máquinas eléctricas y automatismos iii alumno: 6º filecomputadoras de la oficina en los tipos de...

Máquinas Eléctricas y Automatismos III Alumno: ______________________ 6º ___

Prof: Casinari Sergio, Lasala Eugenio, Petralia Mariano 0



Un controlador lógico programable (PLC), también conocido como controlador programable, es el nombre

dado a un tipo de ordenador de uso común en el control comercial e industrial. Los PLC difieren de

computadoras de la oficina en los tipos de tareas que realizan y el hardware y el software que requieren

para realizar estas tareas. Mientras que las aplicaciones específicas varían ampliamente, todos los PLC

supervisan las entradas y otros valores de variables, toman decisiones basadas en un programa

almacenado, y controlan salidas para automatizar un proceso o una máquina. Es intención de este curso

proporcionarle información básica sobre las funciones y configuraciones de los PLC con énfasis en el PLC S7-

200.

FUNCIONAMIENTO BASICO DE UN PLC

Los elementos básicos de un PLC incluyen módulos de entrada, una unidad de procesamiento central (CPU),

módulos de salida, y un dispositivo de programación. Los tipos de entradas/salidas pueden ser digitales

(ENCENDIDO/APAGADO) y analógicas (representan las señales como una gama de tensiones o corrientes).

La función principal del circuito de entrada de un PLC's es la de convertir las señales proporcionadas por

diversos interruptores y sensores en señales de lógica que puedan ser utilizados por la CPU.

La CPU evalúa el estado de las entradas, salidas y otras variables, que ejecuta el programa almacenado,

luego la CPU envía señales para actualizar el estado de las salidas.

Los módulos de salida convierten señales de control de la CPU en valores digitales o analógicos que se

pueden utilizar para controlar distintos dispositivos de salida.



El dispositivo de programación se utiliza para introducir o cambiar el programa del PLC o para controlar o

modificar los valores almacenados. Una vez introducido el programa y las variables asociadas se almacenan

en la CPU.

Además de estos elementos básicos, un sistema PLC también puede incorporar una interfaz hombre-

máquina (HMI), la cual simplifica el monitoreo de la máquina o proceso.

El ejemplo mostrado a continuación es un circuito de marcha-paro de un motor trifásico. En primer lugar se

observa el circuito resuelto mediante lógica cableada.}

Por último, vemos el circuito resuelto mediante PLC. Este cuenta con dos pulsadores conectados a las

entradas del PLC, los cuales se utilizan para iniciar y detener un motor trifásico comandado desde una

salida del PLC a través de un contactor.

MANDO POTENCIA



Mediante el uso del PLC, se sustituye la lógica cableada (en este caso la autoretención) por la

programación.

La aplicación del PLC en reemplazo de la lógica cableada presenta múltiples ventajas. Estos equipos no sólo

son capaces de realizar las mismas tareas que un control con cable, sino también son capaces de muchas

más complejas aplicaciones. Además, el programa de PLC y las líneas de comunicación reemplazan la mayor

parte de los cables de interconexión requerido por el control de lógica cableada. Por lo tanto, el cableado,

aunque siendo necesario para conectar dispositivos de campo, es menos intensivo. Esto también hace que

la corrección de errores y modificación de la aplicación sea más fácil.

Algunas de las ventajas adicionales de los PLC son los siguientes: • Menor tamaño físico de las soluciones que el simple cableado. • Más fácil y rápido para hacer cambios. • Los PLC tiene integrado autodiagnóstico y anulación de funciones. • Los diagnósticos, son centralizados. • Las aplicaciones pueden ser inmediatamente documentadas. • Las solicitudes se pueden duplicar más rápido y a menor costo



TERMINOLOGIA

Desarrollar una comprensión de los PLC requiere del aprendizaje alguna terminología básica.

Esta sección ofrece un panorama general de términos comúnmente utilizados con los PLCs, comenzando

con los términos sensor y actuador.

Sensores Los sensores son dispositivos que convierten una condición física en una señal eléctrica para su uso por un controlador, como un PLC. Los Sensores están conectados a la entrada de un PLC. Un final de carrera es una ejemplo de un sensor que a menudo está conectado a una entrada del PLC. Una señal eléctrica que indica el estado (posición de un cilindro neumático) del contacto pulsado se envía desde el final de carrera para el PLC. Actuadores Los Actuadores son dispositivos que convierten una señal eléctrica desde un controlador, como un autómata, en una condición física. Los actuadores van conectados a la salida del PLC. Un contactor de motor es un ejemplo de un actuador que a menudo es conectado a una salida del PLC. Dependiendo del estado de la salida del PLC, el contactor cierra o abre el circuito de potencia. Entradas y Salidas digitales Las Entradas y Salidas Discretas , también se conocen como Entradas y Salidas Digitales. Son encendidos o apagados. En la condición ON, una entrada discreta o salida se representa internamente en el PLC como un 1 lógico. Pulsadores, interruptores, finales de carrera, Sensores de proximidad, y contactos de relé son ejemplos de dispositivos conectados a entradas digitales de un PLC. Bobinas de relé, contactores, indicadores luminosos son ejemplos de dispositivos conectados a salidas digitales de un PLC.



Entradas y Salidas Analógicas Las Entradas y Salidas Analógicas son señales continuas y variables en magnitud. Típicas señales analógicas varían desde 0 a 20 miliamperios, de 4 a 20 miliamperios o de 0 a 10 voltios.

En el siguiente ejemplo, un sensor de nivel controla el nivel de líquido en un tanque de almacenamiento y envía una señal analógica a la entrada de un PLC.

Una salida analógica desde el PLC envía una señal del mismo tipo a un instrumento de panel calibrado para mostrar el nivel de líquido en el tanque.



CPU La unidad central de procesamiento (CPU) es un sistema de microprocesador que contiene la memoria del sistema y es la unidad de toma de decisiones del PLC. La CPU controla las entradas, salidas, y otras variables y toma decisiones basándose en las instrucciones mantenidas en su memoria de programa.

Programación Lógica en Escalera (LAD) Un programa consiste en instrucciones que realizan determinadas tareas. El grado de complejidad de un programa de PLC depende de la complejidad del problema, el número y tipo de dispositivos de entrada y salida, y los tipos de instrucciones utilizadas. La lógica de escalera (LAD) es un lenguaje de programación utilizado con PLCs. Este incorpora funciones de programación que se parecen a los símbolos utilizados en lógica cableada. La línea vertical izquierda de un diagrama de lógica de escalera representa el conductor energizado. La instrucción de bobina de salida representa el neutro o de retorno del circuito. La línea vertical derecha, que representa la vía de retorno en una lógica cableada de control, se omite. Los diagramas de lógica de escalera se leen de izquierda a derecha y de arriba a abajo. Los peldaños son a veces denominadas redes (Network). Una red puede tener el control de varios elementos, pero sólo una bobina de salida.

ENTRADAS

SALIDAS



PLC Scan El programa del PLC se ejecuta como parte de un proceso repetitivo denominado scan. El PLC scan inicia la exploración de las entradas por parte de la CPU. A continuación, el programa de aplicación es ejecutado. Entonces, la CPU realiza el diagnóstico interno y la tareas de comunicación. Por último, la CPU actualiza las salidas. Este proceso se repite mientras la CPU este en el modo RUN. El tiempo requerido para completar un análisis depende del tamaño del programa, el número de I / Os, y la cantidad de comunicaciones necesarias.

Diagnostico interno: El PLC revisa su electrónica en busca de defectos en la batería, en el programa de la lógica interna, CPU, memoria y defectos de entradas y salidas Barrido de entradas: Durante este proceso el CPU lee los valores de entrada disponibles en los circuitos electrónicos de las tarjetas de entrada y copia sus valores en la memoria. Ejecución: Basado en los valores de las entradas, el programa es ejecutado un paso a la vez, y al mismo tiempo se va a actualizando en memoria el estado de las salidas.



Aspectos externos del controlador Todos los autómatas programables presentan en su frente una serie de indicadores y elementos de conexión que deben ser conocidos para el instalador/operador para su puesta en marcha y mantenimiento. Los elementos más característicos son:

Bornes de alimentación: permiten la conexión de la tensión de alimentación necesaria para el funcionamiento del PLC, generalmente de valores 24Vcc, 48Vcc, 220Vca

Bornes de E/S: permiten la conexión de los sensores/actuadores. Para evitar errores de conexión, las Entradas/Salidas se encuentran físicamente separadas entre ellas.

Interfaz de programación: permite conectar el equipo ,mediante el cable adecuado, a la PC para su programación

Interfaz de expansión (módulos de ampliación): permite aumentar las posibilidades de expansión del equipo con diferentes módulos de entradas/salidas, de comunicación, etc.

Indicadores LED: estos indicadores permiten señalizar acciones y situaciones de funcionamiento como: captación de señales de entrada, activación de las salidas, ejecución o parada del programa (RUN/STOP), errores de memoria, errores de ejecución del programa, etc.

Interruptor RUN/STOP/TERM: ejecuta o detiene el programa cargado por el usuario. Situando la llave en la posición TERM (terminal), permite pasar a los modos RUN/STOP desde la consola de programación.

Potenciómetros analógicos: hacen posible utilizar al mismo como una variable de entrada analógica en la programación. De esta manera, permite, por ejemplo, la variación de temporización desde el exterior del equipo sin necesidad de modificar el programa.



PROGRAMACION DE PLCs Zonas de memoria Los autómatas programables almacenan los datos que procesan en diferentes zonas de memoria. El desarrollo de programas requiere conocer adecuadamente el acceso a estas zonas, tanto para escribir como para leer datos. Las más comunes en la mayoría de los autómatas programables son:

ZONAS DE MEMORIA IDENTIFICADOR PROCESAN

Entradas I Entradas físicas

Salidas Q Salidas físicas

Marcas M Variables de procesamiento interno

Temporizadores T Valores de tiempo

Contadores C Valores de conteo

Variables de sistema SM Operaciones propias del sistema (funciones especiales)

Entradas (I): detectan el estado de los captadores conectados a los bornes de las entradas del autómata

Salidas (Q): Se encarga de activar los actuadores y pre-actuadores desde el módulo de salidas del autómata

Marcas (M): También llamadas memorias o bits internos. Tienen un comportamiento similar a los contactos auxiliares en la lógica cableada

Temporizadores (T): Generan eventos cuando alcanzan un valor de tiempo predeterminado. Existen de tipo TON, TOF, TONR

Contadores (C): Originan eventos cuando alcanzan un determinado número de sucesos

Variables o bits de sistema (SM): También denominadas marcas de sistema. Se encargan de realizar tareas prefijadas por el fabricante en el sistema operativo del autómata. Cada modelo tiene sus propios bits de sistema y para conocerlos se hace necesario consultar el manual de usuario.

Direccionamiento Para que un autómata programable pueda procesar datos de las zonas de memoria, el programador debe hacer referencia a dichas zonas adecuadamente en el momento de la elaboración del programa. El direccionamiento es la forma de “Apuntar” a una variable en el programa de usuario y puede ser diferente según el modelo o fabricante del PLC. El direccionamiento de una variable se realiza escribiendo el operando en forma textual. De esta forma se representa, con letras, la zona de memoria a la que se tiene acceso y con números, el orden de la variable en dicha zona de memoria. Algunos ejemplos: Nota!: I0.1 Zona de memoria I, Byte 0, Bit 1 Q1.6 Zona de memoria Q, Byte 1, Bit 6 M0.3 Zona de memoria M, Byte 0, Bit 3



SIMBOLOGIA LENGUAJE LADDER La lógica de escalera de los PLCs se compone de un conjunto de símbolos que representan instrucciones. La comprensión de estos símbolos básicos es esencial para comprender el funcionamiento del equipo y el programa a realizar.

Contactos Son elementos de tipo bit que leen los estados todo o nada (0/1) de una variable. Se representan como abiertos y cerrados y su uso es idéntico al de los esquemas de relés y contactores. Pueden estar asociados tanto entradas y salidas físicas (I/Q), como a elementos de uso interno del autómata como temporizadores, contadores, marcas, etc.

Simbólicamente, fluirá corriente a través de estos contactos cuando estén cerrados. En el caso de I2, fluirá corriente cuando lea en esa entrada un estado lógico 1. Por otro lado, en el caso de I6, fluirá corriente cuando lea en esa entrada un estado lógico 0.

Bobinas Reciben este nombre por herencia de los circuitos a relés. En ellas se escribe el resultado lógico de una red de contactos. Estas se activan cuando fluye corriente a través de ellas.

Escribo sobre la salida Q0.2

Q0.2

I1.2 I 0.6

T37

Contacto normalmente abierto asociado a la entrada

I 1.2 del automata

Contacto normalmente cerrado asociado a la entrada

I 0.6 del automata

Contacto normalmente abierto asociado a la salida

Q0.2 del automata

Contacto normalmente cerrado asociado a un

temporizador

Q0.2



A partir del esquema eléctrico planteado anteriormente, y con la siguiente lógica de programación lograremos que sin pulsar nada funcione L3. Al mantener accionado P2, se apagara L3. A partir del esquema eléctrico planteado anteriormente, y con la siguiente lógica de programación lograremos que, al mantener accionado P5 y P1 a la vez, se encenderá L2 A partir del esquema eléctrico planteado anteriormente, y con la siguiente lógica de programación lograremos que, al mantener accionado P4 o P5 o ambos a la vez, se activaran Z1 y RL1 y K1.



A partir del esquema eléctrico planteado anteriormente, y con la siguiente lógica de programación lograremos que, al accionar P4 y soltarlo, K1 permanece activado. Al accionar P5, se desactiva K1. Estaríamos generando una “auto retención”

Operaciones con marcas internas También llamadas memorias o bits internos. Tienen un comportamiento similar al de los contactos auxiliares en la lógica cableada. Una memoria interna se considera como una salida virtual, esto quiere decir que físicamente no activa una salida como un contactor, sino, es un dato que se encuentra almacenado en la memoria y puede tomar los valores de 0 y 1. Podre leer y escribir sobre el espacio de memoria asignado a las marcas auxiliares. En el caso del siemens s7-200, la zona de memoria reservada a marcas es de M0.0 a M255.7

Algunas ventajas son simplificar la solución de problemas, diagnosticar rápidamente fallas, etc.

Uno de los usos principales es para resolver la situación de no poder repetir en la programación más de una vez la misma salida.

En este ejemplo las entradas I0.0 e I0.1 activan las marcas M0.0 y M0.1 respectivamente. Cuando M0.0 está a 1, se activa Q0.0 y Q0.3 Cuando M0.1 está a 1, se activa Q0.1 A su vez, si ambas están activas, únicamente podre accionar la salida Q0.2



I0.0

Set-Reset

Las bobinas de activación y desactivación son denominadas como SET y RESET respectivamente. En una bobina SET, cuando el valor de la red de contactos es verdadero se activa y se mantiene dicho valor aunque cese la acción que lo activó. En este caso, se puede decir que es una bobina con memoria. Para desactivar el valor del operando asociado a la bobina SET, se debe utilizar una nueva red de contactos que escriba sobre la bobina RESET asociada a la misma variable de salida que la del SET EJEMPLO: Paso 1 Paso 2

En este ejemplo, la salida Q0.0 se activa mediante I0.0 y se desactiva mediante I0.1

En Siemens, el número que se presenta debajo de la bobina de SET/RESET indica

el número de salidas/marcas consecutivas a setear/resetear. En este ejemplo,

con esta única instrucción setearé las salidas Q0.0, Q0.1, Q0.2

Paso 3 Paso 4

I0.0

I0.0

I0.0

I0.0

I0.1

I0.1 I0.1

I0.1

Q0.0

Q0.0

Q0.0

Q0.0

Q0.0

Q0.0

Q0.0

Q0.0



Flanco positivo

También llamado flanco ascendente, detecta el paso de 0 a 1 del operando asociado. El símbolo es: —| P |— . Por ejemplo, una entrada asociada a una operación de flanco positivo solamente generará la señal «1» en el instante de ser pulsado, pasando a la situación «0» inmediatamente aunque continúe la acción sobre el pulsador.

Flanco negativo También llamado flanco descendente, detecta el paso de 1 a 0 del operador asociado. El símbolo es: —| N |— . Utilizando el ejemplo del punto anterior, solamente se generará la señal «1» en el instante de «soltar» el pulsador.

Temporizadores

Los temporizadores generan eventos cuando alcanzan un valor de tiempo predeterminado (PT). Su comportamiento es similar a los utilizados en la lógica cableada. El temporizador se representa gráficamente como un rectángulo con varias líneas de entrada para conectar la red de contactos de activación (IN) y configurar el tiempo de temporización (BT x PT). A los temporizadores se les asocian contactos abiertos y cerrados que cambian de estado cuando alcanza el valor de tiempo configurado.

El S7-200 incluye tres tipos de temporizadores: TON, TOF, TONR Los temporizadores del S7-200 tienen una resolución de 1 milisegundo, 10 milisegundos, o 100 milisegundos. Esta resolución parece en la esquina inferior derecha de la caja del temporizador. Como se muestra en la ilustración. La resolución y el tipo de temporizador que se puede utilizar dependen del número de temporizador.

Tipo de temporizador Numero temporizador Resolución Valor máximo

TONR

T0, T64 1 ms 32.767 s

T1 a T4, T65 a T68 10ms 327.67 s

T5 a T31, T69 a T95 100ms 3276.7 s

TON, TOF

T32, T96 1 ms 32767 s

T33 a T36, T97 a T100 10ms 327.67 s

T37 a T63, T101 a T255 100ms 3276.7s

BT

I0.0 I0.0

Q0.0

I0.0

Q0.0

Q0.0

Q0.0

I0.0



TON: Funcionamiento La operación Temporizador como retardo a la conexión (TON) cuenta el tiempo al estar activada la entrada de habilitación (IN). Si el valor actual (Txx) es mayor o igual al valor de preselección (PT), se activará el bit de temporización (bit Tx). El valor actual del temporizador como retardo a la conexión se borra cuando la entrada de habilitación está desactivada (OFF). El temporizador continúa contando tras haber alcanzado el valor de preselección y para de contar cuando alcanza el valor máximo de 32767.

I0.0

T37

Q0.0

Pt

t=10 seg



TOF: Funcionamiento La operación Temporizador como retardo a la desconexión (TOF) se utiliza para retardar la puesta a 0 (OFF) de una salida durante un período determinado tras haberse desactivado (OFF) una entrada. Cuando la entrada de habilitación se activa (ON), el bit de temporización se activa (ON) inmediatamente y el valor actual se pone a 0. Cuando la entrada se desactiva (OFF), el temporizador cuenta hasta que el tiempo transcurrido alcanza el valor de preselección. Una vez alcanzado éste, el bit de temporización se desactiva (OFF) y el valor actual detiene el contaje. Si la entrada está desactivada (OFF) durante un tiempo inferior al valor de preselección, el bit de temporización permanece activado (ON). Para que la operación TOF comience a contar se debe producir un cambio de ON a OFF.

I0.0

T37

Q0.0

Pt

t=10 seg



TONR: Funcionamiento La operación Temporizador como retardo a la conexión con memoria (TONR) cuenta el tiempo al estar activada (ON) la entrada de habilitación. Si el valor actual (Txx) es mayor o igual al valor de preselección (PT), se activará el bit de temporización (bit T).El valor actual del temporizador como retardo a la conexión con memoria se mantiene cuando la entrada está desactivada (OFF). El temporizador como retardo a la conexión con memoria sirve para acumular varios períodos de tiempo de la entrada en ON. Para borrar el valor actual del temporizador como retardo a la conexión con memoria se utiliza la operación Poner a 0 (R).El temporizador continúa contando tras haber alcanzado el valor de preselección y para de contar cuando alcanza el valor máximo de 32767.

I0.0

I0.0

T5

Q0.0

Pt

t=2 seg

t=2 seg

t=3 seg

t=3 seg

t=4 seg

t=4 seg

t=1 seg

t=1 seg



Contadores Los contadores originan eventos cuando alcanzan un determinado número de sucesos. Son ideales para utilizar en circuitos automáticos que requieren contabilizar objetos y, en función del número almacenado, actuar sobre el programa. A los contadores se les asocian contactos abiertos y cerrados que cambian de estado cuando alcanza el valor preseleccionado. El conjunto de instrucciones LAD del S7-200 SIMATIC incluye tres tipos de contadores: Contador Ascendente (CTU), Contador Descendente (CTD), Contador Ascendente / Descendente (CTUD)



CTU: Funcionamiento El contador ascendente (CTU) cuenta en forma ascendente de a una unidad cada vez que la entrada (CU) pasa de off a on. Cuando la cuenta acumulada es igual al valor prefijado (PV) el bit del contador (no mostrado) se enciende. El contador sigue contando hasta que el número acumulado es igual al valor máximo (32767). Cuando la entrada de reset (R) se enciende o cuando una instrucción de Reset se ejecuta, el recuento acumulado se restablece a cero y el bit del contador se apaga.



CTD: Funcionamiento El contador descendente (CTD), cuenta hacia atrás de a uno cada vez que la entrada (CD) pasa de off a on. Cuándo la cuenta llega a cero, el bit del contador se enciende. Cuando la entrada de carga (LD) se enciende, el contador restablece el valor de conteo al valor prefijado (PV), y el bit del contador se apaga. Este tipo de contador inicializa su estado en 0 (bit de contador activo). Deberé activar LD para comenzar luego con la cuenta descendente.



CTUD: Funcionamiento

El contador ascendente / descendente (CTUD) cuenta hacia adelante de a uno cada vez que la entrada (CU) pasa de off a on y cuenta hacia atrás de a uno cada vez que la entrada (CD) pasa de off a on. Cuando la cuenta acumulada es igual al valor prefijado (PV), el bit de contador se enciende. Cuando la entrada reset (R) se enciende o cuando una instrucción de Reset se ejecuta, la cuenta acumulada pasa a cero y el bit del contador se apaga. En el caso de seguir proporcionando pulsos de entrada tanto en CU como en CD una vez alcanzado el valor prefijado, deberé tener en cuenta que el valor interno del contador seguirá incrementando

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