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    24-Oct-2015

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<p>hackstore.netPrincipios Bsicos de los PLC1.Principios BsicosCon la llegada de los autmatas programables, los llamados PLC, la industria sufri un impulso importante, que ha facilitado de forma notable que los procesos de produccin o control se hayan flexibilizado mucho. Encontramos PLC en la industria, pero tambin en nuestras casas, en los centros comerciales, hospitalarios, etc. Tambin en nuestras escuelas de formacin profesional encontramos frecuentemente autmatas programables. PLC son las siglas en ingls de Controlador Lgico Programable (Programmable Logic Controller). Cuando se inventaron, comenzaron llamndose PC (Controlador programable), pero con la llegada de los ordenadores personales de IBM, cambi su nombre a PLC (No hay nada que una buena campaa de marketing no pueda conseguir). En Europa les llamamos autmatas programables. Sin embargo, la definicin ms apropiada sera: Sistema Industrial de Control Automtico que trabaja bajo una secuencia almacenada en memoria, de instrucciones lgicas.</p> <p>1.1Qu es un PLC?El PLC es un dispositivo de estado slido, diseado para controlar procesos secuenciales (una etapa despus de la otra) que se ejecutan en un ambiente industrial. Es decir, que van asociados a la maquinaria que desarrolla procesos de produccin y controlan su trabajo.Como puedes deducir de la definicin, el PLC es un sistema, porque contiene todo lo necesario para operar, y es industrial, por tener todos los registros necesarios para operar en los ambientes hostiles que se encuentran en la industria.1.2 Qu hace un PLC?Un PLC realiza, entre otras, las siguientes funciones: Recoger datos de las fuentes de entrada a travs de las fuentes digitales y analgicas. Tomar decisiones en base a criterios preprogramados. Almacenar datos en la memoria. Generar ciclos de tiempo. Realizar clculos matemticos. Actuar sobre los dispositivos externos mediante las salidas analgicas y digitales. Comunicarse con otros sistemas externos.Los PLC se distinguen de otros controladores automticos, en que pueden ser programados para controlar cualquier tipo de mquina, a diferencia de otros controladores (como por ejemplo un programador o control de la llama de una caldera) que, solamente, pueden controlar un tipo especfico de aparato.Adems de poder ser programados, son automticos, es decir son aparatos que comparan las seales emitidas por la mquina controlada y toman decisiones en base a las instrucciones programadas, para mantener estable la operacin de dicha mquina.Puedes modificar las instrucciones almacenadas en memoria, adems de monitorizarlas.</p> <p>2Un poco de historia</p> <p>Cuando se empezaron a usar los rels en el control de procesos productivos, se comenz a aadir lgica a la operacin de las mquinas y as se redujo e incluso se elimin la carga de trabajo del operador humano.Los rels permitieron establecer automticamente una secuencia de operaciones, programar tiempos de retardo, contar las veces que se produca un suceso o realizar una tarea en dependencia de que ocurrieran otras.Los rels sin embargo, tienen sus limitaciones: Tienen un tiempo limitado de vida, debido a que sus partes mecnicas estn sometidas a desgaste, los conductores de corriente pueden quemarse o fundirse, y con ello puede provocarse una avera y tendrn que ser reemplazados.Desde el punto de vista de la programacin, su inconveniente mayor era que la estructura de programacin era fija. El panel de rels lo configuraban los ingenieros de diseo. Luego se construa y se cableaba. Cuando cambiaban las necesidades de produccin haba que construir un panel nuevo. No se poda modificar, al menos sin un coste excesivo en tiempo y mano de obra.Una aplicacin tpica de estos sistemas utilizaba un panel de 300 a 500 rels y miles de conexiones por cable, lo que supona un coste muy elevado en instalacin y mantenimiento del sistema (aproximadamente de 25 a 45 euros por rel).En aquella poca, al entrar en una sala de control, era habitual or el clic continuo de los rels al abrirse y cerrarse.Hacia 1970 surgieron los sistemas lgicos digitales construidos mediante circuitos integrados, aunque eran productos diseados para una aplicacin especfica y no eran controladores genricos. Un paso es un paso!Muchos de ellos usaban microprocesadores, pero al programarse en un lenguaje extrao a los ingenieros de control (el assembler, observa la figura de la izquierda), el mantenimiento era muy complejo.La existencia de ordenadores en el momento del desarrollo de los PLC fue lo que inspir su concepto: Haba que disear un artefacto que, como una computadora, pudiese efectuar el control y pudiese ser re-programada, pero pudiera soportar el ambiente industrial.Los primeros controladores completamente programables fueron desarrollados en 1968 por una empresa de consultores en ingeniera (Bedford y Asociados), que luego se llam MODICOM.As el primer PLC fue construido en 1969 por encargo de General Motors Hydramatic Division (fbrica de transmisiones para los vehculos de la General Motors). Este PLC se dise como un sistema de control con un computador dedicado para controlar una parte de la cadena de produccin y sustituir los sistemas de cableado que usaban hasta la fecha, que resultaban difciles de modificar, cada vez que se requeran cambios en la produccin.Con estos controladores primitivos era posible: Programar desarrollos de aplicaciones para su uso en ambientes industriales. Cambiar la lgica de control sin tener que cambiar la conexin de los cables. Diagnosticar y reparar fcilmente los problemas detectados.Los primeros PLC incorporaban slo un procesador para programas sencillos y algunos dispositivos de entrada / salida. Posteriormente han ido desarrollndose hasta los equipos actuales, que ya integran:</p> <p> Mdulos multiprocesadores. Entradas y salidas digitales de contacto seco, de rel o TTL (Transistor-Transistor-Logico "Lgica Transistor a Transistor", tecnologa de construccin de circuitos electrnicos digitales, en los que los elementos de entrada de la red lgica son transistores, as como los elementos de salida del dispositivo). Entradas y salidas analgicas para corriente continua o alto voltaje. Puertas de comunicacin en serie o de red. Multiplexores anlogos, Controladores PID (Proporcional Integral Derivativo, controlador que intenta mantener la salida del dispositivo en un nivel predeterminado). Interfaces con pantallas, impresoras, teclados, medios de almacenamiento magntico.3Ventajas y desventajas de los PLC3.1VentajasLas ventajas de los PLC son las siguientes:1. Menor tiempo empleado en la elaboracin de proyectos debido a que:No es necesario dibujar el esquema de contactos.No es necesario simplificar las ecuaciones lgicas ya que, por lo general, la capacidad de almacenamiento del modulo de memoria es lo suficientemente grande como para almacenarlas.La lista de materiales a emplear es mas reducida y, al elaborar el presupuesto correspondiente, se elimina parte del problema que supone el contar con diferentes proveedores, distintos plazos de entrega, etc.2. Posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar el cableado y aadir aparatos.3. Mnimo espacio de ocupacin4. Menor coste de mano de obra de la instalacin5. Economa de mantenimiento. Adems de aumentar la fiabilidad del sistema, al eliminar contactos mviles, los mismos autmatas pueden detectar e indicar posibles averas.6. Posibilidad de gobernar varias maquinas con un mismo autmata.7. Menor tiempo para la puesta en funcionamiento del proceso al quedar reducido el tiempo de cableado.8. Si por alguna razn la maquina queda fuera de servicio, el autmata sigue siendo til para controlar otra maquina o sistema de produccin.</p> <p>3.2Inconvenientes1. Hace falta un programador, lo que exige la preparacin de los tcnicos en su etapa de formacin.2. La inversin inicial es mayor que en el caso de los rels, aunque ello es relativo en funcin del proceso que se desea controlar. Dado que el PLC cubre de forma correcta un amplio espectro de necesidades, desde los sistemas lgicos cableados hasta el microprocesador, el diseador debe conocer a fondo las prestaciones y limitaciones del PLC. Por tanto, aunque el coste inicial debe ser tenido en cuenta a la hora de decidirnos por uno u otro sistema, conviene analizar todos los dems factores para asegurarnos una decisin acertada.</p> <p>4Cmo funciona el PLC?Una vez que se pone en marcha, el procesador realiza una serie de tareas segn el siguiente orden:a)Al encender el procesador ejecuta un auto-chequeo de encendido y bloquea las salidas. A continuacin, si el chequeo ha resultado correcto, el PLC entra en el modo de operacin normal.b)El siguiente paso lee el estado de las entradas y las almacena en una zona de la memoria que se llama tabla de imagen de entradas (hablaremos de ella mas adelante).c)En base a su programa de control, el PLC actualiza una zona de la memoria llamada tabla de imagen de salida.d)A continuacin el procesador actualiza el estado de las salidas "copiando" hacia los mdulos de salida el estado de la tabla de imagen de salidas (de este modo se controla el estado de los mdulos de salida del PLC, relay, triacs, etc.).e)Vuelve a ejecutar el paso b)Cada ciclo de ejecucin se llama ciclo de barrido (scan), el cual normalmente se divide en: Verificacin de las entradas y salidas Ejecucin del programa4.1Otras funciones adicionales del PLCa)En cada ciclo del programa, el PLC efecta un chequeo del funcionamiento del sistema reportando el resultado en la memoria, que puede ser comprobada por el programa del usuario.b)El PLC puede controlar el estado de las Inicializaciones de los elementos del sistema: cada inicio de un microprocesador tambin se comunica a la memoria del PLC.c)Guarda los estados de las entradas y salidas en memoria: Le puedes indicar al PLC el estado que deseas que presenten las salidas o las variables internas, en el caso de que se produzca un fallo o una falta de energa en el equipo. Esta funcionalidad es esencial cuando se quieren proteger los datos de salida del proceso.d)Capacidad modular: Gracias a la utilizacin de Microprocesadores, puedes expandir los sistemas PLC usando mdulos de expansin, en funcin de lo que te requiera el crecimiento de tu sistema. Puede expandirse a travs de entradas y salidas digitales, anlogas, etc., as como tambin con unidades remotas y de comunicacin.5Cmo se clasifican los PLC?Los PLC pueden clasificarse, en funcin de sus caractersticas en:5.1PLC Nano:Generalmente es un PLC de tipo compacto (es decir, que integra la fuente de alimentacin, la CPU y las entradas y salidas) que puede manejar un conjunto reducido de entradas y salidas, generalmente en un nmero inferior a 100. Este PLC permite manejar entradas y salidas digitales y algunos mdulos especiales.5.2PLC CompactoEstos PLC tienen incorporada la fuente de alimentacin, su CPU y los mdulos de entrada y salida en un solo mdulo principal y permiten manejar desde unas pocas entradas y salidas hasta varios cientos (alrededor de 500 entradas y salidas), su tamao es superior a los PLC tipo Nano y soportan una gran variedad de mdulos especiales, tales como:</p> <p> entradas y salidas anlogas mdulos contadores rpidos mdulos de comunicaciones interfaces de operador expansiones de entrada y salida5.3PLC Modular:Estos PLC se componen de un conjunto de elementos que conforman el controlador final. Estos son: El Rack La fuente de alimentacin La CPU Los mdulos de entrada y salidaDe estos tipos de PLC existen desde los denominados Micro-PLC que soportan gran cantidad de entradas y salida, hasta los PLC de grandes prestaciones que permiten manejar miles de entradas y salidas.</p> <p>Las unidades funcionales y la administracin de entradas-salidas1Cules son las unidades funcionales de un PLC?Un controlador lgico programable se compone de cuatro unidades funcionales: La unidad de entradas La unidad de salidas La unidad lgica La unidad de memoriaQu pasa dentro del PLC?</p> <p>En el diagrama que se muestra a continuacin se puede observar la estructura interna de los PLC del cual vamos a describir cada una de las unidades funcionales mencionadas mas arriba:</p> <p>1.1Unidad de EntradasLa unidad de entradas proporciona el aislamiento elctrico necesario del entorno y adecua el voltaje de las seales elctricas que recibe el PLC que provienen de los interruptores de los contactos. Las seales se ajustan a los niveles de voltaje que marca la Unidad Lgica.A este mdulo se unen elctricamente los captadores (interruptores, finales de carrera, pulsadores,...).La informacin recibida en l, es enviada a la CPU para ser procesada de acuerdo la programacin residente.Captadores activosCaptadores pasivosSe pueden diferenciar dos tipos de captadores que se pueden conectar al mdulo de entradas: Los Pasivos y los Activos.LosCaptadores Pasivosson aquellos que cambian su estado lgico, activado - no activado, por medio de una accin mecnica. Ejemplo de ellos son los Interruptores, pulsadores, finales de carrera, etc.LosCaptadores Activosson dispositivos electrnicos que necesitan de la alimentacin por una tensin para variar su estado lgico. Este es el caso de los diferentes tipos de detectores (Inductivos, Capacitivos, Fotoelctricos).Muchos de estos aparatos pueden ser alimentados por la propia fuente de alimentacin del autmata.Todos los que conocen los circuitos de automatismos industriales realizados con contactores, saben que se pueden utilizar, como captadores, contactos elctricamente abiertos o elctricamente cerrados dependiendo de su funcin en el circuito (hablaremos de este tema un poco mas adelante).Como ejemplo podemos ver un simple arrancador paro / marcha. En l se distingue el contacto usado como pulsador de marcha que es normalmente abierto y el usado como pulsador de parada que es normalmente cerrado (Ver figura izquierda en la siguiente pgina)Sin embargo en circuitos automatizados por autmatas, los captadores son generalmente abiertos. El mismo arrancador paro / marcha realizado con un autmata (figura de la derecha en la pgina siguiente) contempla esta variedad.En l se ve que ambos pulsadores y el rel trmico auxiliar son abiertos.</p> <p>1.2Unidad de SalidasEsta unidad acepta las seales lgicas provenientes de la Unidad Lgica y proporciona el aislamiento elctrico a los interruptoresde contactos que se conectan con el entorno.Las unidades de entrada / salida del PLC son funcionalmente iguales a los bancos de rels, que se empleaban en los antiguos controladores lgicos de tipo tambor. La diferencia radica en que las unidades de entrada / salida de los PLC son de estado slido.La eliminacin de contactos mecnicos se traduce en una mayor velocidad de operacin y mayor tiempo entre averas (MTBF).</p> <p>1.3UnidadLgicaElcoraznde un PLC es la unidad lgica, la cual se basa en un microprocesador. Esta unidad ejecuta las instrucciones programadas en la memoria, para desarrollar los esquemas de control lgico que se han diseado previamente.Algunos equipos antiguos contienen en la unidad lgica elementos discretos, como por ejemplo: Compuertas NAND, NOR, FLIPFLOP, CONTADORES, etc. Este tipo de controlad...</p>