control lógico programable

Ing. Héctor Chire Ramírez1

Un PLC es un equipo electrónico de control basado en un microprocesador con un cableado interno (hardware) independiente del proceso a controlar, que se adapta a dicho proceso mediante un programa (software) que contiene la secuencia de operaciones a realizar. Esta secuencia se define sobre señales de entrada y salida al proceso, cableadas directamente en los bornes de conexión del PLC.

Las señales de entrada provienen de sensores. Las señales de salida son digitales todo o nada o analógicas que se envían a los elementos indicadores y actuadores del proceso.

El PLC gobierna las señales de salida según el programa de control previamente almacenado en una memoria, a partir del estado de las señales de entrada.

Controladores Lógicos Programables/MASB 2

Un PLC se compone esencialmente de los siguientes bloques:› Unidad central de proceso (CPU).› Módulos de memorias: internas y de programa.› Interfaces de entrada y salida.› Fuente de alimentación.

Las interfaces E/S están diseñadas para interconectar al PLC con procesos industriales, con señales de diversos tipos:› tensiones continuas 12/24/48 V dc,› tensiones alternas 110/220 V ac,› analógicas de 0 -10 V o 4 - 20 mA,› por relé, entre otras.



Todos los controladores lógicos programables, poseen un de las siguientes estructuras.

Compacta: En un solo módulo están todos los bloques (micro PLC).

Modular: › Estructura americana: Separa los bloques de entrada/salida

del resto del PLC.› Estructura europea: Cada módulo es una función (fuente de

alimentación, CPU, E/S, etc.).



S7-200

S7-300

S7-400Autómatas de gama alta

Autómatas de gama media

Autómatas de gama baja: microautómatas

+ Herramientas de programación+ Software STEP 7/ STEP 7 Micro/WIN + Comunicación+ Manejo y visualización



PS CPU SM: DI

SM: DO

SM: AI

SM: AO

CP FM SM IM


S7-400: Diseño de la CPU (1ª Parte)

E X T .-B A T T .

5...15V D C

X 3

X 1

4 1 4 - 2 XG 0 0 - 0 AB 0

C P U 4 1 4 -2

X 2 3 4

IN T F

E X T F

S T O P

R U N

C R S T

F R C E

C R S T

W R S T

R U N -PR U N

S T O PC M R E S

IN T F

E X T F

B U S F

D P

E X T .-B A T T .

5...15V D C

X 1

4 2 1 - 1 B L 0 0 - 0 AA0

D I 3 2 xD C 2 4 V

X 2 3 4

IN T F

E X T F

S T O P

R U N

C R S T

F R C E

C R S T

W R S T

R U N -PR U N

S T O PC M R E S

Selector de Tipo de Arranque

Selector de Modo

e.g. CPU412-1 e.g. CPU416-2DP

* para otras CPUs ver catálogo


E X T .-B A T T .

5...15V D C

X 3

X 1

4 1 4 - 2 XG 0 0 - 0 AB 0

C P U 4 1 4 -2

X 2 3 4

IN T F

E X T F

S T O P

R U N

C R S T

F R C E

C R S T

W R S T

R U N -PR U N

S T O PC M R E S

IN T F

E X T F

B U S F

D P

E X T .-B A T T .

5...15V D C

X 1

4 2 1 - 1 B L 0 0 - 0 AA0

D I 3 2 xD C 2 4 V

X 2 3 4

IN T F

E X T F

S T O P

R U N

C R S T

F R C E

C R S T

W R S T

R U N -PR U N

S T O PC M R E S

LEDs de Fallo parafallos generales de la CPU

Slot para Memory Card

Interfase MPI

Batería Externa Auxiliar

LEDs de fallopara el interfaseDP integrado

Interfase DP



PS(opcional)

CPU IM(opcional)

SM: DI

SM: DO

SM: AI

SM: AO

FM:- Contaje- Posicionamiento- Control enLazo Cerrado

CP:- Punto-a-Punto- PROFIBUS- Ethernet Industrial


SIMATIC S7-SIMATIC S7-200200

La Familia de Micro-PLCs con calidad SIMATIC


SIEMENS

SIMATIC S7-200

CPU 214SFRUN

STOP

I1.0I1.1

I1.2

I1.3

I1.4

I1.5

I0.0

I0.1

I0.2I0.3

I0.4

I0.5

I0.6I0.7

Q1.0Q1.1

Q0.0

Q0.1

Q0.2Q0.3

Q0.4

Q0.5

Q0.6

Q0.7

EM 221

DI 8 x DC24V

I.0

I.1

I.2

I.3

I.4

I.5

I.6

I.7


EM EM

CP242 - 2

CP


SIEMENS

SIMATIC

SFRUN

STOP

Q0.0Q0.1

Q0.2

Q0.3

Q0.4

Q0.5

I0.0

I0.1

I0.2I0.3

I0.4I0.5

I0.6I0.7

S7-200

CPU 212

Potenciómetro

Salidas

Entradas Indicadores de estadopara DI/DO integradas

Conexión PPI

Selector de ModoMemory Card

Indicadores de Estado


CPU 221 CPU 222

CPU 226 Altas Prestacionesen Comunicaciones

CPU 224. La CPU Compacta

de Altas Prestaciones

CPU 226 XM, con doble memoria


CPU 221

6 DI / 4 DO

-

10

-

4 KB / 2 KB

0,37 µs

256/256/256

4 x 30 kHz

optional

2 x 20 kHz

1 x RS 485

1

CPU 222

8 DI / 6 DO

40 / 38

78

8 / 4 / 10

4 KB / 2 KB

0,37 µs

256/256/256

4 x 30 kHz

optional

2 x 20 kHz

1 x RS 485

1

CPU 224

14 DI /10 DO

94 / 74

168

28 / 14 / 35

8 KB / 5 KB

0,37 µs

256/256/256

6 x 30 kHz

Integrado

2 x 20 kHz

1 x RS 485

2

CPU 226

24 DI /16 DO

128 / 120

248

28 / 14 / 35

8 KB / 5 KB

0,37 µs

256/256/256

6 x 30 kHz

Integrado

2 x 20 kHz

2 x RS 485

2

E/S integradas Máx. nº E/S con EMs

Máx. nº de canales

Canales Analógicos

Mem. de programa/datos

Tiempo de ejec/instruc.

Marc./Contad./Temp.

Contadores rápidos

Reloj en tiempo real

Salidas de impulsos

Puertos de comun.

Potenciómetros anal.

226 XM

24 DI /16 DO

128 / 120

248

28 / 14 / 35

16 KB/10 KB

0,37 µs

256/256/256

6 x 30 kHz

Integrado

2 x 20 kHz

2 x RS 485

2

Los PLC son máquinas secuenciales que ejecutan correlativamente las instrucciones indicadas en el programa de usuario almacenado en su memoria, generando unas señales de mando a partir de las señales de entrada leídas de la planta. Al detectarse cambio en las señales de entrada, el PLC reacciona según el programa hasta obtener las órdenes de salida necesarias. Esta secuencia se ejecuta continuamente y se denomina scan.

La secuencia de operación tiene tres fases:› Chequeo del estado de las entradas› Ejecución del programa.› Actualización del estado de las salidas.


El tiempo total que emplea el PLC para realizar un ciclo de operación se llama tiempo de ejecución de ciclo (scan time).

El tiempo mencionado depende de:› El número de entradas/salidas.› La longitud del programa de usuario.› El número y tipo de periféricos conectados al PLC.

Para un PLC estándar que necesite unas 1000 instrucciones, el tiempo de ciclo total es del orden de 20 ms.



Scan


Los cambios en entradas 1 y 2 son “vistas” en los scan siguientes.El cambio de estado en entrada 3 no es “visto” nunca.


a) Pulse stretch function b) Interrupt function

Para evitar lo no detección de los cambios en entradas:

Se define lenguaje de programación, al conjunto de símbolos y textos inteligibles por la unidad de programación que le sirve al usuario para codificar sobre el PLC las leyes de control deseadas.

Pasos de la programación:› 1°) Definir el orden en que debe actuar el controlador

(mediante diagrama de flujo o GRAFCET).› 2°) Identificar los componentes de entrada/salida.› 3°) Representar las acciones a realizar (instrucciones

literales o símbolos).› 4°) Asignar direcciones de E/S o internas a cada

componente.› 5°) Codificar la representación anterior en instrucciones o

símbolos.› 6°) Transferir las instrucciones a la memoria del PLC.› 7°) Depurar el programa y obtener copia de seguridad.


2.4.1 Funciones algebraicas Se obtienen aplicando el álgebra de Boole.

› Ejemplo: La alarma S debe activarse cuando el contacto C está cerrado y los contactos A y B en estados opuestos. La función booleana será:


_ _ S = (A .B + A.B).C

2.4.2 Esquema de relés Basado en símbolos de contactos abierto-cerrado. Ejm: Para el caso de la alarma:


L1

N

A A

B B

C

S

2.4.3 Diagramas lógicos Mediante puertas que representan funciones lógicas. Ejm: Para el caso de la alarma:


&

&>=1

&

AB

CS

2.4.4 Representación GRAFCET Representa directamente la sucesión de las “etapas” dentro de un ciclo de producción, separadas por “transiciones” o condiciones de salto entre unas y otras. Ejm:


0

1

2

Etapa inicial

X

Y

Z

Acciones de etapa 1

Acciones de etapa 2 X,Y,Z:Transiciones

Representación GRAFCET

› Luego de activarse la etapa inicial, el ciclo se desarrolla etapa por etapa.

› Mientras una etapa está activa, el control: ejecuta las acciones o función de mando asociadas a la etapa, consulta las condiciones de transición para el salto a la siguiente

etapa.

› Tanto la ejecución de las acciones de la etapa como la consulta de las condiciones de transición pueden representarse por cualquiera de los modelos anteriores, especialmente el esquema de relés.


La función de la interfaz es enlazar dos componentes a nivel de hardware y a nivel de código.

De acuerdo al sentido del enlace hay dos tipos: › Unidireccionales: Transferencia de información en un solo

sentido.› Bidireccionales: Transferencia en ambos sentidos: half-duplex

o full-duplex. Dependiendo del tipo de señales que emplee, se tiene:

› Todo-nada: Un solo bit.› Analógicos: 0 - 10 V, 4 - 20 mA.› Digitales: 8, 16,...bits.

Existen interfaces específicas que permiten la conexión con elementos o procesos particulares de la planta, realizando funciones que van desde la lectura de termocuplas hasta la presentación de información y control SCADA.



De entrada


De salida

Identificadas las variables de entrada y salida, hay que asignarles las direcciones de bornes donde irán conectadas. En el caso de variables internas hay que asignarles el elemento de memoria donde se depositarán.

Las direcciones E/S absolutas propias de PLC compactos están formadas por un solo campo.

Las direcciones relativas en PLC modulares, tienen dos campos:› dirección del módulo sobre el bastidor,› dirección del borne de conexión sobre el módulo.› Ejm:

IN 5.7 : entrada 7 del módulo 5. OUT 25/1 : salida 25 del módulo 1. IR 12 : relé interno número 12. TIM 6 : temporizador 6.

Las señales E/S de varios bits ocupan varios puntos físicos.



El motor se activará cuando el nivel esté bajo y se apagará cuando el nivel está alto.Los sensores de nivel son NC (normalmente cerrados).

Sensor de nivel bajo: 0000

Sensor de nivel alto: 0001

Motor: 0500

Relay interno: 1000


Programa en diagrama de contactos


Funcionamiento del programa1) Inicialmente el tanque está vacío (ent. 0000 y 0001 cerradas). El motor empieza funcionar.

Scan 1 Scan 2 al 100


2) Suponga que después de 100 scans el nivel de aceite alcanzaal sensor de nivel bajo, el cual se abre.

Scan 101 al 1000


3) Suponga que después de 1000 scans el nivel alcanza al sensorde nivel alto, el cual se abre. Se apaga el motor.

Scan 1001 Scan 1002


4) Si después de 1050 scans el nivel desciende del nivel alto, en-tonces el sensor correspondiente se cierra.

5) El nivel sigue descendiendo hasta llegar al nivel bajo, cerrándoseel sensor correspondiente. En este instante se regresa a la situacióndel scan 1 y se repite la operación.

Scan 1050


Contador Temporizador


MOVxxxxyyyy

CMP xxxyyy

Transferencia de datos Comparación

Menor tiempo de elaboración de proyectos. Posibilidad de añadir modificaciones sin costo añadido en

otros componentes. Mínimo espacio de ocupación. Mantenimiento económico. Posibilidad de gobernar varias máquinas con el mismo PLC. Menor tiempo en puesta de funcionamiento. Permite realizar diagnóstico de fallas. Si el PLC queda pequeño para el proceso industrial puede

seguir siendo de utilidad en otras máquinas o sistemas de producción.

Menor costo de mano de obra.


Anteproyecto› Estudio del proceso o máquina a controlar.› Especificación de los actuadores.› Especificación de la parte de control o mando.› Diagrama de flujo o GRAFCET del proceso.› Prever condiciones de funcionamiento (cargas,

condiciones del entorno, ampliaciones,etc).› Prever las formas de marcha y paro tanto en

funcionamiento normal como en caso de fallas. Proyecto de la parte operativa

› Elección de actuadores.› Proyecto de enlace del proceso con otras partes

relacionadas.


Proyecto de la parte de control o mando› Diagrama de detalle del proceso con los actuadores.› Elección de los sensores y elementos de mando para el

operador.› Proyecto de las seguridades.› Estudio de necesidades de comunicación con otros

controladores y con el operador.› Elección de sensores, bloques de control y drivers para los

actuadores.› Determinación del número y tipo de E/S.› ELECCION DEL PLC.› Asignación de entradas y salidas a sensores y actuadores.› Esbozo del programa.› Elaboración de documentación para la instalación.


Technology

control lógico programable