro de conteo coincide con el valor presente previamente definido. Por otro lado si el registro es diferente al valor de presente la salida asociada al contador no se activara.

Es importante señalar, que la cantidad de contadores que se pueden programar con el PLC, depende del tamaño de éste, pudiendo ser desde 16 hasta miles.


2

A continuación se muestran los 3 tipos de contadores que se pueden encontrar en los PLC.

1.3.2 Tipos de contadores

1.3.2.1 CTU Contador Ascendente

Descripción General: CU Incrementa en 1 con un flanco. RESET Coloca el valor corriente a 0. PV VALOR PRESET . CV VALOR CORRIENTE. Q Output, es TRUE si CV = PV (CTU).

CU, RESET y Q son de tipo BOOL; PV y CV son de tipo INT.

Significa:

Si esta RESET entonces CV=0; Pero si esta CU entonces CV := CV + 1; Q es TRUE si CV >= PV

1.3.2.2 CTD Contador Descendente

Descripción General:

CD Decrementa en 1con un flanco. LOAD Carga el VALOR CORRIENTE con el valor del PRESET. PV VALOR PRESET . CV VALOR CORRIENTE.. Q Output, es TRUE si CV = 0 (CTUD). CD, LOAD y Q son de tipo BOOL; PV y CV son de tipo INT.

Significa:

Si esta LOAD entonces CV =PV ; Pero si esta CD entonces CV := CV - 1; Q es TRUE si CV <= 0.


3

1.3.2.3 CTUD Contador Ascendente y descendente

Descripción General: CU Incrementa en 1 con un flanco. CD Decrementa en 1 con un flanco. RESET Coloca el valor corriente a 0.

LOAD Carga el VALOR CORRIENTE con el valor del PRESET. PV VALOR PRESET . CV VALOR CORRIENTE. Q Output, es TRUE si CV = PV (CTU), es TRUE si CV = 0 (CTD). QU Output, es TRUE si CV = PV (CTUD). QD Output, es TRUE si CV = 0 (CTUD).

CU, CD, LOAD, RESET, QU y QD son de tipo BOOL; PV y CV son de tipo INT.

Significa: Si esta RESET entonces CV = 0; Si esta LOAD entonces CV = PV; Pero si esta CU entonces CV = CV + 1; Pero si esta CD entonces CV = CV - 1; QU es TRUE si CV >= PV QD es TRUE si CV <= 0.

Para una mejor comprensión del principio de funcionamiento veremos el desarrollo de un ejemplo:

1.4 APLICACIÓN DEL CONTADOR


Se desea contabilizar eventos cuando se activa una entrada S1Q, así mismo decrementar con la señal de entrada S2Q. Por otro lado, es preciso resetear a cero el contador cada vez que aparece la señal S0Q. Contemplar una entrada S3Q para que se pueda cargar al contador un valor preseteado de 10. Finalmente, una lámpara H1H se encenderá cuando el contador tenga en su registro contabilizado 10 eventos.

Se pide:

1 Lista de ordenamiento 2 Diagrama de contactos 3 Plano de funciones


4


ENTRADAS


S0Q Botón pulsador N.A. I0,0 S1Q Botón pulsador N.A. I0,1 S2Q Botón pulsador N.A. I0,2 S3Q Botón pulsador N.A. I0,3

SALIDAS

DESIGNACIÓN DESCRIPCIÓN OPERANDO H1H Lámpara de señalización Q2,1




5

1.5 RESUMEN

• El contador es una función de computo, que sirve para registrar eventos o

sucesos

• Existen 3 tipos de contadores CTU, CTD, CTUD.

• EL tipo de variables que se usan son Boleanas y las variables tipo enteros son los valores de cuenta y de preset del contador.


1. Si se desea programar una aplicación, como por ejemplo una playa de

estacionamiento donde se desea contabilizar los carros que ingresan y salen, ¿Usted necesariamente utilizaría un contador o temporizador?

Respuesta:…………………………………………………………………………………

2. ¿Que el tipo de variable es la entrada CU en el contador?

Respuesta:…………………………………………………………………………………

3. ¿Que el tipo de variable es la entrada PV en el contador?

Respuesta:…………………………………………………………………………………

4. ¿puedo colocar el valor 34 en la pata de entrada RESET del contador CTUD?

Respuesta:…………………………………………………………………………………


1. Un contador. 2. Es una variable tipo BOOL, boleana 3. Es una variable tipo INT, entero 4. No se puede, pues 34 es un entero y la variable que corresponde en esa pata,

es una boleana.

UNIDAD V

Comparadores


Índice

MÓDULO 2: PROGRAMACIÓN AVANZADA Unidad V: COMPARADORES 1. Comparadores ....................................................................................... 1

1.1 Introducción .................................................................................. 1 1.2 Objetivos ...................................................................................... 1 1.3 Contenido ..................................................................................... 1

1.3.1 Tipos de señales ................................................................... 1 1.3.1.1 Señal discreta ........................................................... 1 1.3.1.2 Señal análoga ............................................................ 2

1.3.2 Representación de las cantidades binarias ................................... 3 1.3.2.1 Bit ........................................................................... 3 1.3.2.2 Byte ....................................................................... 3 1.3.2.3 Palabra .................................................................... 3

1.3.3 Operaciones digitales .............................................................. 4 1.3.4 Operaciones de comprobación................................................... 5 1.3.5 Operaciones de transferencia .................................................... 6 1.3.6 Ejemplo de aplicación de los comparadores .................................. 7

1.4 Resumen ...................................................................................... 9 1.5 Preguntas de autocomprobación ......................................................... 9 1.6 Respuestas a las preguntas de autocomprobación .................................. 9


1

1. COMPARADORES

1.1 INTRODUCCIÓN

A partir de éste quinto módulo aprenderemos el principio de funcionamiento de las operaciones avanzadas para la programación.

Antes de ello, es necesario identificar los tipos de señales que generalmente se encuentran dentro del sistema: señales discretas y señales análogas.

Finalmente, veremos las operaciones de comparación que se usarán en las diferentes aplicaciones.

1.2 OBJETIVOS

• Diferenciar los tipos de señales: discreta y análoga. • Programar las operaciones de comparación.

1.3 CONTENIDOS

1.3.1 TIPOS DE SEÑALES

Existen dos tipos de señales bien definidas que un PLC puede procesar, estas son:

1.3.1.1 SEÑAL DISCRETA

Este tipo de señal es conocida también con los siguientes nombres: • Señal binaria. • Señal lógica. • Señal todo o nada (TON).

Se caracteriza porque sólo pueden adoptar uno de dos posibles estados o niveles: el estado de señal "0" y el estado de señal "1". Asimismo, estos estados cuando se relacionan, de acuerdo a su condición eléctrica, se dice: no existe tensión y existe tensión, la magnitud de la tensión no interesa, ya que dependerá del componente electrónico que pueda asumir esta tensión nominal.

Como ejemplo, citaremos aquellos dispositivos de campo de entrada y salida de donde provienen o se asignan una señal discreta, respecto a un PLC:

Entrada Salida - Pulsador. - Contactor. - Interruptor de posición. - Lámpara indicadora, etc. - Interruptor fotoeléctrico, etc.


2

Figura 1. Representación de una señal discreta.

1.3.1.2 SEÑAL ANÁLOGA

Se conoce a la señal análoga como aquella cuyo valor varía con el tiempo y en forma continua, pudiendo asumir un número infinito de valores entre sus límites mínimos y máximos.

A continuación se citan algunos parámetros físicos muy utilizados en los procesos industriales, tal que, en forma de señal análoga pueden ser medidos y controlados.

• Temperatura. • Velocidad. • Presión. • Flujo. • Nivel, etc.

Figura 2. Representación de una señal análoga.


3

1.3.2 REPRESENTACIÓN DE LAS CANTIDADES BINARIAS

El PLC recibe la información proveniente del proceso, ya sea como señales discretas o análogas, a través de las tarjetas de entrada, que luego son transformadas en el CPU y almacenadas como una agrupación binaria (agrupación de unos y ceros), por lo tanto, es necesario disponer de un medio de representación que facilite su manejo y mejore la capacidad de procesamiento. Para ello se emplean con mayor frecuencia tres tipos de representaciones, éstas son: el bit, el byte y la palabra, en algunos casos se utiliza la doble palabra.

1.3.2.1 BIT

El bit es la unidad elemental de información que sólo puede tomar dos valores: "1" ó "0”; es decir, un bit es suficiente para representar una señal binaria.

1.3.2.2 BYTE

El byte es una unidad compuesta por una agrupación ordenada de 8 bits, es decir, ocho dígitos binarios. Los bits se agrupan de derecha a izquierda tomando como número de bit del 0 al 7.

En un byte se puede representar el estado de hasta ocho señales binarias, puede usarse para almacenar un número cuya magnitud como máximo sería:

Número máximo de un byte = 1 1 1 1 1 1 1 1 = 28 - 1 = 255

1.3.2.3 PALABRA

Para obtener mayor capacidad de procesamiento a veces se agrupan los bytes, formando lo que se denomina la palabra.

La palabra es una unidad mayor compuesta de 16 bits = 2 bytes. Los bits de una palabra se agrupan de derecha a izquierda, tomando como número de bit del 0 al 15.

En una palabra se pueden representar hasta 16 señales binarias, puede usarse para almacenar un número cuya magnitud como máximo sería:

Número máximo de una palabra = 216 - 1 = 65 535


4

Figura 3. Representación de las cantidades binarias: bit, byte y palabra.

1.3.3 OPERACIONES DIGITALES

Así como la información proveniente del proceso la podemos representar mediante los bits, los bytes y las palabras, también podemos efectuar operaciones entre ellas, tales como: comparaciones, cálculos, conversiones, movimientos, etc. Estos tipos de operaciones son necesarias utilizarlas, fundamentalmente, cuando se manejan señales análogas en aplicaciones avanzadas.

Del mismo modo, como en las operaciones binarias, el usuario deberá tener presente que no todas estas funciones son posibles de programar, en la mayoría de PLCs dependerá de la habilidad del programador para combinarlas convenientemente y resolver los problemas con las operaciones disponibles.

Los operandos del tipo palabra y bit interno que se utilizarán de ahora en adelante como ejemplo para programar las operaciones digitales se muestra en la Tabla 1.


5

Tabla 1. Operandos del tipo palabra y bit interno.

Palabras o

O P E R A N D O

Bits Simatic Telemecanique Allen Bradley Palabra Fuente

MW10 W10 B3:10

MW20 W20 B3:20 Palabra destino

MW30 MW31

W30 B3:30

M5.0 B3:0 / 5 Bit interno M5.1 B5 ó

M5.2 B3/ 5 M5.3

1.3.4 OPERACIONES DE COMPARACIÓN

Estas operaciones permiten comparar dos variables o una variable con un valor numérico. Todas estas operaciones son condicionales, es decir, cuando se cumple la relación de comparación, se activará una señal del tipo binaria. En algunos casos es necesario que la primera variable sea netamente variable, mientras que la segunda puede ser variable o constante.

Las operaciones de comparación posibles son:

• Igualdad. • Desigualdad. • Menor que. • Menor o igual que. • Mayor que. • Mayor o igual que.

La representación en la norma IEC 61131-3 se representa de la siguiente forma:

Los operandos de entrada pueden ser de tipo BYTE, WORD, DWORD, INT, DINT o REAL. El operando de salida siempre será una variable del tipo BOOL.

A continuación, mostramos en la Tabla 2 la representación de las operaciones de comparación usadas para los PLCs. Simatic, Telemecanique y Allen Bradley.


6

Tabla 2. Operaciones de comparación.

1.3.5 OPERACIONES DE TRANSFERENCIA

Es importante también, definir estas operaciones que permiten el intercambio de información desde un lugar a otro. Esto es, si por ejemplo queremos transferir el valor de un temporizador o contador a una palabra, tenemos que aplicar la operación de transferencia, donde el PLC copiará el valor requerido en la palabra deseada.

La manera de programarlo en los tres tipos de PLCs anteriormente señalados es como se muestra en la Tabla 3.


7

Tabla 3. Operaciones de transferencia.

Esta tabla se interpreta así: la palabra10 (W10), que podría ser el valor del tiempo en un temporizador, por ejemplo, se carga a una memoria especial, llamada “acumulador”, para luego transferirlo a la palabra 30 (W30), que podría ser el valor de tiempo de otro temporizador.

1.3.6 EJEMPLO DE APLICACIÓN DE LOS COMPARADORES

Para un mejor entendimiento del principio de funcionamiento, lo explicaremos a través del siguiente ejemplo:


Se tiene un contador C1, el cual se puede pre-setear al valor de 10, a través de una señal de entrada S1Q, así también aumentar y decrementar por medio de las entradas S2Q y S3Q, respectivamente; se desea supervisar el valor en que se encuentra el contador mediante 3 lámparas de señalización.

Cuando el valor del contador es menor a 5 deberá encenderse la lámpara H1H. Cuando el valor es mayor a 15, deberá encenderse la lámpara H3H y finalmente, si el valor del contador se encuentra entre 5 y 15, se encenderá la lámpara H2H.

Se pide:

1 Lista de ordenamiento 2 Plano de funciones


8


ENTRADAS

DESIGNACIÓN DESCRIPCIÓN OPERANDO S1Q Botón pulsador N.A. (preset). %I0.1 S2Q Botón pulsador N.A. (incremento). %I0.2 S3Q Botón pulsador N.A. (decremento). %I0.3 S4Q Botón pulsador N.A. (reset). %I0.4

SALIDAS

DESIGNACIÓN DESCRIPCIÓN OPERANDO H1H Lámpara de señalización. %Q2.1 H2H Lámpara de señalización. %Q2.2 H2H Lámpara de señalización. %Q2.3



9

1.4 RESUMEN

1. Existen dos tipos de señales en un sistema a automatizar: þ Señal discreta y þ Señal análoga.

2. Las cantidades binarias se guardan y representan de tres maneras:

♦ Bit. ♦ Byte. ♦ Palabra.

3. Las operaciones de comparación permiten comparar dos variables o una

variable con un número, si la comparación es afirmativa, se activará una señal binaria.

4. Las comparaciones que se pueden realizar son:

♦ Igualdad. ♦ Desigualdad. ♦ Menor que. ♦ Menor o igual que. ♦ Mayor que. ♦ Mayor o Igual que.

5. Existe una operación denominada de transferencia, que permite copiar información de un lugar a otro.


1. La señal que emite una termocupla ¿Es del tipo discreta o análoga? Respuesta:…………………………………………………………………………………….............. 2. Señale cuatro sensores de entrada del tipo discreto. Respuesta:…………………………………………………………………………………….............. 3. Si se desea verificar la igualdad de los estados de dos contadores, ¿Qué

operación de comparación debemos utilizar? Respuesta:……………………………………………………………………………………..............


1. Análogo.

2. Pulsador.

Final de carrera. Interruptor de nivel. Pulsador de emergencia.

3. Igualdad.

UNIDAD VI

Operaciones aritméticas y

lógicas


Índice

MÓDULO 2: PROGRAMACIÓN AVANZADA Unidad VI: OPERACIONES ARITMÉTICAS Y LÓGICAS 1. Operaciones aritméticas y lógicas ................................................................... 1

1.1 Introducción ...................................................................................... 1 1.2 Objetivos .......................................................................................... 1 1.3 Contenido ......................................................................................... 1

1.3.1 Operaciones lógicas .................................................................. 1 1.3.2 Operaciones aritméticas ............................................................. 4 1.3.3 Ejemplo de aplicación de las operaciones aritméticas......................... 6 1.3.4 Ejemplo de aplicación de las operaciones lógicas .............................. 7

1.4 Resumen .......................................................................................... 8 1.5 Preguntas de autocomprobación ............................................................. 8 1.6 Respuestas a las preguntas de autocomprobación ...................................... 8


1

1. OPERACIONES ARITMÉTICAS Y LÓGICAS

1.1 INTRODUCCIÓN

En este sexto módulo aprenderemos el principio de funcionamiento de otras operaciones avanzadas para la programación, tales como:

• Operaciones aritméticas (ADICIÓN, SUSTRACCIÓN, MULTIPLICACIÓN,

DIVISIÓN Y RAÍZ CUADRADA). • Operaciones lógicas (AND, OR, XOR). Como Uds. se habrán dado cuenta, a medida que avanza el curso, se aprenden nuevas operaciones de programación que nos permiten tener más y mejores herramientas para resolver aplicaciones en el campo de la automatización a través del PLC.

No se olvide de tener en cuenta estos recursos si enfrenta un problema. Analizar cuál de ellas ofrece la mejor alternativa. También, debemos saber que existen varios modos de enfocar y resolver un problema, lo óptimo es aquel que emplea menor cantidad de memoria en la CPU del PLC.

1.2 OBJETIVOS

• Identificar el principio de funcionamiento de las operaciones aritméticas y lógicas.

• Programar las operaciones aritméticas y lógicas.

1.3 CONTENIDOS

1.3.1 OPERACIONES ARITMÉTICAS

Son operaciones que permiten realizar cálculos aritméticos utilizando operandos del tipo palabra, en algunos casos el resultado de la operación es transferido a otra palabra (destino). Las operaciones aritméticas son las siguientes:

Adición: Operación donde se suman dos operandos digitales.

W10 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 2500

+ W20 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 500

= W30 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0

3000

Tecsup Virtu@l Automatización Lógica Programables

2

Sustracción: Operación donde se restan dos operandos digitales.

W10 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 250

0

- W20 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 500

= W30 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 2000

Multiplicación: Operación donde se multiplica dos operandos digitales.

W10 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 2500

X W20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 2

= W30 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 500

0

División: Operación donde se divide dos operandos digitales.

W10 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 2500

÷ W20 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 500

= W30 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 5

Raíz cuadrada: Operación donde se obtiene la raíz cuadrada de un operando digital.

W10 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 250

0

√

W30 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 50


3

Tabla 1. Operaciones Aritméticas.

Según el estándar IEC 61131


4

1.3.2 OPERACIONES LÓGICAS

Son operaciones que permiten realizar relaciones lógicas entre operandos del tipo palabra y cuyo resultado es transferido, en algunos casos, a otra palabra destino. Las operaciones lógicas son: Y (AND), O (OR), O-EXCLUSIVO(XOR)

Y (AND): Operación donde se consulta si se cumplen simultáneamente los bits correspondientes a dos operandos digitales.

W10 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0

Y W20

0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0

= W30

0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0

O (OR): Operación donde se consulta si se cumplen cualquiera de los bits correspondientes a dos operandos digitales.

W10

0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0

O W20 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0

= W30 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0

O - EXCLUSIVO (XOR): Operación donde se consulta si se cumple la condición de solamente uno de los dos bits correspondientes a dos operandos digitales.

W10

0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0

XOR W20

0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0

= W30 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0


5

Análogamente, como en el caso de los comparadores, vamos a considerar como nomenclatura los operandos del tipo palabra y bits internos que se utilizarán para la programación en los PLCs: Simatic, Telemecanique y Allen Bradley, tal como se muestra en la siguiente tabla: Tabla 1. Operandos del tipo palabra y bit interno.

Palabras o

O P E R A N D O

Bits Simatic Telemecanique Allen Bradley

Palabra MW10 W10 B3:10

Fuente MW20 W20 b3:20

Palabra MW30 W30 B3:30

Destino MW31

M5.0 B3: 0 / 5

Bit Interno M5.1 B5 ó

M5.2 B3 / 5

M5.3

Tabla 2. Operaciones lógicas.

En el estándar IEC 61131 se representa:


6

1.3.3 EJEMPLO DE APLICACIÓN DE LAS OPERACIONES ARITMÉTICAS

Para entender mejor el principio de funcionamiento, lo explicaremos a través del siguiente ejemplo:


El valor de un contador C1, al cual se puede pre-setear al valor de 10 a través de una señal de entrada S1Q, como también aumentar y decrementar por medio de las entradas S2Q y S3Q respectivamente, se desea realizar operaciones aritméticas con el valor actual del contador, tales como: • Sumar el valor de 5 y transferirlo a la palabra 10. • Restar el valor de 5 y transferirlo a la palabra 12. • Multiplicar por 2 y transferirlo a la palabra 14. • Dividirlo entre 2 y transferirlo a la palabra 16. Finalmente, considerar en el contador una entrada de reset gobernado por S0Q.

Se pide:

1 Lista de ordenamiento 2 Plano de funciones


ENTRADAS

DESIGNACIÓN DESCRIPCIÓN OPERANDO S0Q Botón pulsador N.A. %I0.0 S1Q Botón pulsador N.A. %I0.1 S2Q Botón pulsador N.A. %I0.2 S3Q Botón pulsador N.A. %I0.3

2. DIAGRAMA DE FUNCIONES


7

1.3.4 EJEMPLO DE APLICACIÓN DE OPERACIONES LÓGICAS

Para un mejor entendimiento del principio de funcionamiento, observemos el siguiente ejemplo:


Se desea tener en la palabra 20, solamente los 8 primeros bits de la palabra 10 hábiles, o sea, según su valor real; mientras que los restantes 8 últimos bits en cero. A esta forma de acondicionar una palabra, sea colocando a cero o en uno los bits de una palabra, se denomina “enmascaramiento”. Considere que el valor de la palabra 10 proviene del estado del contador 2.

Se pide:

1 Diagrama de Funciones

1. DIAGRAMA DE FUNCIONES


8

1.4 RESUMEN

1. Las operaciones aritméticas que se pueden programar en un PLC son:

• Adición. • Sustracción. • Multiplicación. • División. • Raíz cuadrada.

2. Las operaciones lógicas que se pueden realizar son:

• And. • Or. • Or- excluxiva.


1. ¿De qué tipo son los operandos en los cálculos aritméticos? Respuesta:………………..………………………………………………............………………….. 2. Mencione dos aplicaciones de programación para los cálculos aritméticos. Respuesta:………………..………………………………………………............………………….. 3. ¿Cuál es la diferencia entre la función AND del primer módulo y la

operación AND de este módulo?. Respuesta:………………..………………………………………………............…………………..


1. Del tipo palabra.

2. Sumar el estado de dos contadores. 3. Restar el valor corriente de dos temporizadores.

4. En que para el primer módulo es referido a valores binarios y de este

módulo (operaciones lógicas) a valores del tipo palabra.

UNIDAD VII

Programación Analógica


Índice

MÓDULO 3: PROGRAMACIÓN ANALÓGICA Unidad VII: PROGRAMACIÓN ANALÓGICA 1. Programación de módulos análogos................................................................. 1


1.3.1 Principio de funcionamiento de los módulos análogos ........................ 1 1.3.2 Funcionamiento de los módulos análogos de PLC Micrologix 1000

Analog (Allen Bradley)................................................................ 7 1.3.3 Aplicación................................................................................ 8 1.3.4 Escalamiento ..........................................................................13


1

1. PROGRAMACIÓN DE MÓDULOS ANÁLOGOS

1.1 INTRODUCCIÓN

Ahora que tiene los conocimientos necesarios para identificar las partes del PLC, así como las funciones y operaciones lógicas discretas y digitales, estamos en condiciones de programar los módulos análogos.

En este módulo, se estudiarán las técnicas para programar las interfases análogas, desde su configuración hasta el algoritmo que gobierna la lógica de un proceso; tenga presente que las señales análogas pueden provenir de la captación de la temperatura, presión velocidad, etc.

Asi tambien, la escala numérica usada para las variables de procesos (PV) y variables de control (CV) son generalmente unidades de ingeniería, tal como PSI o grados, lo cual hace a veces necesario escalar sus rangos propios de los módulos de E/S analógicas a valores de ingeniería por ser mas útiles a los operadores de los procesos. Para implementar en un PLC AB se usa la instrucción de escalamiento SCL.

1.2 OBJETIVOS

• Reconocer el principio de funcionamiento de los módulos análogos. • Configurar los módulos análogos. • Reconocer las características de cada módulo de entrada y salida. • Analizar el fundamento de los bloques de escalamiento. • Desarrollar bloques de escalamiento.

1.3 CONTENIDOS

1.3.1 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS MÓDULOS ANÁLOGOS (TELEMECANIQUE)

Principio de funcionamiento de los módulos de entrada análogos:

• TSX AEG 4110 ( ±10V ) • TSX AEG 4111 ( 4/20mA )

Cuentan con un solo conversor análogo-digital (ADC) y con un tiempo de conversión de 80ms/canal, escaneando los cuatros canales


2

secuencialmente. Al mismo tiempo en que se almacena el valor digital de la entrada i en la palabra registro IWx,i se está multiplexando la señal análoga (i+1) e iniciando su conversión.

Figura 1. Diagrama de bloques del funcionamiento de un módulo de entrada análoga.

Principio de funcionamiento de los módulos de salida análogos:

• TSX ASG 2000 ( ±10V ) • TSX ASG 2001 ( 4/20mA )

Cuentan con dos circuitos conversores análogo-digital (DAC). La transferencia del valor digital hacia el módulo de salida es realizada por medio del multiplexado controlado por el procesador del PLC. Los valores de los dos canales son escaneados alternativamente.

Figura 2. Diagrama de bloques del funcionamiento de un módulo de salida análogo.

Bits y palabras utilizados en los programas

Los bits y las palabras que permiten comunicar los módulos de E/S análogos con el programa del usuario son :

• Bits de entrada discreta. • Bits de falla y • Palabras de registro de E/S.

Bits de entrada discreta


3

Prueba de continuidad: Ix,0 @ Ix,3

Estos bits son solamente significativos cuando se usan los módulos de entrada del tipo corriente (4/20mA) configurado para un procesamiento con cambio de rango.

Si el nivel de corriente en una entrada es inferior de 0.5 mA, entonces se detecta una falla por continuidad y el bit correspondiente a esta entrada: Ix,0 a Ix,3 es seteado a uno.

En todos los otros casos estos bits permanecen en cero.

Validación de la medición: Ix,4

Este bit es accesible en modo lectura por el programa y se usa para los módulos de entrada. Es seteado a 1 por el procesador tan pronto como la medición siguiente es realizada. Por otro lado, este bit es seteado a cero en:

• Inicialización (INIT)

• Re-arranque en frío o caliente

• Ninguna medición es realizada en un período de 1 segundo

Bits de fallas

Estos bits son disponibles en modo lectura y son seteados a 1 en situaciones de falla en el bus o cuando se origina una falla en alguna parte del módulo. Son usados para los módulos de E/S.

6 5 4 3 2 1 0 Sx

å Dirección del módulo: . 1(primera extensión) . 2(segunda extensión) . 3(tercera extensión)

Sx,0 ó Sx=1: Detecta todas las fallas e indica cualquier variación entre el código de configuración declarado en la configuración de las E/S, con el código (27) perteneciente al módulo de entrada análogo, o (21) para el módulo de salida análogo.


4

Sx,1: Falla de la fuente de alimentación Sx,2: Falla del módulo Sx,3: Falla por intercambio de módulo

Palabras de registro para los módulos de E/S

Palabra de registro de salida OWx,7 (en modo configuración)

La palabra de registro OW x,7 es accesible a través del programa del usuario en modo escritura y es usado para configurar a los módulos análogos de entrada los siguientes parámetros :

• Modo de escanear. • Corrimiento de la escala.

Es importante resaltar que ante un re-arranque en frío el módulo trabajará con la siguiente configuración: escaneando en los 4 canales y sin cambio de rango.

OWx,7

dirección del módulo:. 1 (primera extensión). 2 (segunda extensión). 3 (tercera extensión)

modo de escanear:. 0 (0000): todos los canales en alternacia (valor por defecto). 1 (0001): solamente el canal 0. 2 (0010): los canales 0 y 1 en alternacia. 3 (0011): los canales 0,1 y 2 en alternancia. 4 (0100): todos los canales en alternancia

corrimiento de la escala para módulos de(4/20 mA) únicamente:. 0 (0000): no hay corrimiento (valor por defecto). 1 (0001): corrimiento de 250 puntos

15 7 4 3 0

Ejemplo: H´0012´ OW1,7 : configuración con dos canales escaneados alternativamente el 0 y el 1 y con corrimiento de escala

Palabras de registro de E/S

• Las palabras de registro de entradas (IWx,0 a IWx,3) son aquellas donde se transfieren los valores digitales correspondientes a las señales de entrada análogas de los canales del 0 al 3 respectivamente.


5

Canal 0 IWx,0

Canal 1 IWx,1

Canal 2 IWx,2

Canal 3 IWx,3

• Las palabras de registro de salidas (OWx,0 y OWx,1) son aquellas de

donde se transfieren los valores digitales hacia los módulos de salida para luego convertirlos en valores análogos. Estos valores son tomados de los canales 0 y 1 para gobernar los actuadores análogos.

Canal 0 OWx,0

Canal 1 OWx,1

Correspondencia análogo-digital en un módulo de entrada (Telemecanique)

La resolución del valor digital está determinada sobre un rango máximo de 11 bits+1 bit para el signo, lo que permite codificar ±2047 puntos a escala máxima.

Figura 3. Correspondencia A/D en un módulo de entrada.


6

Tabla 1 Valores característicos de los módulos análogos de entrada

IWx,i Decimal

TSX AEG 4110

(-10/+10V)

TSX AEG 4111 (4/20mA)

Sin cambio Con cambio

2 047 20,47 32,752 -

1 797 17,97 28,752 32,752

1 000 10,00 16,000 20,000

1 0,01 0,016 4,016

0 0,00 0,000 4,000

- 250 - 2,50 - 4,000 0,000

- 1 000 - 10,00 - 16,000 - 12,000

- 2 047 - 20,47 - 32,752 - 28,752

- 2 297 - - - 32,752

Valor LSB (*)

10mV 16uA 16uA

Fórmula de conversión

Vd=Va x 100

Id=Ia/0,016 Id=(Ia-4)/0,016

Vd y Id = valor digital almacenado en la palabra registro. Va y Ia = valor de la entrada análoga expresado en V y mA respectivamente. (*) LSB = bit menos significativo.

Correspondencia digital-análogo en un módulo de salida (Telemecanique)

La resolución del valor digital del conversor digital – análogo (DAC) está determinada sobre un rango máximo de 11 bits + 1 bit para el signo, lo que permite codificar ± 2 047 puntos a escala máxima. Si este valor sobrepasa dicho rango, automáticamente queda limitado por el sistema operativo del PLC tal como se muestra en la siguiente Figura.


7

Figura 4. Correspondencia D/A en un módulo de salida.

Tabla 2. Valores característicos en los módulos análogos de salida.

OWx,i Decimal

TSX ASG 2000 (-10/+10V)

TSX ASG 2001 (4/20mA)

2 047 Saturación Saturación

1 200 Saturación 24,000

1 100 11,00 21,600

1 000 10,00 20,000

1 0,01 4,016

0 0,00 4,000

- 250 - 2,50 0

- 1 000 - 10,00 0 (limitado)

- 1 100 - 11,00 0 (limitado)

- 2 047 Saturación 0 (limitado)

Valor LSB (*) 10mV 16uA

Fórmula de conversión

Va=Vd/100 Ia = 0.016 x Id+4

Vd y Id = valor digital suministrado por el programa del usuario (contenido

en la palabra OWx,i) Va y Ia = voltaje y corriente suminis trado por el módulo expresado en V y

mA respectivamente. (*) LSB = Bit menos significativo.

1.3.2 FUNCIONAMIENTO DE LOS MÓDULOS ANÁLOGOS DE PLC

MICROLOGIX 1000 ANALOG (ALLEN BRADLEY)

Datos de funcionamiento de los módulos de entrada análogos:


8

1.3.3 APLICACIÓN

CONTROL DE NIVEL DE AGUA EN UN TANQUE CON MEDICIÓN POR SENSOR DE RESISTENCIA DESCRIPCIÓN TECNOLÓGICA:

Una bomba debe llenar agua a un tanque cuando se arranca su motor por intermedio del pulsador de arranque S0 o cuando el nivel de agua es mínimo. Del mismo modo, la bomba deja de funcionar cuando se activa el pulsador de parada (S1) o cuando el nivel de agua está en máximo. El control automático se da por intermedio de un TRANSDUCTOR de nivel, el cual se conecta a la entrada análoga de tensión, tal que, 10V indica que el tanque se encuentra lleno y 0V se encuentra vacío. Por lo tanto, la bomba debe funcionar en operación manual a través de (S0 y S1) o automático por el sensor de nivel (R).

El sistema incluye un panel de lámparas indicadoras (H0, H1, H2), cuando la bomba funciona, la lámpara H0 se enciende permanentemente, en caso de una falla en el motor de la bomba por sobrecarga, el encendido de la lámpara H0 pasa a ser intermitente, con una frecuencia de 250Hz; si el tanque está lleno, la lámpara H1 estará encendida y finalmente si el tanque está vacío, la lámpara H2 estará encendida.

ESQUEMA TECNOLÓGICO

Se pide:

1 Lista de ordenamiento 2 Diagrama de contactos 3 Diagrama de conexiones


9

Solución en PLC TELEMECANIQUE TSX 17-20


ENTRADAS

DESIGNACIÓN

DESCRIPCIÓN OPERANDO

S0 Pulsador de arranque N.A. I0,0 S1 Pulsador de parada N.C. I0,1 F2F Relé térmico N.C. I0,2 R Sensor de nivel por resistencia variable IW1,0

SALIDAS

DESIGNACIÓ

N DESCRIPCIÓN OPERAND

O H0 Lámpara de señalización (bomba

funcionando). O0,0

H1 Lámpara de señalización (tanque lleno). O0,1 H2 Lámpara de señalización (tanque vacío). O0,2

K1M Contactor principal. O0,3


TELEMECANIQUE


10

S1,0 B0

W0 1200

IW1,0 W0

0 W1

10 W2

W1 = W0

W2 W0

H 0001 0W1,7

B0

H2

H1

Configuración: - un canal escaneado - sin cambio de rango

Lectura de la señal análoga de entradaS1,0 : bit de protección conrtra fallas

Protección contra saturación

Lámpara de tanque vacio

Lámpara de tanque lleno

Nivel Mìnimo


11

2s T 0

T1

ON-DEL

K1M

K1M

H 0

B1

S0

H 2

S1

F 2

H 1

K1M

B1

F2F B2

S

R

Arranque de la bomba

Parada de la bomba

Lámpara de funcionamiento de la bomba- normal- falla por sobrecarga

2s T 0

T2

ON-DELB2

B1

Generador de onda


12


L1 L2 COM O/0 O/5O/2O/1 O/6O/3 O/4COM COM COM O/7

COM I/0 I/1 I/2 I/3 I/4COM I/5 I/6 I/7 I/8 I/9 I/10 I/11

S0

AC/DC

AC/DC

AC/DC

I>> H1 H2

S1

K1MH0

F2F

CH2 CH32 3

0 1CH0 CH1

+0...10V

PLC E/A

- -

--

UP


13

1.3.4 ESCALAMIENTO

Escalamiento en el PLC se entiende, como el cambio de escala numérica, desde valores definidos por los mismos módulos de entrada análoga y los valores usados por los operadores de procesos que son generalmente valores de ingeniería, es decir bar, grados centígrados, cm., RPM, etc.

En el PLC esto se encuentra en forma de bloque ya listo para usar o de no ser así se deberá implementar, la fórmula siguiente para convertir los datos de entrada analógicos en unidades de ingeniería:

y = mx + b Donde:

y = salida escalada = (valor de entrada x pendiente) + offset

m = pendiente = (escala máx.–escala mín.)/(entrada máx.–

entrada mín.) x = valor de entrada b = offset (intersección y) = escala mín. – (entrada min. ×

pendiente)

1.3.4.1 En el caso del PLC MICROLOGIX 1000, se cumple lo siguiente:

Cuando esta instrucción es verdadera, el valor en la dirección de fuente se multiplica por el valor del régimen. El resultado redondeado se añade al valor de offset y se coloca en el destino.

1.3.4.2 Cómo introducir parámetros

El valor para los parámetros siguientes es entre –32,768 a 32,767.

• La fuente es una dirección de palabra. • El régimen (o pendiente) es el valor positivo o negativo que usted introduce dividido entre 10,000. Puede ser una constante de programa o una dirección de palabra. • El offset puede ser una constante de programa o una dirección de palabra.


14

1.3.4.3 Ejemplo de aplicación 1

Conversión de una señal de entrada analógica de 4 mA–20 mA en una variable de proceso PID

Cómo calcular la relación lineal

Use las ecuaciones siguientes para expresar las relaciones lineales entre el valor de entrada y el valor con escala resultante:

UNIDAD VIII

Funciones Avanzadas en

Control Continuo


Índice

MÓDULO 3: PROGRAMACIÓN ANALÓGICA Unidad VIII: FUNCIONES AVANZADAS EN CONTROL CONTINUO 1. Funciones avanzadas en control continuo ..................................................... 1

1.1 Introducción .................................................................................. 1 1.2 Objetivos ...................................................................................... 1 1.3 Contenido ..................................................................................... 1

1.3.1 El concepto PID ..................................................................... 1 1.3.2 La ecuación PID..................................................................... 2 1.3.3 Caso de PLC Micrologix 1000..................................................... 2 1.3.4 Aplicación.............................................................................11


1

1. FUNCIONES AVANZADAS EN CONTROL CONTINUO

1.1 INTRODUCCIÓN

La escala numérica usada para las variables de procesos (PV) y variables de control (CV) son generalmente unidades de ingeniería, tal como PSI o grados, lo cual hace a veces necesario escalar sus rangos propios de los módulos de E/S analógicas a valores de ingeniería por ser mas útiles a los operadores de los procesos. Para implementar en un PLC AB se usa la instrucción de escalamiento SCL. En las aplicaciones de control de procesos continuos el tipo de control usado mas popular es el control PID, en este capitulo implementaremos controles de este tipo.

1.2 OBJETIVOS

• Analizar el fundamento de los bloques de escalamiento. • Analizar el principio de fucnionamiento de los Bloques PID. • Desarrolar bloques de escalamiento. • Implementar programas con bloques de control PID.

1.3 CONTENIDOS

1.3.1 EL CONCEPTO PID

El control en lazo cerrado PID retiene una variable de proceso a un punto de ajuste deseado. Un ejemplo del régimen de caudal/nivel de fluido se muestra abajo.

Figura 1. Diagrama de bloques del funcionamiento de un control PID de Nivel.


2

La ecuación PID controla el proceso enviando una señal de salida a la válvula de control. Cuanto más grande sea el error entre el punto de ajuste y la entrada de variable de proceso, tanto más grande es la señal de salida y vice versa. Un valor adicional (alimentación hacia adelante o bias) se puede añadir a la salida de control como offset. El resultado del cálculo PID (variable de control) impulsará la variable de proceso que controla hacia el punto de ajuste.

1.3.2 LA ECUACION PID La instrucción PID usa el algoritmo siguiente: Ecuación estándar con ganancias dependientes:

Las constantes de ganancia estándar son:

1.3.3 EN EL CASO DE PLC MICROLOGIX 1000, SE TIENE LOS

SIGUIENTE:

1.3.3.1 Cómo introducir parámetros

Normalmente, la instrucción PID se coloca en un renglón sin lógica condicional. La salida permanece a su último valor cuando el renglón es falso. El término integral también se borra cuando el renglón es falso.

Nota La instrucción PID es un tipo de algortimo PID de sólo entero y no le permite introducir valores de punto (coma) flotante para sus parámetros. Por lo tanto, si intenta mover un valor de punto (coma) flotante a uno de los parámetros PID usando la lógica de escalera, ocurrirá una conversión de punto (coma) flotante a entero.


3

Durante la programación, usted introduce las direcciones del bloque de control, variable de proceso y variable de control después de colocar la instrucción PID en un renglón:

• El bloque de control es un archivo que almacena los datos requeridos para operar la instrucción. La longitud de archivo se fija a 23 palabras y se debe introducir como dirección de archivo de entero. Por ejemplo, la introducción de N10:0 asignará los elementos N10:0 a N10:22. La configuración del bloque de control se ilustra en la página 9–11.

No escriba a las direcciones de bloque de control con otras instrucciones en su programa excepto según lo descrito más adelante en este capítulo. Si vuelve a usar un bloque de datos que fue asignado anteriormente para otro uso, es buena práctica poner primero a cero los datos. Recomendamos que use un archivo de datos único para contener sus bloques de control PID. Por ejemplo N10:0. Esto evita el reuso imprevisto de las direcciones de bloque de control PID por otras instrucciones en su programa.

• La variable de proceso PV es una dirección de elemento que almacena el valor de entrada de proceso. Esta dirección puede ser la ubicación de la palabra de entrada analógica donde el valor de la entrada A/D se almacena. Este valor también podría ser un valor de entero si decide scanear su valor de entrada de antemano al rango 0–16383.

• La variable de control CV es una dirección de elemento que almacena la salida de la instrucción PID. El valor de salida tiene un rango de 0 a 16383; 16383 es el 100%. Esto es normalmente un valor de entero para que usted pueda escalar el rango de entrada PID según el rango analógico específico que su aplicación requiere.

La ilustración a continuación muestra una instrucción PID con direcciones típicas para estos parámetros introducidos:


4

La columna izquierda en la ilustración anterior enumera otros parámetros de instrucción PID que debe introducir.

• Automático/manual AM (palabra 0, bit 1) alterna entre automático y manual. Automático indica que el PID controla la salida. (El bit se ha puesto a cero.) Manual indica que el usuario establece el valor de salida. (El bit está establecido.) Cuando haga ajustes, le recomendamos que efectúe los cambios en el modo manual, seguido por un retorno al modo automático. El límite de salida también se aplica en el modo manual.

• El modo TM (word 0, bit 0) alterna los valores temporizados y STI. Temporizado indica que el PID actualiza su salida al régimen especificado en el párametro de actualización del lazo. Nota Cuando usa el modo temporizado, el tiempo de escán de su procesador debe ser un mínimo de diez veces más rápido que el tiempo de actualización del lazo paraevitar inexactitudes o perturbaciones.

STI indica que el PID actualiza su salida cada vez que se escanea. Cuando selecciona STI, la instrucción PID debe ser programada en una subrutina de interrupción STI, y la rutina STI debe tener un intervalo de tiempo igual al ajuste del parámetro de “actualización del lazo” PID. Establezca el período STI en la palabra S:30. Por ejemplo, si el tiempo de actualización del lazo contiene el valor 10 (para 100 ms), entonces el intervalo de tiempo STI también debe ser igual a 10 (para 10 ms).

• El control CM (palabra 0, bit 2) alterna los valores E=SP–PV y E=PV–SP. La acción directa (E=PV–SP) causa que la salida CV incremente cuando la salida PV es mayor que el punto de ajuste SP (por ejemplo, una aplicación de enfriamiento). La acción inversa (E=SP–PV) causa que la salida CV incremente cuando la salida


5

PV sea menor que el punto de ajuste SP (por ejemplo, una aplicación de calefacción).

– El punto de ajuste SP (palabra 2) es el punto de control

deseado de la variable del proceso. Puede cambiar este valor con las instrucciones en su programa de escalera. Escriba el valor en la tercera palabra en el bloque de control (por ejemplo, escriba el valor en N10:2 si su bloque de control es N10:0). Sin escala, el rango de este valor es 0–16383. En caso contrario, el rango es de escala mínima (palabra 8) a escala máxima (palabra 7),

– La ganancia Kc (palabra 3) es la ganancia proporcional, con un rango de 0.1 a 25.5 La regla general es establecer esta ganancia a la mitad del valor necesario para causar que la salida oscile cuando los términos de restablecimiento y régimen (abajo) se ponen a cero. Específico para SLC 5/03 y SLC 5/04 – El rango válido es 0 a 32767. Esta palabra no es afectada por el bit RG.

– El restablecimiento Ti (palabra 4) es la ganancia integral,

con un rango de 0.1 a 25.5 minutos por repetición. La regla general es establecer el tiempo de restablecimiento para que sea igual al período natural medido en la calibración de ganancia de arriba.

Específico para SLC 5/03 y SLC 5/04 – El rango válido es 0 a 32767 minutos/repetición. Anote que el valor 1 añadirá el término integral mínimo posible en la ecuación PID.

– Régimen Td (palabra 5) es el término derivativo. El rango

de ajuste es 0.01 a 2.55 minutos. La regla general es establecer este valor a 1/8 del tiempo integral de arriba. Específico para SLC 5/03 and SLC 5/04 – El rango válido es 0 a 32767 minutos.

– Escala máxima Smax (palabra 7) – Si el punto de ajuste

debe ser leído en unidades de ingeniería, entonces este parámetro corresponde al valor del punto de ajuste en unidades de ingeniería cuando la entrada de control es 16383. El rango válido es ±16383 a +16383.

Específico para SLC 5/03 y SLC 5/04 – El rango válido es ±32768 a +32767.

– Escala mínima Smin (palabra 8) – Si el punto de ajuste

debe ser leído en unidades de ingeniería, este parámetro corresponde al valor del punto de ajuste en unidades de ingeniería cuando la entrada de control es cero. El rango válido es ±16383 a +16383.


6

Específico SLC 5/03 y SLC 5/04 – El rango válido ±32768 a 32767.

Nota La escala Smin – Smax le permite introducir el punto de ajuste en unidades de ingeniería. La banda muerta, error y PV se mostrarán en unidades de ingeniería. Todavía se espera que el PV de la variable de proceso se encuentre dentro del rango de 0 a 16383. El uso de Smin – Smax no minimiza la resolución PV PID.

Específico para SLC 5/03 y SLC 5/04: Los errores con escalas mayores que +32767 ó menores que ±32768 no se pueden representar. Si el error con escala es mayor que +32767, se representa como +32767. Si el error con escala es menor que ±32768, se representa como ±32768.

– La banda muerta DB (palabra 9) es un valor no negativo.

La banda muerta se extiende sobre y debajo el punto de ajuste según el valor que usted introduce. La banda muerta se introduce en la intersección con cero de la variable de proceso PV y el punto de ajuste SP. Esto significa que la banda muerta estará en efecto sólo después que la variable de proceso PV entre en la banda muerta y pase a través del punto de ajuste SP. El rango válido es 0 a la escala máxima ó 0 a 16383 cuando no hay escala.

– Actualización del lazo (palabra 13) es el intervalo de

tiempo entre los cálculos PID. La entrada es en intervalos de 0.01 segundo. La regla general es introducir un tiempo de actualización del lazo cinco a diez veces más rápido que el período natural de la carga (determinado poniendo los parámetros de restablecimiento y régimen a cero y luego incrementando la ganancia hasta que la salida comience a oscilar). En el modo STI, este valor debe ser igual al valor de intervalo de tiempo STI de S:30. El rango válido es 1 a 2.55 segundos.

Específico para SLC 5/03 y SLC 5/04 – El rango válido es 0.01 a 10.24 segundos.

– El proceso con escala PV (palabra 14) se usa para la muestra en pantalla únicamente. Este es el valor con escala de la variable de proceso (la entrada analógica). Sin escala, el rango de este valor es 0–16383. Si no, el rango es de escala mínimia (palabra 8) a escala máxima (palabra 7).

– Error con escala (palabra 15) se usa para visualización

solamente. Este es el error de escala según es seleccionado por el parámetro de modo de control. Rango: escala máxima a –escala mínima, ó 16383 a –16383 cuando no hay escala.


7

Nota Específico para SLC 5/03 y SLC 5/04: Los errores con escala mayores que +32767 ó menores que ±32768 no se pueden representar. Si el error con escala es mayor que +32767, se representa como +32767. Si el error con escala es menor que ±32768, se representa como ±32768.

– La salida CV% (palabra 16) muestra la salida CV real de 0

a 16383 en términos de porcentaje. (El rango es 0 a 100%.) Si usted seleccionó el modo AUTO con la tecla de llave F1, es para la visualización únicamente.

Si seleccionó el modo manual y usa un monitor de datos APS, puede cambiar la salida CV% y el cambio se aplicará a CV. El escribir a la salida CV% con su programa de usuario o un dispositivo de programación no inteligente no afectará el CV. Cuando usa un dispositivo que no sea APS, debe escribir directamente a CV que tiene un rango de 0 a 16383.

• El límite de salida (CV) OL (palabra 0, bit 3) alterna entre Sí y No. Seleccione Sí, si desea limitar la salida a los valores mínimos y máximos.


8

1.3.3.2 Indicadores de instrucción PID

La columna derecha de la pantalla anterior muestra varios indicadores asociados con la instrucción PID. La sección siguiente describe estos indicadores:

• El bit de modo de tiempo TM (palabra 0, bit 0) especifica el modo PID. Se establece cuando el modo TEMPORIZADO está en efecto. Se pone a cero cuando el modo STI está en efecto. Este bit se puede establecer o poner a cero por medio de instrucciones en su programa de escalera.

• El bit manual/automático AM (palabra 0, bit 01) especifica la operación automática cuando se pone a cero y la operación manual cuando se establece. Este bit puede ser establecido o poner a cero por medio de instrucciones en su programa de escalera.

• El bit de modo de control CM (palabra 0, bit 02) se pone a cero si el control es E=SP–PV. Se establece si el control es E=PV–SP. Este bit se puede establecer o poner a cero por medio de instrucciones en su programa de escalera.

• El bit de límite de salida habilitado OL (palabra 0, bit 03) se establece cuando ha seleccionado limitar la variable de control usando la tecla de función [F4]. Este bit se puede establecer o poner a cero por medio de instrucciones en su programa de escalera.

• Específico para SLC 5/03 y SLC 5/04 – Bit de mejoramiento de restablecimiento y rango de ganancia RG (palabra 0, bit 4) Cuando se establece, este bit causa que el valor de restablecimiento de minuto/repetición y el multiplicador de ganancia sean mejorados por un factor de 10 (multiplicador de restablecimiento de .01 y multiplicador de ganancia de .01).


9

Ejemplo con el juego de bit 4 El valor de restablecimiento de 1 indica que el valor integral de 0.01 minutos/repetición (0.6 segundos/repetición) se aplicará al algoritmo integral PID. El valor de ganancia de 1 indica que el error será multiplicado en 0.01 y aplicado al algoritmo PID.

Cuando se pone a cero, este bit permite que el valor de restablecimiento de minutos/repetición y el valor del multiplicador de ganancia sean evaluados en las mismas unidades que la instrucción 5/02 PID (multiplicador de restablecimiento de 0.1 y multiplicador de ganancia de 0.1). Ejemplo con el juego de bit 4 El valor de restablecimiento de 1 indica que el valor integral de 0.01 minutos/repetición (0.6 segundos/repetición) se aplicará alalgoritmo integral PID. El valor de ganancia de 1 indica que el error será multiplicado en 0.01 y aplicado al algoritmo PID.

Observe que el multiplicador de régimen no es afectado por esta selección. (La edición inicial del software, versión 4.0, puede no permitirle introducir este bit. Sin embargo, puede alterar el estado de este bit directamente en el bloque de control.)

• El indicador de punto de ajuste de escala SC (palabra 0, bit 05) se pone a cero cuando se especifican los valores de escala del punto de ajuste.

• El tiempo de actualización del lazo demasiado rápido TF (palabra 0, bit 06) está establecido por el algoritmo PID si el tiempo de actualización del lazo que ha especificado no puede ser realizado por el programa en cuestión (debido a límites de tiempo de escán). Si este bit está establecido, trate de corregir el problema actualizando su lazo PID a un régimen más lento o moviendo la instrucción PID a una rutina de interrupción STI. Las ganancias de restablecimiento y régimen aparecerán con error si la instrucción funciona con este bit establecido.

• Bit de acción de derivativa (régimen) DA (palabra 0, bit 07) Cuando está establecido, este bit causa que el cálculo de derivativa (régimen) sea evaluado en el error en vez del PIV. Cuando se pone a cero, este bit permite que el cálculo de derivativa (régimen) sea evaluado de la misma manera que la instrucción 5/02 PID (donde la derivativa se realiza en el PIV). Este bit es usado únicamente por los procesadores SLC 5/03 y SLC 5/04.

• DB, establecido cuando el error está en DB (palabra 0, bit 08) se establece cuando la variable de proceso se encuentra dentro del rango de banda muerta de intersección con 0.


10

• La alarma de salida, límite superior UL (palabra 0, bit 09) se establece cuando el CV de de salida de control calculado excede el límite CV superior.

• La alarma de salida, límite inferior LL (palabra 0, bit 10) se establece cuando el CV de salida de control calculado es menor que el límite CV inferior.

• El punto de ajuste fuera de rango SP (palabra 0, bit 11) se establece cuando el punto de ajuste excede el valor con escala máximo o es menor que el valor con escala mínimo.

• La variable de proceso fuera de rango PV (palabra 0, bit 12) se establece cuando la variable de proceso sin escala (o sin procesar) excede 16838 ó es menor que cero.

• El PID efectuado DN (palabra 0, bit 13) se establece en escanes donde el algoritmo PID se calcula. Se calcula al régimen de actualización del lazo.

• El PID habilitado EN (palabra 0, bit 15) se establece mientras que el renglón de la instrucción PID se habilita.


11

1.3.3.3 Configuración del bloque de control

La longitud del bloque de control se fija a 23 palabras y se debe programar como archivo de entero. Los indicadores de instrucción PID (palabra 0) y otros parámetros se ubican de la manera siguiente:


12

1.3.4 APLICACIÓN

El diagrama de escalera siguiente muestra un lazo PID típico que se programa en el modo STI. Este ejemplo se proporciona principalmente para mostrar las técnicas de escala correctas. Muestra una entrada analógica de 4 a 20 mA y una salida analógica de 4 a 20 mA. Se usan los parámetros siguientes se usan:

• Archivo de subrutina STI (S:31) = 3 • Punto de ajuste STI (S:30) = 10 • Bit de habilitación STI (S:2/1) = 1


13


14

La rutina STI debe tener un intervalo de tiempo equivalente al establecimiento del parámetro de “actualización del lazo” PID.

UNIDAD IX

Grafcet


Índice MÓDULO 4: GRAFCET Unidad IX: GRAFCET 1. Programación en Carta de Funciones Secuenciales (GRAFCET).............................. 1


1.3.1 Tratamiento del programa Grafcet ............................................... 4 1.3.2 Representación de los elementos Grafcet....................................... 6 1.3.3 Criterios técnicos para seleccionar un PLC ...................................... 9 1.3.4 Grafcet con secuencia lineal ......................................................11 1.3.5 Grafcet con secuencia exclusiva .................................................12 1.3.6 Grafcet con secuencias simultáneas ............................................14 1.3.7 Criterios técnicos para seleccionar un PLC......................................16 1.3.8 Soporte técnico .......................................................................21

1.4 Resumen .........................................................................................22 1.5 Preguntas de autocomprobación ............................................................23 1.6 Respuestas a las preguntas de autocomprobación .....................................24


1

1. PROGRAMACIÓN EN CARTA DE FUNCIONES SECUENCIALES (GRAFCET)

1.1 INTRODUCCIÓN

Hasta el módulo anterior, aprendió a programar mediante :

• Diagrama de contactos y • Plano de funciones.

Estas formas de programación son, actualmente, las más difundidas. Adicionalmente existe otra alternativa cuyo principio de funcionamiento es diferente, pero con más ventajas y potencialidades porque utiliza menos tiempo en la solución de aplicaciones; especialmente en los proyectos secuenciales.

Otro de los aspectos en lo que estamos comprometidos, cuando una empresa comienza a tomar decisiones de implementación de PLCs, es seleccionar dicho equipo.

En el presente módulo trataremos también sobre los principales criterios de selección, que se basan en datos técnicos de hardware y software del PLC, y que en algunos casos son suficientes para cubrir una gran cantidad de aplicaciones del tipo general.

1.2 OBJETIVOS

• Identificar al Grafcet como otra alternativa de programación. • Diferenciar las partes y secuencias de la programación. • Aplicar las reglas de programación, según el tipo de secuencia. • Identificar los criterios para seleccionar al PLC de acuerdo a ciertos

requerimientos.


2

1.3 CONTENIDOS

El Grafcet1 denominado también Carta de Funciones Secuenciales (SFC), es un método gráfico de programación que permite describir, representar e interpretar fácilmente las funciones de los automatismos secuenciales.

El Grafcet, considerado como una excelente herramienta de representación, tiene las siguientes características:

• Utiliza una simbología sencilla y clara, sea ésta: eléctrica, electrónica,

electroneumática, hidráulica o las combinaciones de las anteriores.

• Es comprensible por cualquier persona, aún con pocos recursos especializados.

• Es de fácil enfoque y emplea el menos tiempo en la solución de aplicaciones industriales que cualquier otra representación.

• Permite detectar las fallas en los sensores y los actuadores del modo más rápido, cómodo y fácil, sin requerir conocimientos avanzados ni práctica en infórmatica.

• Es un excelente medio de documentación por su claridad para expresar el funcionamiento de los automatismos.

1 Grafcet : Gráfico de mando Etapa - Transición


3

Todo mando secuencial se desarrolla en un conjunto de etapas, separadas unas de otras por transiciones. La relación Etapa - Transición es un conjunto indisociable.

En la Figura 1 se presenta un diagrama funcional del Grafcet, donde se puede interpretar fácilmente las funciones propias del automatismo.

Figura 1. Diagrama funcional del Grafcet.

En el diagrama anterior se observan diferentes términos, los que a continuación se definen:

Las ETAPAS corresponden a sucesos concretos de todo proceso de automatización y está asociado a las acciones.


4

Las ACCIONES son los resultados de las órdenes de ejecución correspondiente a la(s) etapa(s), así por ejemplo pueden ser: el arranque de un motor, el accionamiento de una electroválvula, el encendido de una alarma, etc. Gráficamente se representa por un cuadrado numerado interiormente.

Una etapa en un Grafcet puede permanecer en uno de dos estados : Activa o Inactiva. Si una etapa está activa, entonces su respectiva acción se ejecuta, en caso contrario, la acción no se ejecuta.

Las TRANSICIONES indican las posibilidades de evolución entre etapas. Cada transición está asociada a una condición lógica denominada receptividad.

La RECEPTIVIDAD se define como la condición lógica, la cual puede depender de una o más variables de entrada, salida o memorias internas, pudiendo ser discretas o analógicas.

Gráficamente se representa mediante un corto trazo horizontal cortando la línea que une a dos etapas. Las etapas logran su actividad a través de las transiciones y para ello es necesario que se cumplan las siguientes condiciones :

• La etapa anterior esta activada. • La receptividad de la transición asociada a dicha etapa está en 1.

Cumplidas estas condiciones se dice que la transición esta flanqueada, es decir, la etapa anterior quedará inactiva al mismo tiempo que la etapa posterior se activa y su acción asociada se ejecuta.

Los ENLACES ORIENTADOS son líneas horizontales y verticales que indican las vías de evolución del estado del Grafcet a través de la unión de las etapas con las transiciones.

Es recomendable evitar los cruces continuos para no incurrir en ambigüedades en la secuencia.

1.3.1 TRATAMIENTO DEL PROGRAMA GRAFCET

Un programa escrito en lenguaje Grafcet comprende tres módulos de procesamiento consecutivos, éstos son :

• Módulo de pre-procesamiento. • Módulo de procesamiento secuencial y • Módulo de post-procesamiento.

El ciclo de escrutinio es tal como se muestra en la Figura 2, donde cada etapa realiza un trabajo específico de administración y procesamiento, así tenemos:

Diálogo con el programador Al comienzo de cada ciclo el sistema procesa las solicitudes del programador, así como el envío o recepción de mensajes.


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Lectura del estado de las entradas Lee el estado físico de las entradas conectadas al PLC y las memoriza.

Módulo de pre-procesamiento El módulo de pre-procesamiento es ejecutado en su totalidad y antes que los módulos secuencial y post-procesamiento. Se usa para programar todos los eventos que tienen una influencia en el desarrollo del programa, éstos pueden ser:

• Procesamiento ante un retorno de energía y reinicialización. • Diferentes modos de operación. • Reseteo o preposicionamiento de etapas.

Módulo de procesamiento secuencial El módulo de procesamiento secuencial define la estructura secuencial de la aplicación y también su interpretación, es decir, la definición de las acciones asociados con las etapas y las condiciones asociadas con las transiciones.

Módulo de post-procesamiento El módulo de post-procesamiento es el último módulo ejecutado antes de la actualización de las salidas y es usado para programar las salidas lógicas, incluyendo también:

• Acciones asociadas o no con las etapas. • Administración de las funciones estándares de automatización tales

como: temporización, conteo, etc.

Actualización de las salidas Es la etapa final del escrutinio y comprende la actualización del estado físico de las salidas “congeladas” durante el procesamiento.


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Figura 2. Ciclo de funcionamiento de un programa Grafcet.

1.3.2 REPRESENTACIÓN DE LOS ELEMENTOS DEL GRAFCET

A continuación se representan los elementos constituyentes del diagrama funcional del Grafcet, así como las diversas posibilidades de tipos de receptividades y acciones asociadas a las etapas.


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Figura 3. Representación de los elementos del Grafcet.


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1.3.3 REGLAS DE EVOLUCIÓN

Para programar en Grafcet es necesario, además de conocer las funciones que cumplen las etapas, transiciones y uniones orientadas, respetar las reglas básicas de evolución que rigen para el funcionamiento de todo Grafcet, de modo tal que el programador siempre deberá tener presente estas reglas para la ejecución de los programas.

A continuación se describen algunas de estas reglas :

Regla 1 Para la inicialización del Grafcet se precisa de una etapa quel se active incondicionalmente, ésta es la etapa inicial. Por consiguiente, todo programa desarrollado en Grafcet deberá empezar con una etapa inicial. La etapa inicial se representa duplicando los lados del símbolo de una etapa cualquiera

Figura 4. Etapa inicial.

Regla 2 Se dice que una transición está validada, cuando la etapa o todas las etapas precedentes está(n) activa(s).

Se dice que una transición está franqueada, cuando: • La transición está validada y • La receptividad asociada a la transición es verdadera.


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Figura 5. Estados de transición.

Regla 3 Cuando se produce el franqueado en una transición, inmediatamente se produce la activación de todas las etapas siguientes y la desactivación de todas las etapas precedentes.

Regla 4 Si las condiciones de una etapa ordenan que ésta sea desactivada y activada al mismo tiempo, el resultado final es la activación.


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1.3.4 GRAFCET CON SECUENCIA LINEAL

Se denomina Grafcet con secuencia lineal, a las etapas que evolucionan unas a continuación de otras en la dirección en que se encuentran programadas pudiendo en cualquier transición realizar saltos de etapas o repeticiones de secuencias. Además, no existe la posibilidad de evolución por otra dirección formada por etapas diferentes al proceso anterior, sea ésta con direccionamiento exclusivo o direccionamiento simultáneo. La Figura 6 muestra la forma como van dispuestas las etapas en cadena y no existe la posibilidad de que dos etapas se encuentren activas en forma simultánea.

La secuencia de funcionamiento consiste en lo siguiente : cuando la etapa "1" está activa, ejecuta la acción "1" hasta que se presente la información de la receptividad "t1 - 2", en ese momento la etapa "2" se activa desactivándose a su vez la etapa "1". Del mismo modo se ejecutará la acción "2" hasta que se presente la información de la receptividad "t2-3", desactivándose la etapa "2" y activándose la etapa "3". Así sucesivamente irá progresando el avance de la secuencia hasta llegar nuevamente a la etapa "0" donde estará listo para reiniciar todo el proceso.

Figura 6. Grafcet con secuencia lineal.


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Salto de etapas y repetición de secuencias Existe la posibilidad de saltar una o varias etapas cuando las acciones a realizar resultan innecesarias. Por el contrario, repetir la secuencia de una o varias etapas también es permitido cuando se cumple en cualquiera de los casos ciertas condiciones preestablecidas.

Figura 7. Salto de etapas (Izquierda) y repetición de secuencias (Derecha).

1.3.5 GRAFCET CON SECUENCIA EXCLUSIVA

Denominado también Grafcet con direccionamiento condicional. Se refiere a los casos cuando existen situaciones dentro del proceso en la que hay que elegir una entre varias opciones de secuencias; es decir, la ejecución de procesos diferentes de acuerdo a las condiciones del sistema o decisiones del operador.


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Así por ejemplo, en la Figura 8 se tienen 3 posibles secuencias de evolución, es decir, si la etapa "4" está activa y :

• Si la receptividad "t4 - 5 " es verdadera, se ejecutará la secuencia (4 –

5 – 6 – 7 - 13). • Si la receptividad "t4 - 8" es verdadera, se ejecutará la secuencia (4 –

8 – 9 - 13). • Si la receptividad "t4 - 10" es verdadera, se ejecutará la secuencia (4 –

10 – 11 – 12 - 13).

Figura 8. Grafcet con direccionamiento exclusivo.

Es importante indicar, que una de estas 3 secuencias deberá ejecutarse, para ello será necesario que solamente una de las 3 receptiv idades "t4 - 5", "t4 - 8" o "t4 - 10" sea verdadera. Si por el contrario, dos o las tres receptividades son verdaderas simultáneamente, las dos o tres secuencias evolucionarán independientemente.

Cuando se desea receptividad exclusiva o prioritaria, es necesario modificar la receptividad a funciones lógicas tal como se muestra en la Figura 9. En el caso de receptividad exclusiva, no evolucionará ninguna secuencia cuando se presentan las receptividades "t4 - 5" y "t4 - 7" simultáneamente, mientras que, para la receptividad prioritaria, evolucionará la secuencia (4-5) cuando sean verdaderas las receptividades "t4 -

5" y "t4 - 7" simultáneamente.


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Figura 9. Receptividad exclusiva y prioritaria.

1.3.6 GRAFCET CON SECUENCIAS SIMULTÁNEAS

Este es el caso cuando se desea ejecutar secuencias en forma simultánea e independientes unas de otras. Para ello se representará el inicio y su final con dos trazos paralelos, así también una receptividad común que dará inicio a las secuencias simultáneas.

En la Figura 10 se presenta un Grafcet con dos secuencias simultáneas, donde una vez que la receptividad "ti" es verdadera, automáticamente se activarán las etapas "5" y "9", habilitando a las dos secuencias para su proceso de evolución de modo independiente.

Por otro lado, para que la transición hacia la etapa "12" sea franqueada, será necesario que se cumplan dos condiciones :

• Las etapas de fin de secuencia "8" y "11" deberán estar

activas, y • La receptividad "tf" deberá ser verdadera (condición lógica 1)


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Figura 10. Grafcet con secuencias simultáneas.


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1.3.7 CRITERIOS TÉCNICOS PARA SELECCIONAR UN PLC

A continuación, se especifica los diferentes criterios para seleccionar un PLC:

1.3.1.1 FUENTE DE ALIMENTACIÓN

Para la fuente de alimentación es necesario tener presente los siguientes datos técnicos

* Tipo de corriente

. AC / DC

* Nivel de tensión . valor nominal : (Vn) . margen admisible : (0,85......1.2) Vn

* Potencia admisible

. expresado en (W)

* Frecuencia de la red . valor nominal : (50/60 Hz) . margen admisible : ± 5%

* Capacidad de corriente . de entrada a (....V) : (A) . de salida (usuario) a (....V) : (A)

* Condiciones ambientales . temperatura : ( °C ) . humedad ( % )/sin condensación

* Indice de protección . (IP...)

Cuando se estima la potencia de la fuente, se debe considerar los consumos de las siguientes cargas.

* CPU * módulos E/S (discreta/análoga)

* módulos inteligentes * ampliaciones futuras * otros.


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1.3.1.2 UNIDAD DE PROCESAMIENTO CENTRAL

(C.P.U.)

Del mismo modo, cuando se selecciona la CPU, debemos tener presente:

* La capacidad de memoria

. Total : (Kb) . Interna RAM: (Kb) o (instrucciones) . Módulos de memorias: EPROM/EEPROM

* Tiempo de ejecución (SCAN TIME) . de cada operación binaria : (µs) . de cada operación tipo palabra : (µs) . de una operación mixta: 35% binarias + 65% palabras (µs) En cada caso éstos varían según el fabricante.

* Tiempo de vigilancia de ciclo . perro guardián : (ms)

* Cantidad de E/S discretas * Cantidad de E/S análogas * Cantidad de memorias internas . Total . remanentes . no remanentes


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* Cantidad de temporizadores

* Cantidad de contadores - Reloj-calendario - Algoritmo de regulación PID - Canales de comunicación - Posibilidad de integración a red Con estos datos la CPU debe satisfacer los requerimientos del sistema actual y a futuro.

1.3.1.3 ENTRADAS DISCRETAS

Al seleccionar los módulos de entrada, es conveniente tener presente:

- La cantidad de entradas discretas - El tipo de corriente . AC / DC

- El nivel de tensión nominal . (V) - La intensidad de corriente . (mA) - La temperatura ambiente admisible . ( °C )

Es recomendable usar entradas discretas en DC por razones de seguridad y económicas en lugar de entradas en AC.


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1.3.1.4 SALIDAS DISCRETAS

Del mismo modo para las salidas discretas:

- La cantidad de salidas discretas

- El tipo de corriente . AC / DC (Tipo: transistor, relé o triac) - El nivel de tensión . valor nominal: (V) . margen admisible: (....@....) Valores más usuales: 24 VDC, 110/115 VAC, 220/230 VAC.

- Capacidad admisible de . corriente : (mA, A) . potencia : (W)/DC, (VA)/AC

- Condiciones ambientales de temperatura . ( °C )

1.3.1.5 ENTRADAS / SALIDAS ANALÓGICAS

- Cantidad de entradas/salidas analógicas - Tipo de señal

. en corriente : (mA) / (0-20)mA, (4-20)mA, etc.

. en tensión : ( V ) / (0-2) V, (0-5) V, (0-10) V, ± 10V, etc.

- Resistencia de entrada . ( MΩ ), (entradas análogas) - Resistencia de carga . (Ω), (salidas análogas)

- Resolución . (Nº de bits + signo) / 8, 12, 16 bits


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- Tiempo de escrutinio

. (ms / 50Hz, ms / 60Hz) - Corriente/tensión de entrada admisible máxima . (mA/V), (entradas análogas) - Corriente de cortocircuito . (mA), (salidas análogas)

1.3.1.6 MÓDULOS INTELIGENTES

Se tienen de diferentes tipos tales como:

- Módulo de temporizadores. - Módulo de contadores. - Módulo de regulación PID. - Módulo de posicionamiento. - Controlador de motores paso a paso. - Módulos de comunicación, etc.

1.3.1.7 LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN

Cada fabricante tiene su propio lenguaje de programación, cuya representación varía de acuerdo a la marca, así tenemos :

. Lista de instrucciones. . Texto estructurado. . Plano de funciones y . Diagrama escalera o diagrama de contactos.

Esta última representación es la más difundida en la mayoría de PLCs, pudiendo tener ciertas funciones que no están presentes en las otras o viceversa.

Se debe evaluar que el lenguaje de programación tenga capacidad para programar fundamentalmente lo requerido por el sistema, así por ejemplo:

- E/S analógicas. - Registrador de datos. - Secuenciadores. - Operaciones aritméticas: +, - , x , ÷, √ - Comparadores: >, <, ><, ≥ , ≤ , = - Saltos. - Algoritmos PID. - etc.


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1.3.1.8 SISTEMA DE CONFIGURACIÓN

Es importante, también, tener presente los sistemas de configuración, tal como se estudio en el módulo 3:

- Configuración compacta. - Configuración modular. - Configuración compacto-modular.

1.3.8 SOPORTE TÉCNICO

Esta parte es de gran importancia, ya que el fabricante o distribuidor debe dar toda la garantía para una máxima disponibilidad del equipo y del servicio del futuro; para ello debe disponer:

* De repuestos: la totalidad de las partes y accesorios de

preferencia. * De catálogos y manuales * Del servicio técnico de: . mantenimiento . programación

* Asesoramiento en caso de ser requerida


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1.4 RESUMEN

1. La programación mediante la carta de funciones secuenciales (GRAFCET) es un método gráfico, que permite describir, representar e interpretar facilmente las funciones de los automatismos secuenciales.

2. La relación etapa-transición es un conjunto indisoluble.

3. Las etapas son sucesos concretos y están asociadas a las acciones.

4. Las acciones son los resultados de las órdenes, por ejemplo la activación de

un contactor.

5. Las transiciones indican las posibilidades de evolución entre etapas y está relacionada con una condición lógica , por ejemplo el estado de un pulsador.

6. Los enlaces orientados son líneas verticales y horizontales que indican las

vías de evolución del estado del grafcet.

7. Los módulos de procesamiento de un lenguaje grafcet son:

• Módulo de pre-procesamiento. • Módulo de procesamiento secuencial, y • Módulo de post-procesamiento.

8. Se denomina grafcet con secuencia lineal, a las etapas que evolucionan unas

a continuación de otras. 9. Se denomina grafcet con secuencia exclusiva, cuando hay que elegir una

entre varias opciones de secuencias. 10. Se denomina grafcet con secuencias simultáneas, cuando se ejecuta en

forma simultánea varias secuencias.

11. Los criterios técnicos para la selección del PLC son:

F Fuente de alimentación

F C.P.U.

F Entradas y salidas discretas

F Entradas y salidas analógicas

F Módulos inteligentes

F Lenguajes de programación

F Sistemas de configuración

• Además del criterio técnico es importante tener en cuenta el soporte técnico.


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1. En el ciclo de funcionamiento de un programa grafcet, previo a la ejecución del pre-procesamiento se ejecutan dos acciones, ¿Cuáles son éstas acciones?

2. Para la inicialización del grafcet se precisa una etapa que se active

incondicionalmente, ¿Cuál es ésta etapa?

3. Un grafcet con secuencia lineal, ¿Puede saltar o retroceder etapas?

4. ¿Cuándo se considera una receptividad exclusiva?

5. ¿Es importante tener presente la potencia admisible de la fuente de alimentación del PLC?

6. ¿Es indiferente que a un módulo de entrada diseñada para DC se le conecte

una entrada en AC?

7. ¿En qué caso se puede elegir un PLC compacto?


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1. Según la figura 2 son: • Dialogo con el programador y • Lectura de entradas.

2. La etapa inicial.

3. Afirmativo y se denomina:

• Salto de etapas y • Repetición de secuencias.

4. Cuando no se desea que evolucionen etapas en simultáneo, para un grafcet

con direccionamiento exclusivo, cuando se cumplen las condiciones de la transición en ambas secuencias.

5. Sí, porque no es lo mismo que la fuente alimente una tarjeta de entrada y

otra de salida, que un PLC tenga una fuente para alimentar 20 tarjetas entre entradas y salidas.

6. No, Porque como se vio en el circuito equivalente de estos módulos en DC,

necesitan la parte de rectificación para que puedan recibir tensión en AC.

7. Para aplicaciones pequeñas, donde se requiera gobernar unas cuantas entradas y salidas.

Documents

Curso PLC.pdf