Controlador lgico programable

Controlador Lgico ProgramableNombre: Rodrigo Ullauri

Curso: 3 de Bachillerato D

LosPLC(Programmable Logic Controlleren sussiglaseningls) son dispositivoselectrnicosmuy usados enAutomatizacin Industrial.

PLC = Es un hardware industrial, qe se utiliza para la obtencin de datos. Una vez obtenidos, los pasa a travs de bus (por ejemplo por ethernet) en un servidor.

Su historia se remonta a finales de la dcada de 1960 cuando la industria busc en las nuevas tecnologas electrnicas una solucin ms eficiente para reemplazar lossistemas de controlbasados encircuitos elctricosconrels, interruptores y otros componentes comnmente utilizados para el control de los sistemas delgica combinacional.

PLC moderno instalado (2008) dentro del tablero elctrico.

Hoy en da, losPLCno slo controlan la lgica de funcionamiento de mquinas, plantas y procesos industriales, sino que tambin pueden realizar operaciones aritmticas, manejarseales analgicaspara realizar estrategias de control, tales como controladoresproporcional integral derivativo (PID).

LosPLCactuales pueden comunicarse con otros controladores ycomputadorasenredes de rea local, y son una parte fundamental de los modernos sistemas de control distribuido.

Existen varios lenguajes de programacin, tradicionalmente los ms utilizados son el diagrama de escalera (Lenguaje Ladder), preferido por los electricistas, lista de instrucciones y programacin por estados, aunque se han incorporado lenguajes ms intuitivos que permiten implementar algoritmos complejos mediante simples diagramas de flujo ms fciles de interpretar y mantener. Un lenguaje ms reciente, preferido por los informticos y electrnicos, es elFBD(en ingls Function Block Diagram) que empleacompuertas lgicasy bloques con distintas funciones conectados entre s.

En la programacin se pueden incluir diferentes tipos de operandos, desde los ms simples como lgica booleana, contadores, temporizadores, contactos, bobinas y operadores matemticos, hasta operaciones ms complejas como manejo de tablas (recetas), apuntadores, algoritmos PID y funciones de comunicacin multiprotocolos que le permitiran interconectarse con otros dispositivos.

HistoriaLos PLC fueron inventados en respuesta a las necesidades de la automatizacin de la industria automotriz norteamericana por el ingeniero Estadounidense Dick Morley. Antes de los PLC, el control, las secuenciacin, y la lgica para la manufactura de automviles era realizada utilizando rels, contadores, y controladores dedicados. El proceso para actualizar dichas instalaciones en la industria ao tras ao era muy costoso y consuma mucho tiempo, y los sistemas basados en rels tenan que ser recableados por electricistas especializados. En1968GM Hydramatic (la divisin de transmisiones automticas deGeneral Motors) ofert un concurso para una propuesta del reemplazo electrnico de los sistemas cableados.

La propuesta ganadora vino de Bedford Associates deBoston, Masachusets. El primer PLC, fue designado 084, debido a que fue el proyecto ochenta y cuatro de Bedford Associates. Bedford Associates creo una nueva compaa dedicada al desarrollo, manufactura, venta y servicio para este nuevo producto: Modicon (MOdular DIgital CONtroller o Controlador Digital Modular). Una de las personas que trabajo en ese proyecto fue Dick Morley, el que es considerado como "padre" del PLC. La marca Modicon fue vendida en1977a Gould Electronics, y posteriormente adquirida por la compaa Alemana AEG y ms tarde por Schneider Electric, el actual dueo.

Uno de los primeros modelos 084 que se construyeron se encuentra mostrado en la sede de Modicon en el Norte de Andover, Masachusets. Fue regalado a Modicon por GM, cuando la unidad fue retirada tras casi veinte aos de servicio ininterrumpido.

La industria automotriz es todava una de las ms grandes usuarias de PLC, y Modicon todava numera algunos de sus modelos de controladores con la terminacin ochenta y cuatro. Los PLC son utilizados en muchas diferentes industrias y mquinas tales como mquinas de empaquetado y de semiconductores. Algunas marcas con alto prestigio sonABB Ltd., Koyo,Honeywell,Siemens, Trend Controls, Schneider Electric, Omron, Rockwell (Allen-Bradley),General Electric, fraz max, Tesco Controls, Panasonic (Matsushita),Mitsubishie Isi Matrix machines. Tambien existe un rango de PLCs fabricados para aplicaciones en automotores, embarcaciones, ambulancias y sistemas moviles para el mercado internacional deSCM International,Inc.Estructura bsica de un PLCUn controlador lgico programable est constituido por un conjunto de tarjetas o circuitos impresos, sobre los cuales estn ubicados componentes electrnicos.

El controlador Programable tiene la estructura tpica de muchos sistemas programables, como por ejemplo una microcomputadora. La estructura bsica del hardware de un consolador Programable propiamente dicho esta constituido por:

- Fuente de alimentacin

- Unidad de procesamiento central (CPU)

- Mdulos de interfases de entradas/salidas (E/S)

- Modulo de memorias

- Unidad de programacin

En algunos casos cuando el trabajo que debe realizar el controlador es mas exigente, se incluyen Mdulos Inteligentes.FUENTE DE ALIMENTACIONLa funcin de la fuente de alimentacin en un controlador, es suministrar la energa ala CPU y dems tarjetas segn la configuracin del PLC.

+ 5 V para alimentar a todas las tarjetas

+ 5.2 V para alimentar al programador

+ 24 V para los canales de lazo de corriente 20 mA.

UNIDAD DE PROCESAMIENTO CENTRAL (C.P.U.)Es la parte ms compleja e imprescindible del controlador programable, que en otros trminos podra considerarse elcerebrodel controlador.

La unidad central esta diseado a base de microprocesadores y memorias; contiene una unidad de control, la memoria interna del programador RAM, temporizadores, contadores, memorias internas tipo rel, imgenes del proceso entradas/salidas, etc. Su misin es leer los estados de las seales de las entradas, ejecutar el programa de control y gobernar las salidas, el procesamiento es permanente y a gran velocidad.

MODULOS O INTERFASES DE ENTRADA Y SALIDA (E/S)Son los que proporciona el vnculo entre la CPU del controlador y los dispositivos de campo del sistema. A travs de ellos se origina el intercambio de informacin ya sea para la adquisicin de datos o la del mando para el control de maquinas del proceso.

TIPOS DE MDULOS DE ENTRADA Y SALIDADebido a que existen gran variedad de dispositivos exteriores (captadores actuadotes), encontramos diferentes tipos de mdulos de entrada y salidas, cada uno de los cuales sirve para manejar cierto tipo de seal (discreta o anloga) a determinado valor de tensin o de corriente en DC o AC.

Mdulos de entradas discretas

Mdulos de salidas discretas

Mdulos de entrada analgica

Mdulos de salida analgicaMDULOS DE MEMORIASSon dispositivos destinados a guardar informacin de manera provisional o permanente

Se cuenta con dos tipos de memorias,Voltiles (RAM)No voltiles (EPROM y EEPROM)UNIDAD DE PROGRAMACIONLos terminales de programacin, son el medio de comunicacin entre el hombre y la mquina; estos aparatos estn constituidos por teclados y dispositivos de visualizacin

Existen tres tipos de programadores los manuales (Hand Held) tipo de calculadora, Los de video tipo (PC), y la (computadora).

PLC en comparacin con otros sistemas de controlLos PLC estn adaptados para un amplio rango de tareas de automatizacin. Estos son tpicos en procesos industriales en la manufactura donde el coste de desarrollo y mantenimiento de un sistema de automatizacin es relativamente alto contra el coste de la automatizacin, y donde van a existir cambios en el sistema durante toda su vida operacional. Los PLC contienen todo lo necesario para manejar altas cargas de potencia; se requiere poco diseo elctrico y el problema de diseo se centra en expresar las operaciones y secuencias en la lgica de escalera (o diagramas de funciones). Las aplicaciones de PLC son normalmente hechos a la medida del sistema, por lo que el costo del PLC es bajo comparado con el costo de la contratacin del diseador para un diseo especfico que solo se va a usar una sola vez. Por otro lado, en caso de productos de alta produccin, los sistemas de control a medida se amortizan por s solos rpidamente debido al ahorro en los componentes, lo que provoca que pueda ser una buena eleccin en vez de una solucin "genrica".

Sin embargo, debe ser notado que algunos PLC ya no tienen un precio alto. Los PLC actuales tienen todas las capacidades por algunos cientos de dlares.

Diferentes tcnicas son utilizadas para un alto volumen o una simple tarea de automatizacin, Por ejemplo, una lavadora de uso domstico puede ser controlada por un temporizador a levas electromecnico costando algunos cuantos dlares en cantidades de produccin.

Un diseo basado en un microcontrolador puede ser apropiado donde cientos o miles de unidades deben ser producidas y entonces el coste de desarrollo (diseo de fuentes de alimentacin y equipo de entradas y salidas) puede ser dividido en muchas ventas, donde el usuario final no tiene necesidad de alterar el control. Aplicaciones automotrices son un ejemplo, millones de unidades son vendidas cada ao, y pocos usuarios finales alteran la programacin de estos controladores. (Sin embargo, algunos vehculos especiales como son camiones de pasajeros para trnsito urbano utilizan PLC en vez de controladores de diseo propio, debido a que los volmenes son pequeos y el desarrollo no sera econmico.)

Algunos procesos de control complejos, como los que son utilizados en la industria qumica, pueden requerir algoritmos y caractersticas ms all de la capacidad de PLC de alto nivel. Controladores de alta velocidad tambin requieren de soluciones a medida; por ejemplo, controles para aviones.

Los PLC pueden incluir lgica para implementar bucles analgicos, proporcional, integral y derivadas o un controlador PID. Un bucle PID podra ser usado para controlar la temperatura de procesos de fabricacin, por ejemplo. Histricamente, los PLCs fueron configurados generalmente con solo unos pocos bucles de control analgico y en donde los procesos requieren cientos o miles de bucles, un Sistema de Control Distribuido (DCS) se encarga. Sin embargo, los PLC se han vuelto ms poderosos, y las diferencias entre las aplicaciones entre DCS y PLC han quedado menos claras.

Resumiendo, los campos de aplicacin de un PLC o autmata programable en procesos industriales son: cuando hay un espacio reducido, cuando los procesos de produccin son cambiantes peridicamente, cuando hay procesos secuenciales, cuando la maquinaria de procesos es variable, cuando las instalaciones son de procesos complejos y amplios, cuando el chequeo de programacin se centraliza en partes del proceso. Sus aplicaciones generales son las siguientes: maniobra de mquinas, maniobra de instalaciones y sealizacin y control.

Seales Analgicas y digitalesLas seales digitales o discretas como los interruptores, son simplemente una seal de On/Off (1 0, Verdadero o Falso, respectivamente). Los botones e interruptores son ejemplos de dispositivos que proporcionan una seal discreta. Las seales discretas son enviadas usando la tensin o la intensidad, donde un rango especifico corresponder al On y otro rango al Off. Un PLC puede utilizar 24V de voltaje continuo en la E/S donde valores superiores a 22V representan un On, y valores inferiores a 2V representan Off. Inicialmente los PLC solo tenan E/S discretas.

Las seales analgicas son como controles de volmenes, con un rango de valores entre 0 y el tope de escala. Esto es normalmente interpretado con valores enteros por el PLC, con varios rangos de precisin dependiendo del dispositivo o del nmero de bits disponibles para almacenar los datos. Presin, temperatura, flujo, y peso son normalmente representados por seales analgicas. Las seales analgicas pueden usar tensin o intensidad con una magnitud proporcional al valor de la seal que procesamos. Por ejemplo, una entrada de 4-20 mA o 0-10 V ser convertida en enteros comprendidos entre 0-32767.

Las entradas de intensidad son menos sensibles al ruido elctrico (como por ejemplo el arranque de un motor elctrico) que las entradas de tensin.

Ejemplo:

Como ejemplo, las necesidades de una instalacin que almacena agua en un tanque. El agua llega al tanque desde otro sistema, y como necesidad a nuestro ejemplo, el sistema debe controlar el nivel del agua del tanque.

Usando solo seales digitales, el PLC tiene 2 entradas digitales de dos interruptores del tanque (tanque lleno o tanque vaco). El PLC usa la salida digital para abrir o cerrar una vlvula que controla el llenado del tanque.

Si los dos interruptores estn apagados o solo el de tanque vaco esta encendido, el PLC abrir la vlvula para dejar entrar agua. Si solo el de tanque lleno esta encendido, la vlvula se cerrara. Si ambos interruptores estn encendidos sera una seal de que algo va mal con uno de los dos interruptores, porque el tanque no puede estar lleno y vaco a la vez. El uso de dos interruptores previene situaciones de pnico donde cualquier uso del agua activa la bomba durante un pequeo espacio de tiempo causando que el sistema se desgaste ms rpidamente. As tambin se evita poner otro PLC para controlar el nivel medio del agua.

Un sistema analgico podra usar una bscula que pese el tanque, y una vlvula ajustable. El PLC podra usar un PID para controlar la apertura de la vlvula. La bscula esta conectada a una entrada analgica y la vlvula a una salida analgica. El sistema llena el tanque rpidamente cuando hay poca agua en el tanque. Si el nivel del agua baja rpidamente, la vlvula se abrir todo lo que se pueda, si el caso es que el nivel del agua esta cerca del tope mximo, la vlvula estar poco abierta para que entre el agua lentamente y no se pase de este nivel.

Con este diseo del sistema, la vlvula puede desgastarse muy rpidamente, por eso, los tcnicos ajustan unos valores que permiten que la vlvula solo se abra en unos determinados valores y reduzca su uso.

Un sistema real podra combinar ambos diseos, usando entradas digitales para controlar el vaciado y llenado total del tanque y el sensor de peso para optimizarlos.Capacidades E/S en los PLC modularesLos PLC modulares tienen un limitado nmero de conexiones para la entrada y la salida. Normalmente, hay disponibles ampliaciones si el modelo base no tiene suficientes puertos E/S.

Los PLC con forma de rack tienen mdulos con procesadores y con mdulos de E/S separados y opcionales, que pueden llegar a ocupar varios racks. A menudo hay miles de entradas y salidas, tanto analgicas como digitales. A veces, se usa un puerto serie especial de E/S que se usa para que algunos racks puedan estar colocados a larga distancia del procesador, reduciendo el coste de cables en grandes empresas. Alguno de los PLC actuales pueden comunicarse mediante un amplio tipo de comunicaciones incluidasRS-485, coaxial, e inclusoEthernetpara el control de las entradas salidas con redes a velocidades de 100 Mbps.

Los PLC usados en grandes sistemas de E/S tienen comunicacionesP2Pentre los procesadores. Esto permite separar partes de un proceso complejo para tener controles individuales mientras se permita a los subsistemas comunicarse mediante links. Estos links son usados a menudo por dispositivos deInterfaz de usuario (HMI)como keypads o estaciones de trabajo basados enordenadores personales.

El nmero medio de entradas de un PLC es 3 veces el de salidas, tanto en analgico como en digital. Las entradas extra vienen de la necesidad de tener mtodos redundantes para controlar apropiadamente los dispositivos, y de necesitar siempre mas controles de entrada para satisfacer la realimentacin de los dispositivos conectados.ProgramacinLos primeros PLC, en la primera mitad de los 80, eran programados usando sistemas de programacin propietarios o terminales de programacin especializados, que a menudo tenan teclas de funciones dedicadas que representaban los elementos lgicos de los programas de PLC. Los programas eran guardados en cintas. Ms recientemente, los programas PLC son escritos en aplicaciones especiales en un ordenador, y luego son descargados directamente mediante un cable o una red al PLC. Los PLC viejos usan una memoria no voltil (magnetic core memory) pero ahora los programas son guardados en una RAM con batera propia o en otros sistemas de memoria no voltil como las memoria flash.

Los primeros PLC fueron diseados para ser usados por electricistas que podan aprender a programar los PLC en el trabajo. Estos PLC eran programados conlgica de escalera("ladder logic"). Los PLC modernos pueden ser programados de muchas formas, desde la lgica de escalera hasta lenguajes de programacin tradicionales como elBASICoC. Otro mtodo es usar laLgica de Estados (State Logic), un lenguaje de programacin de alto nivel diseado para programas PLC basndose en los diagramas de transicin de estados.

Recientemente, el estndar internacional IEC 61131-3 se est volviendo muy popular. IEC 61131-3 define cinco lenguajes de programacin para los sistemas de control programables: FBD (Function block diagram),LD (Ladder diagram), ST (Structured text, similar alLenguaje de programacin Pascal), IL (Instruction list) y SFC (Sequential function chart).

Mientras que los conceptos fundamentales de la programacin del PLC son comunes a todos los fabricantes, las diferencias en el direccionamiento E/S, la organizacin de la memoria y el conjunto de instrucciones hace que los programas de los PLC nunca se puedan usar entre diversos fabricantes. Incluso dentro de la misma lnea de productos de un solo fabricante, diversos modelos pueden no ser directamente compatibles.

La estructura bsica de cualquier autmata programable es:Fuente de alimentacin:convierte la tensin de la red, 110 220V ac a baja tensin de cc (24V por ejemplo) que es la que se utiliza como tensin de trabajo en los circuitos electrnicos que forma el autmata.CPU:la Unidad Central de Procesos es el autntico cerebro del sistema. Es el encargado de recibir rdenes del operario a travs de la consola de programacin y el mdulo de entradas. Despus las procesa para enviar respuestas al mdulo de salidas.Mdulo de entradas:aqu se unen elctricamente los captadores ( interruptores, finales de carrera... ). La informacin que recibe la enva al CPU para ser procesada segn la programacin. Hay 2 tipos de captadores conectables al mdulo de entradas: los pasivos y los activos.Mdulo de salida:es el encargado de activar y desactivar los actuadores ( bobinas de contactores, motores pequeos... ). La informacin enviada por las entradas a la CPU, cuando esta procesada se enva al mdulo de salidas para que estas sean activadas ( tambin los actuadores que estn conectados a ellas ). Hay 3 mdulos de salidas segn el proceso a controlar por el autmata: rels, triac y transistores.Terminal de programacin:la terminal o consola de programacin es el que permite comunicar al operario con el sistema. Sus funciones son la transferncia y modificacin de programas, la verificacin de la programacin y la informacin del funcionamiento de los procesos.

Perifricos:ellos no intervienen directamente en el funcionamiento del autmata pero si que facilitan la labor del operariComunicacionesLas formas como los PLC intercambian datos con otros dispositivos son muy variadas. Tpicamente un PLC puede tener integrado puertos de comunicaciones seriales que pueden cumplir con distintos estndares de acuerdo al fabricante. Estos puertos pueden ser de los siguientes tipos:

RS-232RS-485RS-422EthernetSobre estos tipos de puertos de hardware las comunicaciones se establecen utilizando algn tipo de protocolo o lenguaje de comunicaciones. En esencia un protocolo de comunicaciones define la manera como los datos son empaquetados para su transmisin y como son codificados. De estos protocolos los ms conocidos son:

ModbusBus CANProfibusDevicenetControlnetEthernet I/PMuchos fabricantes adems ofrecen distintas maneras de comunicar sus PLC con el mundo exterior mediante esquemas de hardware y software protegidos por patentes y leyes de derecho de autor.Tipos De Plc.Debido a la gran variedad de tipos distintos de PLC, tanto en sus funciones, en su capacidad, en su aspecto fsico y otros, es que es posible clasificar los distintos tipos en varias categoras.PLC tipo Nano:Generalmente PLC de tipo compacto ( Fuente, CPU e I/O integradas ) que puede manejar un conjunto reducido de I/O, generalmente en un nmero inferior a 100. Permiten manejar entradas entradas y salidas digitales y algunos mdulos especiales.PLC tipo Compactos:Estos PLC tienen incorporado la Fuente de Alimentacin, su CPU y mdulos de I/O en un solo mdulo principal y permiten manejar desde unas pocas I/O hasta varios cientos ( alrededor de 500 I/O ) , su tamao es superior a los Nano PLC y soportan una gran variedad de mdulos especiales, tales como:entradas y salidas analogasmodulos contadores rapidosmodulos de comunicacionesinterfaces de operadorexpansiones de i/o

Ejemplos de aplicaciones generalesManiobra de mquinas

Maquinaria industrial de plstico

Mquinas transfer

Maquinaria de embalajes

Maniobra de instalaciones:

Instalacin de aire acondicionado, calefaccin...

Instalaciones de seguridad

Sealizacin y control:

Chequeo de programas

Sealizacin del estado de procesos