INSTITUTO POLITECNICONACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

INGENIERIA EN CONTROL Y AUTOMATIZACION

MATERIA:INTERFASES Y MICROCONTROLADORES

PROFESOR:ACEVES BERNAL FRANCISCO ATL

TEMA:CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE

(PLC)ALUMNO:

SARABIA ESPINOZA ABIMAEL

GRUPO:7AM3

FECHA DE ENTREGA:7/DIC/2012

INTRODUCCION

El controlador lógico programable (PLC), es un equipo electrónico diseñado para controlar en tiempo real procesos secuénciales de cualquier tipo y volumen en el campo industrial en general. Las amplias ventajas de todo tipo que ofrece respecto a la lógica cableada lo convierte en elemento imprescindible en la automatización industrial en general. Seguridad, fácil manejo, economía y tiempo son los factores fundamentales que han determinado su aceptación.

Los destinatarios de este trabajo son numerosos, dado el extenso campo de aplicación en sus distintas especialidades, como son: electricidad, electrónica, mecánica y en cualquier aplicación de sistemas de automatización dentro de la industria.

¿QUE ES UN PLC?

Se entiende por controlador lógico programable (PLC), a toda maquina electrónica, diseñada para controlar en tiempo real y en medio industrial procesos secuénciales. Su manejo y programación puede ser realizada por personal eléctrico, electrónico y mecánico, aun sin conocimiento informáticos. Realiza funciones lógicas: series, paralelos, temporizadores, contadores y otros más potentes como sistemas numéricos, regulaciones etc. También se le puede definir como una "caja negra" en la que existen unas terminales de entradas a las que se conectan todos elementos de control, como estaciones de botones, interruptores de limite, interruptores de presión etc., comúnmente denominados en la automatización "como captadores".

Cuenta también con unas terminales de salida a los que se conectan todo tipos de relevadores, válvulas neumáticas, sensores ópticos y que contengan una bobina eléctrica o electrónica no importando la tensión de salida, a esto se les denomina comúnmente, como "actuadores". De tal forma de actuación de estos últimos está en función de las señales de entradas que estén activadas en cada momento, según su almacenamiento.

Esto quiere decir que los elementos tradicionales como relevadores auxiliares contactos de enclavamiento, relevadores de tiempo y contadores son internos. La tarea del usuario se reduce en este caso al realizar e, "programa", que no es más que la relación entre las señales de entrada que se tiene que cumplir para activar cada salida.

IMPORTANCIA Y EVOLUCIÓN

El desafío-constate que toda industria tiene planteado para ser competitiva a sido el motor impulsor del desarrollo de nuevas tecnologías para conseguir una mayor productividad. Debido a que ciertas etapas, de producción en los procesos de producción se realizan en ambientes nocivos para la salud como gases tóxicos, ruidos, temperaturas extremadamente altas o bajas, unidas a consideraciones, de productividad, llevo a pensar en la posibilidades de dejar ciertas tareas tediosas, repetitivas y peligrosas; había nacido la maquina y con ella la automatización.

El PLC (Control Lógico Programable) apareció con el propósito de eliminar el enorme costo que significaba el reemplazo de un sistema de control basado en relés (relays) a finales de los años 60. La empresa Bedford Associates (Bedford, MA) propuso un sistema al que llamó Modular Digital Controller o MODICON a. una empresa fabricante de autos en los Estados Unidos. El MODICON 084 fue el primer PLC producido comercialmente.

Con este Sistema cuando la producción necesitaba variarse, entonces se variaba el sistema y era suficiente.

En el sistema basado en relés, estos tenían un tiempo de vida limitado y se necesitaba un sistema de mantenimiento muy estricto. El alambrado de muchos relés en un sistema muy grande era muy complicado, si había una falla, la "detección del error era muy tediosa y lenta.

Este nuevo controlado!" (el PLC) tenía que ser fácilmente programable, su vida útil tenía que ser larga y ser resistente a ambientes difíciles. Esto se logró con técnicas de programación conocidas y reemplazando los relés por elementos de estado sólido.

A mediados de los años 70, la AMD 2901 y 2903 eran muy populares entre los PLC MODICON. Por esos tiempos los microprocesadores no eran tan rápidos y sólo podían compararse a PLCs pequeños. Con el avance en el desarrollo de los microprocesadores (más veloces), cada vez los PLC más grandes se basan en ellos.

La habilidad de comunicación entre ellos apareció aproximadamente en el año 1973. El primer sistema que lo hacía fue el Modbus de Modicon. Los PLC podían incluso estar alejados de la maquinaria que controlaban, pero la falta de estandarización debido al constante cambio en la tecnología hizo que esta comunicación se tornara difícil.

En los años 80 se intentó estandarizar la comunicación entre PLCs con el protocolo de de automatización de manufactura de la General Motors (MAP). En esos tiempos el tamaño del PLC se redujo, su programación se realizaba mediante computadoras personales (PC) en vez de terminales dedicadas sólo a ese propósito.

En los años 90 se introdujeron nuevos protocolos y se mejoraron algunos anteriores. El último estándar ha intentado combinar los lenguajes de programación de los PLC en un solo estándar internacional. Ahora se tiene PLCs que se programan en función de diagrama de bloques, listas de instrucciones, lenguaje C, etc. al mismo tiempo. También se ha dado el caso en que computadoras personales (PC) han reemplazado a PLCs. La compañía original que diseño el primer PLC (MODICON) ahora crea sistemas de control basados en PC

CAMPOS DE APLICACIÓN

El PLC por sus especiales características de diseño tiene un campo de aplicación muy extenso. La constante evolución de hardware y software amplia continuamente este campo para poder satisfacer las necesidades que se detecten en el aspecto de sus posibilidades reales.

Su utilización se da fundamentalmente en aquellas instalaciones en donde es necesario realizar procesos de maniobra, control, señalización, entre otros,! por tanto, su aplicación abarca desde procesos de fabricación industrial de cualquier tipo a de transformaciones industriales, control de instalaciones. Etc.

Sus reducidas dimensiones, la extremada facilidad de su montaje, la facilidad de almacenar los programas para su posterior y rápida utilización, la modificación o alteración de los mismos, hace que su eficacia se aprecia fundamentalmente en procesos en que se produce necesidades tal como:

• Espacio reducido• Procesos de producción periódicamente• Procesos secuénciales• Maquinaria de procesos variables.• Instalaciones de procesos complejos y amplios.• Chequeo de programación centralizada de las partes del proceso

Ejemplo de aplicaciones generales podrían ser los siguientes:

a) MANIOBRAS DE MAQUINAS

» Maquinaria de mueble y madera• Maquinaria de las industrias de plástico y cemento• Maquinaria en la industria refresquera• Maquinaria de ensamblaje

b) MANIOBRA DE INSTALACIONES

• Instalaciones de aire acondicionado y de calefacción• Instalaciones de seguridad• Instalaciones de la industria automotriz• Instalaciones residenciales, comerciales e industriales.

c) SEÑALIZACION Y CONTROL• Chequeo de programas• Señalización de estado de procesos

Ventajas del PLC

1. - Menor tiempo empleado2. - Posibilidades de introducir modificaciones sin cambiar el cableado3. - Mínimo espacio de ocupación.4. - Menor costo de mano de obra de la instalación.5. - Flexibilidad de mantenimiento y operación de sistema

6. - Posibilidad de gobernar varias maquinas y localización de fallas

7. - Memoria de programación en caso de interrupciones de energía.

Desventajas del PLC

1.- Alto costo inicial.

FORMAS DE PROGRAMACIÓN DE LOS PLC (LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN)

Existen diversas formas para programar un PLC, pero las más usuales son:

Lista de instruccionesLa lista de instrucciones se emplea preferentemente en la industria de procesado y viene del Alemán AWL Anweisungsliste.

La programación se lleva acabo mediante un teclado y se hace con la contracción de números y letra (mnemónicos). Esta programación se puede llevar a cabo con el teclado de una computadora que contenga un programa de PLC o a través de un programador de PLC industrial que lleve el teclado integrado.

Para poder realizar una lista de instrucciones es necesario saber de procesos de control eléctrico y tener conocimiento básico de los circuitos lógicos de la electrónica digital.

Programación con diagrama de escalera o de contactos.Los diagramas de escalera se emplearon por primera vez en los estados Unidos preferentemente en la industria automotriz por lo que se utilizan símbolos americanos. El diagrama de escalera es parecido a un circuito eléctrico, pero la alineación de los elementos se dibuja en sentido horizontal. Se abrevia también como KOP del alemán kontakplan.

Diagrama de funciones.La programación por medio de diagrama de funciones lógicas (o bloques de funciones) se auxilia de los símbolos internacionales de circuitos lógicos. Los diagramas de funciones lógicas que se emplean mucho en la industria química se conocen también como FUP del alemán Funktionsplan.

Formas de programación que se emplean para toda la familia de autómatas Simatic S7.

La l ista de instrucciones (AWL) comprende un juego de operaciones nemotécnicas que representan las funciones de la CPU.

El esquema de contactos (KOP) es un lenguaje de programación gráf ico con componentes similares a los elementos de un esquema de circuitos.

El Esquema de Funciones Lógicas ut i l iza "cajas" para cada función. El símbolo que se encuentra dentro de la caja indica su función (p.e. & —> operación AND),

Nota: Internamente el autómata solo trabaja con instrucciones AWL se requiere de un software para compilar el lenguaje de cajas y el de contactos, Un software muy utilizado es STEP 7 MicroWin 32.

PARTES DEL PLC

El hardware del autómata, al ser básicamente un ordenador, podemos dividirlo de la siguiente forma:

La FA, o fuente de alimentación, provee o suministra las distintas tensiones de ce. que necesitan los circuitos electrónicos del autómata para poder funcionar.

La CPU, o Unidad de Control de Proceso, en la que va alojado el microprocesador (que es el cerebro del sistema) junto con los dispositivos necesarios para que éste realice su función: las tarjetas de memoria, el reloj, las VIAS (integrados que ayudan al microprocesador en sus tareas de comunicación con otros dispositivos), etc.

Las tarjetas de entradas/salidas, o tarjetas l/O, en las que otros circuitos integrados se encargan de que el microprocesador sea capaz de comunicarse con otros dispositivos, ya sean estos otros microprocesadores, un teclado, una pantalla, etc.

Debajo del bastidor central, justo en la parte inferior, existen unos ventiladores que tienen por misión refrigerar todos los elementos que componen el PLC, ya que tanto la FA como la CPU pueden alcanzar temperaturas peligrosas para la circuitería de uno y otro componente. No es menos peligroso el polvo y las partículas en suspensión que hay en el aire, como, con los ventiladores, estamos provocando una corriente de aire forzada que recorre las distintas tarjetas, para evitar la entrada de partículas en suspensión en dichos elementos, entre los ventiladores y el PLC, se han instalado unos filtros que es conveniente revisar y cambiar de vez en cuando.

Si examinamos la configuración del hardware de uno de los autómatas de nuestras instalaciones, la disposición física de los elementos sería la siguiente:En el bastidor o rack central tenemos situada a la extrema derecha la fuente de alimentación (FA).

La batería es del tipo recargable y tiene una duración determinada por lo que en casó de fallo (indicado por el led BATT LOW) es necesaria su sustitución. La misión fundamental de esta batería está en que la CPU conserve datos como son el programa, la hora y la fecha, datos que almacena en una memoria RAM (La memoria RAM es una memoria que tiene la particularidad de perder todo lo que tiene almacenado cuando pierde la alimentación). En la parte baja tenemos una especie de trampilla que nos permite acceder a la batería de la fuente de alimentación.

Debajo del led de la batería tenemos un conmutador de RESET que nos sirve para reinicializar el equipo cuando, por ejemplo, hemos cambiado la batería. Tanto la operación de cambio de batería como el reseteo del equipo se deben hacer cuando el autómata no está atendiendo a operaciones fundamentales de la instalación (arranque, parada, grupo en marcha).

Al lado derecho tenemos un conmutador o interruptor selector que nos permite seleccionar tres posiciones:

TERM: que nos permite la comunicación entre la PG y el PLCRUN: nos permite correr o ejecutar el programa de manera manualSTOP: nos permite detener el programa de manera manual

Si el conmutador está hacia la posición RUN el PLC ejecuta el programa que tiene grabado (como se dice vulgarmente: "El programa está corriendo"). Si el conmutador se pone hacia la posición STOP, el programa se detiene en la instrucción que esté ejecutando en ese momento el autómata.

En ese mismo sitio está situada la tarjeta de expansión, la misión de esta tarjeta es permitir conectar más tarjetas de entradas o salidas a través de un nuevo bastidor de ampliación.

Del lado izquierdo tenemos 3 leds que nos indican, cuando están encendidos, el modo en el que se encuentra el PLC y/o si esta encendidoDebajo de los tres leds está el puerto de comunicación para conectar la interface, la cual nos permite exactamente establecer la comunicación con el CPU del PLC.EN la parte inferior están instaladas 2 tarjetas de entradas digitales (ED), separadas en dos bloques:

De 10.0 a 10.7 (8 entradas)De 11.0 a 11.5 (6 entradas)

Estas tarjetas tienen una serie de lámparas con LED’s que nos indican el estado de la entrada (si la entrada está activada el LED está encendido, si no lo está el LED está apagado). Con el fin de proveer un aislamiento galvánico del PLC con campo (la instalación), las tarjetas de entradas digitales no se conectan directamente a los elementos de campo; los elementos de campo se conectan a unas bornes relé (BE) situadas en la parte posterior de los armarios, de los contactos libres de potencial de estas bornes relé se toman las señales que entran en las tarjetas. Sólo en algunos casos específicos las señales de campo llegan directamente a las tarjetas de entradas digitales.Estas tarjetas, como indica su nombre, sólo trabajan con señales digitales, las señales digitales sólo admiten dos estados:

[0] (o ausencia de tensión, contacto abierto,...) [1] (presencia de tensión, contacto cerrado,...).Para acceder a los bornes de la tarjeta abrimos la tapa en la que está situada la carátula con las distintas señales.

En la parte superior, tenemos instaladas tres tarjetas (tres bloques) de salidas digitales (SD):

Q0.0aQ0.3 (4 salidas)Q0.4 a Q0.6 (3 salidas)

Q0.7, Q1.0y Q1.1 (3 salidas)

Como vemos el aspecto de estas tarjetas es muy parecido a las de entradas digitales, estas tarjetas van a servir, por un lado, para que el autómata transmita las órdenes a los distintos órganos de la instalación (válvulas, motores, etc.) y, por otro, para que se enciendan las lámparas de señalización o led’s.Las tarjetas de salidas digitales, como las de entradas digitales, están aisladas galvánicamente de campo a través de unos bornes relés (BS).

Memoria EPROM. Este tipo de memoria tiene la particularidad de que mantiene la información aunque no esté alimentada. En esta tarjeta, que normalmente debe estar extraída, está grabado el programa que va a ejecutar el PLC; nos va a servir para recargar el programa en el PLC si, por cualquier motivo, éste se borrase de la memoria RAM.

La memoria RAM. Es un tipo de memoria que se caracteriza por su extremada rapidez, en ella podemos leer y escribir cuantas veces queramos; su única pega es que pierde todo su contenido si le quitamos la alimentación. El microprocesador del PLC utiliza esta memoria para escribir los datos (estado de las entradas, órdenes de salida, resultados intermedios,...) y recurre a ella para leer el programa. No se utiliza otro tipo de memoria (la EPROM, por ejemplo) porque, aunque tienen la ventaja de no perder los datos cuando no tienen alimentación, son memorias mas lentas y que requieren procesos más complicados para su borrado y regrabación: otra de las ventajas de la memoria RAM es que no necesitamos borrar los datos que contiene, escribimos directamente los nuevos datos sobre los que ya tiene grabados.

ARQUITECTURA DE LOS PLC’sConocimiento de los bornes y/o terminales del PLC

La CPU es un equipo autónomo compacto que incorpora una unidad central de procesamiento (CPU), una fuente de alimentación, así como entradas y salidas digitales.La CPU ejecuta el programa y almacena los datos para la tarea de automatización o el proceso.El sistema se controla mediante entradas y salidas digitales (E/S). Las entradas vigilan las señales de los dispositivos de campo (por Ej. sensores e interruptores), mientras que las salidas supervisan las bombas, motores, lámparas u otros aparatos del proceso.

Los terminales de los módulos de entrada (en autómatas modulares) o terminales de entrada (en autómatas compactos) son el camino de comunicación de los captadores de la instalación con el autómata programable.Estos captadores pueden ser:

Pulsadores. Detectores Capacitivos. Inductivos.

Fotoeléctricos. Finales de carrera. Termostatos. Presostatos. -Anemómetros, etc.

Su misión es la de recolectar información, para luego transmitirla al autómata. Este procesará la información y actuará según la programación realizada en él.Estos captadores pueden ser activos o pasivos:

Los captadores activos necesitan una tensión para poder funcionar, esto significa que su composición llevará algún circuito electrónico. Entre ellos podemos referirnos a las células fotoeléctricas.

Los captadores pasivos funcionan mediante un movimiento mecánico, por tanto no necesitan suministro eléctrico exterior. Entre ellos están pulsadores y finales de carrera.

La composición de los módulos de entrada puede variar en función de la señal que puedan tratar, esta señal, que viene de los captadores puede ser digital o analógica. (Por tanto los módulos han de poder recibir una señal u otra).

Las señales digitales que "informan" a los módulos de entrada digitales, son señales On/Off, todo/nada mediante una tensión determinada según el tipo de autómata. Por ejemplo, un pulsador, si está presionado envía a la entrada una señal de tensión (On) si no está presionado no envía esa señal de tensión (Off). En el gráfico, la señal de entrada es Ia misma que alimenta al microcontrolador, por ejemplo 230 V c.a. Note que la alimentación del microcontrolador es fase (F) y neutro (N) es decir, tensión usual como podría ser"230 V, usada en nuestros hogares, además de estar protegido por el conductor de protección c tierra (CP).

• La señales digitales las encontramos en todos los procesos automáticos, por ejemplo en un ascensor los pulsadores envían una señal digital para efectuar la llamada de este o la selección de parada (On - Off); los finales de carrera del mismo ordenan que se pare a la llegada de la planta (o para o no para, On - Off).

• Las señales analógicas procedentes de los captadores, envían a las entradas analógicas (o módulos de entrada analógicos) de los controladores un valor determinado de tensión o intensidad equivalentes al valor captado. La variación de estos valores determinará la acción del autómata según la programación realizada. Tanto los captadores como las entradas tienen que coincidir en esos valores, que tienen una tipología estándar:

Valores de tensión;• -1.0Va +10VCC.• 0 a+10 VCC.• +2 a+10 VCG.

Valores de intensidad:• 0 a 20 mA.• 4 a 20 mA.• +1 a -5 mA.• 0 a +5 mA.

Un ejemplo de señales analógicas; en industria para saber la temperatura dé un conducto, la señal procedente del captador que se encargue de ello no podrá indicar "On ú Off' sino que mediante unos valores de tensión o intensidad -vistos anteriormente- analizados por el autómata, indicará el valor aproximado de esa temperatura.

La información que los sensores pueden enviar como valor analógico a los autómatas programables puede provenir de velocidad, temperatura, presión, entre otros (sensores analógicos). En microcontroladores no es muy habitual utilizar entradas que admitan valores analógicos aunque existen.

EJEMPLO DE PROGRAMACION EN ESCALERA

La programación en escalera como ya se había explicado se hace por medio de entradas (I0.4) y salidas (Q0.4) representados por contactos, al igual que un microcontrolador se pueden incluir retardos de tiempo los que físicamente en control electromagnético será un relevador de tiempo.

MODELOS DE PLC Y MARCAS QUE LOS PRODUCEN

Siemens  CPU Controladores Simatic - S7200 S7300 S7400 HMI Consolas de Monitoreo - OP17, OP73, TD200, TP177 Simotion Sistema de Control de Movimiento Motion Control -

Scada - PCs Industriales Monitores

Allen Bradley  Programable Controlers - MicroLogix 1000/1500, SLC 500 System, PLC5 System

GuardLogixIntegrated

SmartGuard600 Controler

Panel View Standard - Panel View Plus

ServoDrive - Power Flex 4/400, Power Flex 700, Power Flex Safety Drives

Schneider Telemecanique  Controladores Modicon - TSX Micro, Premium, Quantum, Atrium, Momentum, M340

Terminales Graficos y Alfanumericos - Magelis XBT ,R N T - XBT GTW

Altivar - 31 / 1000

Servomotores Lexium

Supervicion - Vijeo Citect

Bosh Rexroth  Drive System - Indradrive Cs, Indradrive Mi

PLC System - IndraLogic L, IndraLogic VE-VS-VSP

CNC System- IndraMotion MTX compact, standar, advanced

Synax 200

Control - IndraControl L, IndraControl P, PPC

Frequency DC - Rexroth PSI 6000/6500,

Honeywell  Master Logic PLC

PDM Controler

PlantScape

TDC 2000/3000

HC900 Controll

900 Control Station

Experion Vista (Scada)

ABB  Industrial IT- Sistem 800 Control

HMI 800 - Panel 800

AC800M - Compact Controler S800L I/O

Safeguard 400 - Programable safety Controler

Controladores - Advant Controller 160/450

Mod 300 - AC 410, AC 460, SC

Serie 90 Controlers

CONCLUSIONES

El PLC es un dispositivo de control muy usado en la industria ya que sirve para controlar procesos simples como la automatización de una motobomba para el llenado de tinacos tomando en cuenta los niveles de este y de la cisterna, así también como el control de una banda transportadora de objetos en una industria, señalizaciones de seguridad, activación de plantas de emergencia etc. El conocimiento de este equipo es muy importante ya que en el campo de trabajo es ampliamente usado y debemos estar relacionados con ellos o por lo menos saber que existen.

BIBLIOGRAFIA:

Recopilación de notas CONTROLADOR LOGICO PROGRAMARLE , Ing.

Raymundo Escandon Ramirez. CECYT No. 3 “Estanislao Ramírez Ruiz”, 2009

http://www.ingeniec.com/Algunos%20modelos.html