UNIVERSIDAD DE ORIENTE

NÚCLEO DE MONAGAS

ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA DE SISTEMAS

CURSO ESPECIAL DE GRADO – ÁREA ACPI

INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL INDUSTRIAL (ICI)

MÓDULOS FUNCIONALES DE UN PLC

UNIDAD V: CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES (PLC)

ASESOR:

ING. MOISÉS PÉREZ

CIM

ROSANGI FABIOLA ROJAS SALAZAR

C.I.: 19.909.224

YDDANY GRICELMAR PALMA JASPE

C.I.: 19.663.847

MATURÍN, ABRIL DE 2015

ÍNDICE

Contenido Pág.

INTRODUCCIÓN................................................................................................................3

MARCO TEÓRICO.............................................................................................................4

CONTROL LÓGICO PROGRAMABLE (PLC)................................................................4

MÓDULOS FUNCIONALES............................................................................................4

TEMPORIZADORES.........................................................................................................5

CONTROLADORES..........................................................................................................5

MÓDULOS ESPECIALES.................................................................................................6

USO DE MEMORIA..........................................................................................................7

MODOS DE TRABAJO.....................................................................................................8

CICLOS DE FUNCIONAMIENTO...................................................................................8

DISCUSIÓN........................................................................................................................10

CONCLUSIONES...............................................................................................................12

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS..............................................................................13

ANEXOS..............................................................................................................................14

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INTRODUCCIÓN

Anteriormente controlar los procesos industriales resultaba bastante problemático, puesto que estos se realizaban de manera cableada a través de contactores y relés. La persona encargada de estas operaciones se le demandaba un gran conocimiento técnico para ejecutarlas y salvaguardarlas. Asimismo, toda variante que resultara durante el proceso implicaba cambiar o modificar de forma considerable las conexiones físicas de los montajes, lo cual constituía un mayor esfuerzo y suntuosas pérdidas económicas. Por tal razón siempre ha estado la exigencia de elaborar mecanismos que conlleven a inspeccionar o controlar todas y cada una de las actividades de producción de una organización.

Es aquí donde surgen los PLC o Controladores Lógicos Programables, con la intención de automatizar los procesos industriales de toda organización, aprovechando así los progresos tecnológicos y utilizando estos en pro del bienestar y mejora continua de las industrias, haciendo uso además de las tecnologías de la información y la comunicación en dichos procesos.

Por último, con ésta documentación lo que se pretende es definir la integración de las labores o actividades que se pueden llevar a cabo con un PLC. Para esto es menester conocer minuciosamente el comportamiento de los módulos funcionales y todos y cada uno de los elementos que intervienen en dichos módulos. Es por esto que se procede a explicar y exponer las definiciones que caracterizan las funcionalidades de un PLC, tomando en cuenta sus componentes internos.

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MARCO TEÓRICO

CONTROL LÓGICO PROGRAMABLE (PLC)

El Control Lógico Programable o Programmable Logic Controller (PLC), es una máquina electrónica programable diseñada para ser utilizada en un entorno industrial (hostil), que utiliza una memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones orientadas al usuario, para implantar soluciones específicas tales como funciones lógicas, secuenciales, temporizaciones, recuentos y funciones aritméticas, con el fin de controlar mediante entradas y salidas, digitales y analógicas diversos tipos de máquinas o procesos. [5]

En la actualidad el campo de aplicación de un PLC es muy extenso, son utilizados fundamentalmente en procesos de maniobras, control, señalización, etc.; por tanto, su aplicación abarca desde procesos de fabricación industriales de cualquier tipo a transformaciones industriales, control de instalaciones, entre otros. Los PLC a su vez, ofrecen conexión a red, esto permite tener comunicado un PLC con una PC y otros dispositivos al mismo tiempo, permitiendo hacer monitoreo, estadísticas y reportes. [4]

MÓDULOS FUNCIONALES

Un Controlador Lógico Programable se compone principalmente de cuatro unidades o módulos funcionales, tal como puede observarse en la Figura 1:

1. La Memoria Programable: en éste módulo es donde están acomodadas las instrucciones para la secuencia de control lógico.

2. La Memoria de Datos: es donde se aloja las condiciones de los cambios, el interbloqueo, valores pasados de datos y otros datos de trabajo.

3. Los Dispositivos de Entrada: estos son los controladores de hardware/software para los procesos industriales como motores y válvulas.

4. Los Dispositivos de Salida: son los controladores de hardware/software para los sensores de los procesos industriales como sensores de cambio de estado, detectores de proximidad, ajuste de interbloqueo y más.

Memoria de Datos Unidad

de Control

Dispositivos de Entrada

Memoria Programable

Dispositivos de Salida

Figura 1: Esquematización de un PLC Fuente: http://www.loboinstruments.com/ProgLogicSP.pdf

Los PLC’s tienen una unidad de programación; ésta puede ser un módulo especial, una PC conectada al PLC por la liga serial o ambas. La unidad de programación se utiliza para construir, examinar y editar la secuencia lógica que el PLC ejecutará. [2]

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Módulo de Programación

o PC

TEMPORIZADORES

Un temporizador es un dispositivo capaz de retardar una orden de salida (activación o desactivación) durante un tiempo, en respuesta a una señal de mando de entradas. En otras palabras puede decirse que, son funciones de programación que permiten el control de acciones específicas en función del tiempo. La cantidad de temporizadores que se podrá programar con el PLC dependerá de su tamaño. A continuación se hace referencia a tres funciones distintas de temporización [6]:

1. Temporizador de Impulso (T): la salida se mantiene activa mientras dure la señal de mando (entrada) hasta un cierto tiempo máximo denominado “tiempo de impulso”. (Figura 2 – A)

2. Temporizador con Retardo a la Conexión (TON): la salida se retarda (demora la subida de la salida) hasta que transcurra el tiempo de retardo. (Figura 2 – B)

3. Temporizador con Retardo a la Desconexión (TOFF): la salida conecta al mismo tiempo que se activa la entrada y se mantiene hasta un tiempo (tiempo de desconexión) de caer aquella. (Figura 2 – C)

Figura 2: Diagrama de 3 tipos de TemporizadoresFuente:http://electricidad.utpuebla.edu.mx/Manuales%20de%20asignatura/5to%20cuatrimestre/Control

%20logico%20programable.pdf

A modo de unidad básica se define o selecciona un determinado tiempo para las secuencias de los pulsos: en un milisegundo, una centésima de segundo, una décima de segundo, un segundo y un minuto.

CONTADORES

Un contador es utilizado para contar unidades o procesos, es decir, que son capaces de llevar el cómputo de las activaciones de sus entradas, por lo que resulta adecuado para memorizar sucesos que no tengan que ver con el tiempo pero que se necesite realizar un determinado número de veces.

La mayoría de los PLC cuentan con CTU y CTD, su función es similar excepto que uno contará hacia arriba y otro hacia abajo. Los contadores tienen un registro común en la cual almacena la cuenta del contador.

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En la mayoría de los PLC, los contadores son unidades electrónicas contenidas en la unidad central. Las tareas de conteo sencillo, así como también la programación de una temporización, pueden solucionarse actualmente con prácticamente cualquier PLC. Los contadores se rigen por las siguientes magnitudes [5]:

Valor efectivo : indica el estado momentáneo del contador.

Valor nominal: corresponde al número hasta el cual deberá contar.

Estado: del contador se constata sin importar si el contador ha alcanzado un número previamente definido o no. El estado también puede indicar si ha sido rebasado el valor nominal o si se ha rebasado el valor máximo permisible. [5]

MÓDULOS ESPECIALES

Es posible construir módulos especiales inteligentes a partir de un microprocesador. Para así disponer de módulos que aseguran de forma autónoma ciertas funciones. Estos realizan tareas complejas que no se pueden realizar a través de la CPU; estos t rabajan independientemente a la CPU, pero intercambian información de forma continua con ella. Hay distintos tipos de unidades especiales, siendo estas las siguientes [8]:

Unidades de Proceso de Regulación. Unidades de Control de Ejes. Unidades de Gestión de Datos. Unidades de comunicación.

Dentro de las unidades de proceso de regulación, podemos incluir las siguientes unidades:

− Unidades de E/S analógicas.− Unidades de control de temperatura.− Unidades de control de temperatura frío/calor.− Unidades de control PID.− Unidades de entrada de sensor de temperatura.− Unidades de lógica fuzzy.

Dentro de las unidades de control de ejes, podemos incluir las siguientes unidades:

− Unidades de contador de alta velocidad.− Unidades de control de posición.− Unidades motion control.− Unidades de levas.

Dentro de las unidades de gestión de datos, podemos incluir las siguientes unidades:

− Unidades ASCII− Unidades de Voz− Unidades de sensor ID

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Por último, dentro de las unidades de comunicación, podemos incluir las siguientes unidades:

− Tarjetas de comunicación serie.− Unidades Sysmac bus.− Unidades Compobus/D.− Unidades maestra de Compobus/S.− Unidad Ethernet.− Unidad controller link

USO DE MEMORIA

La memoria es el almacén donde el PLC guarda todo cuanto necesita para ejecutar la tarea de control. En general podemos dividir la demanda de memoria en dos grandes grupos:

Datos del proceso.

− Señales de planta, entradas y salidas.

− Variables internas, de bit y de palabra.

− Datos alfanuméricos y constantes.

Datos de control:

− Instrucciones de usuario (programa)

− Configuración Controlador Lógico Programable (modo de funcionamiento, número de e/s conectadas, entre otros.)

El funcionamiento del PLC se rige fundamentalmente por el uso de las memorias que lo integran, puesto que estas contienen la información necesaria para la operatividad, en el caso de la memoria ROM que representa la memoria de sólo lectura, esta puede ser leída pero no escrita, se utiliza para almacenar los programas permanentes que coordinan y administran los recursos del equipo y los datos necesarios para ejecutar la operación de un sistema basado en microprocesadores, esta memoria se mantiene aunque se apague el aparato. Por otro lado se encuentra la memoria RAM es de acceso aleatorio, a su vez puede ser leída y escrita según se desarrolle la aplicación, durante la ejecución del proceso se puede acceder en cualquier momento a cualquier posición de la memoria. Las memorias EPROM se utilizan para almacenar el programa de usuario, una vez que ha sido convenientemente depurada. Las memorias EEPROM se emplean principalmente para almacenar programas, aunque en la actualidad es cada vez más frecuente el uso de combinaciones RAM + EEPROM (NOVRAM), utilizando estas últimas como memorias de seguridad que salvan el contenido de las RAM. Una vez reanudada la alimentación, el contenido de la EEPROM se vuelca sobre la RAM. [4]

En la tabla siguiente se muestra un esquema de los tipos de memoria y la posible aplicación dentro de un PLC.

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Fuente: http://dsi.fceia.unr.edu.ar/downloads/digital_I/Apunte_PLC.pdf

MODOS DE TRABAJO

El modos de trabajo describe el estado del funcionamiento del PLC, cuando se refiere a Program se dice que el PLC está en reposo y puede recibir o enviar el programa a un periférico, cuando se especifica como Monitor ejecuta el programa que tiene en memoria, para el modo Run se ejecuta el programa que tiene en memoria permitiendo el cambio de valores en los registros del mismo. [7]

CICLOS DE FUNCIONAMIENTO

Los procesos que se ejecutan en un PLC se encuentran definidos por ciclos, que permiten especificar el patrón bajo el cual se realiza un proceso, con el fin de que se ejecute siempre de la misma manera, para no producir cambios que alteren el funcionamiento del PLC. Los Controladores lógicos programables son máquinas secuenciales que deben modelar sistemas que son, muchas veces, de evolución concurrente. Entonces, este ejecuta en forma correlativa las instrucciones que están indicadas en el programa de usuario almacenado en memoria (Ver Anexo 1). Es decir, que lee las entradas provenientes de la planta, ejecuta el programa con esos valores y genera las salidas o acciones que controlan la planta. Esta secuencia se ejecuta continuamente para conseguir el control actualizado del proceso. En términos generales, la secuencia de operación del PLC se puede dividir en tres fases principales: [6]

Lectura de señales desde la interfaz de entradas. Procesado del programa para la obtención de las señales de control. Escritura de señales en la interfaz de salidas.

Figura 3: Ciclo de funcionamiento de un PLCFuente: http://dsi.fceia.unr.edu.ar/downloads/digital_I/Apunte_PLC.pdf

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Leer las entradas digitales, al principio de cada ciclo se leen los valores actuales de las entradas digitales y las graba luego como “imagen de entradas”.

Ejecutar el programa de usuario, en esta fase, el CPU ejecuta el programa desde la primera instrucción hasta la última (END).

Peticiones de comunicación, durante esta fase del ciclo, el CPU procesa los mensajes que hubiera recibido por la interface de comunicación.

Autodiagnóstico, durante el autodiagnóstico se comprueba el firmware del CPU y la memoria del programa, así como el estado de los módulos de ampliación.

Escribir los valores de la imagen del proceso en las salidas digitales.

El tiempo total que el PLC emplea para ejecutar un ciclo de operación se denomina tiempo de ejecución de ciclo o más sencillamente tiempo de ciclo (scan time). Para un determinado PLC, el tiempo de ciclo depende de: a) el número de entradas/salidas afectadas, b) la longitud del programa usuario y c) el número y tipo de periféricos conectados al PLC. [6]

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DISCUSIÓN

Nos encontramos en una sociedad que mantiene la necesidad de revestir ciertas vicisitudes en cuanto a tecnología se refiere, tomando en cuenta primeramente a organizaciones que están al acecho de las incesantes y constantes actualizaciones del día a día, incluyendo con esto las modificaciones y mejoras en lo que respecta al control de los procesos industriales. En pro de mejorar el desarrollo de dichos procesos industriales se trata en lo posible de incrementar la unificación de novedosas tecnologías, para así lograr procesos más efectivos y que a su vez se vuelven más robustos.

Actualmente, la industria se ha visto perjudicada por el incremento de complicaciones en los métodos o procesos; es por esto que busca solventar esta situación optando por automatizar el máximo posible de los procedimientos, para conseguir dicha tarea ha nacido el dispositivo o máquina que integra la ejecución de gran parte de los procesos, el cual es conocido a nivel industrial por la capacidad de adaptación que posee gracias a sus variadas características. Es así como el Controlador Lógico Programable o PLC, es reconocido como uno de los instrumentos primordiales en el campo de la automatización.

El PLC, dota a la industria de poseer la virtud de disponer de una computadora de menor escala integrada a la ejecución de procesos industriales. Los PLC son empleados con el objetivo de respaldar el control de muchas labores o tareas, el sólo hecho de disponer de niveles de respuestas de tiempo real, suministran cualidades importantes para la automatización.

Los módulos funcionales de un PLC logran afianzar el control de las funciones que tendrá respecto a los procesos que va a realizar, esto es gracias a que cada uno de los módulos, posee labores diferentes que se enlazan entre sí, capaces de realizar las tareas de control. Del mismo modo, es importante resaltar que con la capacidad de comunicación que poseen los PLC con el exterior, se crea la oportunidad de respuestas óptimas a las situaciones que se presenten.

El desarrollo de los módulos especiales que afirmen las cualidades básicas del sistema obedecerá únicamente a la funcionalidad que se le quiera conceder al PLC. El diseño de módulos especiales contribuye con la adaptabilidad que tiene el PLC para ser incorporado en la automatización de procesos industriales, es aquí donde surgen algunas ventajas en cuanto a optimizar las actividades de control.

El PLC está compuesto lógicamente por comandos que han sido desarrollados con la finalidad de ejecutar procesos con la mayor exactitud y rapidez posible, y el hecho de contar con la asignación de parámetros para regularizar los tiempos de ejecución y el

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número de veces que debe ser realizado un proceso, aumenta la confianza y la seguridad de los procesos industriales, a tal punto que se observan mejores resultados en los niveles de producción.

Es conveniente resaltar que el control de procesos en la actualidad es el factor principal que interviene en los procesos productivos de la industria, y al PLC se le han creado principios de funcionamientos que destacan en las actividades de control. Es por esto, que resulta necesario determinar las condiciones bajo las cuales se desea adaptar el PLC para destacar la funcionabilidad que cumpla con las condiciones del sistema.

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CONCLUSIONES

Los módulos funcionales del PLC comprenden las propiedades en donde se realizan o ejecutan los procesos, del mismo modo, ayudan a asentar los parámetros de comportamiento del PLC. Estos módulos proporcionan el control de los procesos, y además contribuyen en el rendimiento en cuanto a los principios básicos para la integración de mecanismos mientras exista el entendimiento en las comunicaciones.

Tener conocimiento de las funcionalidades de los PLC’s aporta ventajas o atributos para de ésta forma lograr la automatización de los procesos industriales, puesto que es viable crear las condiciones de funcionamiento que normalicen el sistema. Las especificaciones de estos módulos centran las actividades para la verificación del sistema, de forma tal que se trate en lo posible de evitar fallas en los procesos de control.

El desarrollo funcional del sistema es ejecutado por el módulo o unidad lógica, ejecutando los programas precargados en la memoria, con el objetivo de demarcar por medio de los ciclos de ejecución las actividades que debe llevar a cabo el PLC, para ésta manera crear los lineamientos que condicionen el funcionamiento del PLC para lograr procesos automatizados.

En el ciclo de funcionamiento de los PLC o también llamado ciclo scan usualmente establecido en la actividad del PLC para definir y concretar el conducta estable del controlador, primero se lee todas y cada una de las entradas y se almacena el estado de cada una de ellas, luego se procede a ejecutar las operaciones del programa siguiendo el orden en que se han grabado, con el propósito de escribir la resultante de las operaciones en las salidas, una vez escritas todas las salidas (activando o desactivando las que el resultado de las operaciones así lo requieran) se devuelve al punto inicial si el sistema lo amerita.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Autómata programable. [Artículo en línea]. Consultado el 25 de abril de 2015: http://es.wikipedia.org/wiki/Aut%C3%B3mata_programable#Ciclo_de_funcionamiento

[2] Control Lógico Programable. [Documento en línea]. Consultado el 25 de abril de 2015 en: http://www.loboinstruments.com/ProgLogicSP.pdf

[3] Controladores Lógicos Programables. [Documento en línea]. Consultado el 24 de abril de 2015 en: http://automatica.mex.tl/imagesnew/5/0/1/4/2/Presentaci%C3%B3n%20P.L.C..pdf

[4] Elementos y Equipos Eléctricos. [Documento en línea]. Consultado el 25 de abril de 2015 en: http://www.efn.uncor.edu/departamentos/electrotecnia/cat/eye_archivos/apuntes/a_practico/CAP%209%20Pco.pdf

[5] García F. (2004). Control Lógico Programable. [Documento en línea]. Consultado el 24 de abril de 2015 en: http://electricidad.utpuebla.edu.mx/Manuales%20de%20asignatura/5to%20cuatrimestre/Control%20logico%20programable.pdf

[6] Introducción a los Controladores Lógicos Programables. [Documento en línea]. Consultado el 25 de abril de 2015 en: http://dsi.fceia.unr.edu.ar/downloads/digital_I/Apunte_PLC.pdf

[7] PLC. [Documento en línea]. Consultado el 25 de abril de 2015 en: http://www.unet.edu.ve/~nduran/Teoria_Instrucontrol/Introduccion_al_PLC.pdf

[8] Sin nombre. (Sin fecha). Curso de Autómata Programable CS1. [Documento en Línea]. Consultado el 26 de abril de 2015 en: http://www.sc.ehu.es/sbweb/webcentro/automatica/WebCS1/unidades_especiales1.htm

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ANEXOS

Figura 4: Diagrama del Ciclo de funcionamiento de un PLCFuente:http://www.efn.uncor.edu/departamentos/electrotecnia/cat/eye_archivos/apuntes/

a_practico/CAP%209%20Pco.pdf

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