introduccion a los controladores lógicos programables

7/23/2019 Introduccion a Los Controladores Lgicos Programables

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INTRODUCCINA LOS PLCS

CAPITULO XI

INTRODUCCION A LOS PLCS

PLCs o Autmatas programables

Los PLCs cambiaron la forma de automatizar los procesos industriales gracias a su simplicidad y a

sus poderosas funciones. En este captulo conoceremos su funcionamiento, arquitectura y principales

aplicaciones en el campo industrial.

Un PLC o Autmata programable, es un dispositio programable dise!ado para el control de se!ales

el"ctricas asociadas al control autom#tico de procesos industriales, figura $$.$. Es un elemento utilizado

ampliamente en empresas de manufactura, plantas de ensamble de e%culos, plantas productoras dequmicos, refineras de petrleo, elaboracin de semiconductores y otras innumerables aplicaciones, en las

cuales se requieran operaciones que puedan ser efectuadas directamente por dispositios autom#ticos.

&igura $$.$

Un PLC posee las %erramientas necesarias, tanto de soft'are como de %ard'are, para controlar

dispositios e(ternos, recibir se!ales de sensores y tomar decisiones de acuerdo a un programa que el

usuario elabore seg)n el esquema del proceso a controlar. Lo anterior significa que, adem#s de los

componentes fsicos requeridos para la adaptacin de las se!ales, es necesario disponer de un programapara que el PLC pueda saber qu" es lo que tiene para %acer con cada una de ellas, figura $$.*


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&igura $$.*

Las entradaspueden recibir se!ales de tipo digital, por e+emplo interruptores, o de tipo analgico,como sensores de temperatura. Estas se!ales son transformadas internamente en se!ales compatibles con

los microprocesadores y dem#s circuitos integrados de procesamiento interno.

e igual manera, despu"s que se %a %ec%o el procesamiento de las se!ales y se %an tomadodecisiones, el PLC altera sus salidas, inicialmente con se!ales de formato digital y posteriormente a otroformato de acuerdo a los actuadores que se ayan a utilizar, ya sean digitales o analgicos.

-odo PLC est# compuesto de tres componentes principales

$. Una Unidad Central de Procesamiento /CPU0

*. Un grupo de entradas /10

2. Un grupo de salidas /30

Podemos %acer una analoga entre un PLC y una computadora, figura $$.2 -oda computadora posee

una unidad central, la cual contiene un microprocesador, memoria 4A5, etc. 1gual sucede con el PLC, que

posee una CPU o unidad central de procesamiento, con uno o arios microprocesadores que se encargan

de analizar la informacin que les llega y de ordenar acciones de acuerdo al programa que tengan instalado.


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&igura $$.2

Las computadoras poseen perif"ricos de entrada como teclado, esc#ner, mando para +uegos, etc.,

as como los PLC6s capturan se!ales de sensores, interruptores, pulsadores y otros.

Por su parte, para e+ecutar las acciones que resultan luego de procesar la informacin, una

computadora tiene el monitor donde se muestran los resultados, as mismo, puede tener una impresora y un

PLC, por una parte, para entregar los resultados a tra"s de sus salidas, puede tener contactores, releos,

electro#lulas, motores, l#mparas, etc.

Aunque todos los autmatas poseen los bloques principales mencionados, no todos los tienen

dentro de un mismo compartimiento. Es decir, algunos de ellos son compactos, mientras otros son

modulares. En los modulares, las entradas pueden ser bloques independientes, incluso arios de ellos, al

igual que las salidas, y todos independientes de la Unidad Central de Procesamiento, figura $$.7. Por suparte, los PLCs ompatos, tienen todos sus dispositios electrnicos en un solo compartimiento y nopermiten configuraciones especiales, como s sucede en los modulares, figura $$.8.


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&igura $$.7

&igura $$.8

Ar!uitetura interna de un PLC

Los autmatas programables est#n compuestos de muc%os bloques internos, dependiendo

especialmente de la configuracin del mismo. 9in embargo, todos se a+ustan a ciertos elementos b#sicos,

figura $$.:, como son

&uente de alimentacin

Unidad central de proceso /CPU0

5emoria 435

5emoria de datos 4A5

5emoria de programa /435, EEP435 o &LA9;0

1nterfaces de Entrada y 9alida


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Businterno

delautomata

CPU Interfaces

Memoria ROM

Lectura

Bus dedirecciones

Bus dedatos

Bus decontrol

Memoria RAM

Lectura/Escritura

Cone"in mediante buses

9i el PLC es de tipo modular, los mdulos se comunican internamente a tra"s de buses ubicados

en el fondo del dispositio o < rac= < donde se ensambla la arquitectura deseada, A%ora, si el PLC es

compacto, los buses tambi"n est#n presentes internamente, pero no admiten cone(in de otros dispositios

e(ternos. 3bsere en la figura $$.> la estructura utilizada para la comunicacin mediante buses.

&igura $$.>

?#sicamente e(isten tres tipos de buses, datos, direiones y ontrol, que son simplemente lneasparalelas de cobre sobre un circuito impreso, con conectores donde se instalan los mdulos que an a

formar parte del sistema. A continuacin conoceremos la funcin de estos buses

#$ %us de datos. Es el bus encargado de transportar la informacin que %ace referencia a los datospropiamente dic%os, tales como entradas y salidas.


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&$ %us de direiones. Contiene la informacin del dispositio que es afectado por los datos queactualmente ia+en por el bus de datos. Esto es necesario ya que el bus de datos es el mismo para

todos los dispositios, pero no todos ellos deben tener en cuenta a la ez la misma informacin.'$ %us de ontrol. Es el bus por donde ia+a la informacin que indica al dispositio seleccionado con

el bus de direcciones, lo que debe %acer con los datos que ia+an actualmente por el bus de datos.

Por e+emplo, mediante el bus de control se indica si los datos son de entrada o son de salida.

(uente de poderEs la encargada de suministrar el olta+e a todos los mdulos que se conecten al PLC, as como a la

unidad de procesamiento. 9u funcin es reducir y adaptar el olta+e de entrada, que es de alores eleados

y de corriente alterna, a olta+es de alores m#s ba+os y de corriente directa, figura $$.@

&igura $$.@

1nicialmente, el olta+e de entrada debe ser reducido a alores m#s mane+ables. Luego, por medio

de un rectificador, debe ser conertido de CA a C. Por )ltimo, se deben utilizar reguladores para asegurar

la estabilidad en el olta+e de salida, figura $$.

&igura $$.


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En algunos casos, la fuente puede ser de tipo conmutada, cuyas principales caractersticas son un

peso reducido y una alta corriente de salida. El ba+o peso se debe a que no utiliza transformadores

oluminosos.

ebido a la importancia de un PLC dentro de un proceso autom#tico, la alimentacin de su

circuitera es de suma importancia, por lo que un buen dise!o debe inolucrar una fuente alterna que

permita entrar en funcionamiento cuando se cae el fluido el"ctrico. Con esto, aseguramos que los

dispositios electrnicos internos no sufran fallas por picos de sobreolta+e y otros efectos

contraproducentes e(istentes en la red de distribucin.

3tra opcin es mantener la fuente de los PLCs conectada a una UP9 /Uninterruptible Power

Supply0 o fuente ininterrumpida de potencia, la cual suministra el olta+e adecuado, por un tiempo

determinado, cuando falla el fluido el"ctrico. Esto ayuda a que el PLC no tenga tantos ciclos de apagado

brusco, los cuales pueden ser muy per+udiciales.

En el momento de adquirir un PLC, entre los par#metros a tener en cuenta debemos incluir algunosque %acen mencin a la fuente de poder. Los m#s importantes son los siguientes, los cuales se deben

a+ustar de acuerdo a las necesidades del proceso y del PLC como tal

Bolta+e de entrada 3scila entre $ BAC a *7 BAC

Bolta+e de salida Puede estar entre $* BC y *7 BC

Corriente de salida Deneralmente entre $ y 2 amperios

&recuencia de operacin 8 ;z : ;z Protecciones

9obrecorrientes y sobreolta+es

En la mayora de los PLCs, la fuente de alimentacin est# incluida dentro del mismo compartimiento

donde se encuentra la CPU, figura $$.$. En otros casos, la fuente es configurable, permitiendo adaptar los

olta+es y las capacidades de corriente, de acuerdo a la necesidad de la aplicacin.

&igura $$.$

urante el proceso de programacin de los PLCs, cuando se %ace a tra"s de un dispositio

programador manual, figura $$.$$, el olta+e de alimentacin es suministrado por la misma fuente del PLC, lo

que implica que debe tener la capacidad de soportar elementos de cone(in e(terna. 1nclusie, en muc%os

autmatas de alta gama, la fuente de poder suele tener corriente suficiente para alimentar algunos sensores

e(ternos, claro est#, de ba+o consumo. La capacidad m#(ima de corriente de la salida de olta+e aparece

impresa en los bornes de cone(in del mdulo.


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&igura $$.$$

?loque de terminales de una fuente de PLC. Los autmatas est#n proistos de una serie de bornes

de cone(in que siren para la instalacin del cableado necesario para el buen funcionamiento del sistema.

Aunque los nombres de los terminales y las funciones proistas difieren de un modelo a otro, en la figura

$$.$* podemos apreciar un bloque correspondiente a un PLC tpico. A continuacin describimos la funcinde algunos de sus terminales de cone(in.

&igura $$.$*

$. Alimentain general 9on los terminales en los cuales se conecta el olta+e de la red. En el casode alimentacin con corriente alterna de una sola fase, se debe diferenciar la lnea ia /fase0 de lalnea muerta /neutro0. Adicionalmente, e(iste un terminal de cone(in a tierra fsica, que debe ser

conectada a la tierra general de la edificacin donde se a a instalar el PLC, pudi"ndose usar la

misma tierra del sistema de computadoras del edificio. 9i el PLC se alimenta con olta+e C, los

terminales de alimentacin est#n marcados con la polaridad respectia, es decir, positio /0 y

negatio /F0.

*. Tierra lgia. Es un terminal que pone a disposicin el punto com)n de cone(in del sistema lgicode entradas y salidas. 9ire para a%orrar cableado ya que por lo general todos los sensores usan

una misma lnea com)n.


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2. Arran!ue remoto. 9on dos terminales que al unirlos proocan el arranque del PLC. 9u funcin espermitir que a tra"s de un releo, un pulsador, un interruptor u otro dispositio similar distante del

PLC, se e+ecute el programa del mismo, tal como si el selector se posicionara en 4UG o 9-A4-.7. Selein del )olta*e de alimentain. Puede ser un interruptor, un puente o un selector,

encargado de permitir la seleccin del olta+e de alimentacin. Puede diferir de una regin a otra,

siendo los m#s comunes $$ BAC y ** BAC.

8. Suministro e"terno de DC. En muc%os casos, los PLCs est#n proistos de una salida de olta+eC para la alimentacin de dispositios e(ternos tales como sensores, unidades de

comunicaciones, etc. Esta salida tiene un lmite de corriente, que no se debe e(ceder ya que se

podran deteriorar los circuitos internos de la fuente. Esta opcin es de gran utilidad, ya queseguramente en muc%as aplicaciones no ser# necesario adquirir una fuente de alimentacin

adicional.

?atera de respaldo. Los autmatas programables incluyen una batera de respaldo para alimentar la

memoria del programa cuando "ste sea desconectado de la alimentacin de red, figura $$.$2. -ambi"npuede ser utilizada para el almacenamiento de alg)n tipo de configuracin del mismo, en caso de que "sta

sea guardada en memoria ol#til.

&igura $$.$2

ic%as bateras son recargables y la operacin de carga es efectuada por el mismo equipo en forma

autom#tica. El tiempo total de duracin oscila entre * y $ a!os, tiempo despu"s del cual deben ser

reemplazadas para que el autmata tenga un funcionamiento adecuado. Para el reemplazo, se deben tener

en cuenta su tama!o fsico, el olta+e nominal y su capacidad en mAH% /miliamperios %ora0, par#metros que

deben ser iguales a los de la batera original.

Nota importante Cuando se aya a reemplazar la batera de un PLC, aseg)rese de tener unacopia de toda la informacin que "ste contiene /programa, configuracin0, ya que tal operacin puede

ocasionar la p"rdida total de los datos.

Unidad Central de Proeso

Esta es la parte principal de un PLC y es el dispositio encargado de tomar las decisiones de

acuerdo al estado lgico de las entradas, de las salidas y del programa que se est" e+ecutando, es decir, leelas se!ales de entrada, las proesa y dependiendo de ello, ambia el estado de las salidas. -alesdecisiones dependen del programa /soft'are0 que se %aya dise!ado para el control del proceso.


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Acumulador

Registrosde pila

Flags

Decodicador

Interpretee!terno

Businterno

delautomata

Bus de datosBus de control

Bus de control

Contadorde

programa

Relo"#

secuenciador

Programa

Monitorsistema

ALU

Est# compuesta principalmente de un microprocesador, figura $$.$7, al que le colaboran una serie

de dispositios electrnicos tales como memoria 4A5, memoria 435, circuitos de control de flu+o de datos,etc. As mismo, la CPU puede tener integrada alguna unidad especial para comunicaciones con dispositios

e(ternos tales como impresoras, computadoras personales, programadores manuales, etc., aunque dic%os

sistemas de comunicacin tambi"n pueden estar en mdulos independientes. 3bsere en la figura $$.$8 el

diagrama de bloques de una unidad central de proceso de un PLC, y en la figura $$.$: el aspecto fsico de

una de ellas.

&igura $$.$7

&igura $$.$8

&igura $$.$:

(unionamiento del miroproesador. La funcin principal del microprocesador es tomar losestados de cada una de las entradas, que ya deben estar en posiciones de memoria llamadas imagen deentradas, interpretar el programa que tenga almacenado en la memoria de programa, analizar el proceso


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Microprocesador

Modulosde

entradas

Imagende

entradas

Imagende

salidas

Modulosde

salidas

de acuerdo a dic%o programa, y ordenar la actiacin de salidas, tambi"n a tra"s de posiciones de

memoria llamadas imagen de salidas, figura $$.$>. En realidad, el microprocesador no se entiende

directamente con mdulos e(ternos de entradas y salidas, son otros circuitos los que las leen y las ubicanen posiciones estrat"gicas de memoria para que "l aya, las analice y escriba los nueos alores que se

quieren e+ecutar e(ternamente.

&igura $$.$>

4ecordemos que una unidad central de proceso est# compuesta principalmente por uno o arios

microprocesadores. Por su parte, un microprocesador posee internamente arios bloques que tienen una

funcin especfica dentro del proceso de la informacin, analicemos los m#s importantes.

#$ ALU o Unidad Aritm+tio,Lgia. Es el bloque encargado de e+ecutar todas las operacionesmatem#ticas y lgicas durante la e+ecucin de un programa. -iene la capacidad de %acer

operaciones AG, IE9, G3-, EJ34, sumas, restas, comparaciones, etc.

&$ Aumulador. Es donde se almacena la )ltima operacin e+ecutada. Por e+emplo, en una suma, allquedar# el resultado de la misma. Un microprocesador puede tener arios acumuladores.

'$ %anderas o -lags. 9on indicadores de situaciones especiales luego de una operacin cualquieradentro del microprocesador. All aparece si el resultado fue negatio, si fue cero, si %ubo sobre flu+o,

si fue mayor, menor, etc. Las banderas se utilizan para monitorear las operaciones que se efect)an

con el microprocesador.

.$ Contador de programa o PC. Es el encargado de leer las instrucciones del usuario y la secuenciade e+ecucin. Contiene la informacin del sitio e(acto de la secuencia del programa en e+ecucin.

Acepta saltos que el mismo programa le indique de acuerdo a situaciones especiales de las

entradas y las salidas.

/$ Deodi-iador de instruiones. Es el encargado de e+ecutar las instrucciones que el programa le

a indicando, decodificando el contenido de cada una de ellas y suministrando las se!ales derespuesta o de control.

9i el autmata %a sido dise!ado para permitir programas comple+os, lo m#s normal es que tenga arios

microprocesadores o arios coprocesadores en una misma CPU. A cada microprocesador se le asigna una

tarea especfica, logrando un rendimiento superior gracias a la elocidad del proceso y a que todos ellos

pueden traba+ar en paralelo ofreciendo arios resultados simult#neamente.

Cuando se utilizan coprocesadores, los cuales son procesadores pero con funciones muy especficas,

debe e(istir un ente superior, denominado unidad de oordinain, que se encargue de gobernarlos ysincronizarlos para obtener un funcionamiento correcto de todo el sistema. e igual manera, si se utilizan

arios microprocesadores, tambi"n deber# %acer uno de ellos /generalmente el de mayor rendimiento0, que

organice a los dem#s y suministre instrucciones de mane+o global, figura $$.$@.


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&igura $$.$@

Luces indicadores y selector de modo de operacin. La mayora de las CPU de los autmatas

poseen un selector y una serie de luces indicadoras que siren para que el usuario seleccione el modo de

operacin y isualice el estado actual de funcionamiento.

Nota importante 9e debe tener muc%o cuidado al moer el selector del modo de operacin ya que el PLCpuede iniciar el proceso autom#tico, lo que pone en riesgo toda la maquinaria y la integridad fsica de losoperarios, si la planta no se encuentra preparada para ello.

0dulos de entrada 1 salida$

Los mdulos de entrada H salida se diiden b#sicamente en dos grupos

K 5dulos de entrada H salida discretos.

K 5dulos de entrada H salida analgicos.

9e cuenta con una gran ariedad de mdulos discretos y analgicos para adaptarlos ptimamente al

tama!o del proceso o maquina. Estos pueden ser usados en cualquier combinacin de tipo y numero de

ellos insertados en las ranuras del c%asis.

0dulos de entradas disretas o digitales

Los instrumentos de campo tales como los interruptores o sensores, enan se!ales de abierto o cerrado al

PLC. Estas son se!ales de entrada discretas.

Por e+emplo un pus%button, un interruptor, un interruptor de limite, un interruptor de flu+o, un interruptor deniel, un interruptor de presin, un interruptor de pro(imidad.


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MODULODE

E$%RADADI&CRE%A

PU&'BO%%O$ $( A(

PU&'BO%%O$ $( C(

&)I%C'

&)I%C'DE $I*EL

MODULODE

&ALIDADI&CRE%A CO$%AC%O& DE REL+

LU, PILO%O

BOBI$A DE REL+

LU, I$DICADORA

&ig. $$.$ ispositios discretos de campo eniando se!ales 3GH3&&.

0dulos de salidas digitales

Las salidas discretas se emplean para girar actuadores de campo a cerrado o abierto, como por e+emplo

solenoides, bobinas de contactores, l#mparas, etc.

&ig. $$.* Eniando se!ales discretas a dispositios de campo.

0dulos de entradas analgias

Los instrumentos de campo, tales como los sensores de temperatura, presin o niel enan se!ales que

aran su alor %aca el PLC. Estas son las llamadas se!ales de entrada analgicas.

Una entrada analgica es una se!al el"ctrica de un sensor de campo que ara de acuerdo al cambio de las

condiciones del proceso.


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MODULODE

&ALIDA

*AL*ULA DE CO$%ROLDE FLU-O

%RA$&DUC%OR

I / P

&ig. $$.*$ -anque transmisor de niel eniando se!ales analgicas.

0dulos de salidas analgias

Las se!ales de salida analgicas son usadas para controlar y ariar la elocidad de motores, bombas u

otros equipos que cuentan con un rango de operacin.

&ig. $$.** Eniando se!ales ariables a dispositios en campo.

Carater2stias generales de un sistema basado en PLC$

Modular:

El sistema debe estar constituido por mdulos electrnicos con los que se pueda estructurar una

arquitectura lo mas apegado posible a las necesidades y tama!o del proceso a controlar para %acerlo

optimo.

Escalable:

ebe permitir la e(pansin del control en el futuro sin necesidad de cambiar lo instalado. Adem#s, debe

permitir la inclusin de tecnologas nueas sin tener que desec%ar la estructura b#sica instalada.


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ebe de ser un sistema distribuido permitiendo diidir las se!ales del proceso en #reas geogr#ficas,

instalando para ello, unidades remotas. Esto eita que la centralizacin de se!ales en un solo lugara%orrando considerable cantidad de tubera conduit, cable y mano de obra de instalacin.

Configurable:

eben tener una disponibilidad amplia de mdulos de entrada, salida y procesadores con diferentes

capacidades para que se adapten en forma optima al tama!o y caractersticas del proceso que se a a

controlar.

Programacin abierta:

ebe permitir que el usuario sea capaz de modificar adicionar o eliminar puntos de su proceso sin

tener que depender del fabricante o distribuidor del sistema de control.

Resistente ba!o consumo de energ"a:

Go deben requerir condiciones especiales de temperatura ambiental y %umedad para poder ubicarlos lo

m#s cercano al proceso, y el consumo de energa debe ser ba+o para que puedan operar con celdas solares

si el proceso as lo requiere.

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