Teoría de los plc
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Descripción: Qué es un PLC, Historia, Componentes, etc....
Description
16/06/2011
CONTROLES LOGICOS PROGRAMABLES (PLC)
Cátedra: Control de Procesos Facultad de Ingeniería Universidad Nacional de Entre Ríos
Definición:
Aparato digital con memoria programable para el almacenamiento de instrucciones. Permitie la implementación de funciones específicas como: lógica, secuencias, temporizado, conteo y aritmética (Autómatas). El objetivo es controlar máquinas y procesos
PLC:
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Sistemas con PLC Información del proceso Sensores
Proceso a controlar
Automatismo
Trabajo
Actuadores Ordenes de acción
Aplicaciones
Aplicaciones
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Aplicaciones
Ventajas •
Menor tiempo de elaboración de proyectos y puesta en funcionamiento de plantas.
•
Mínimo espacio.
•
Desarrollado con componentes de estado sólido (microprocesadores o microcontroladores) y memorias programables.
•
Mantenimiento económico.
•
Estructuras modulares.
Ventajas •
Posibilidad de gobernar varias máquinas con el mismo autómata.
•
Bajo índice de fallas
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Vista Externa de un PLC
Arquitectura Interna
Arquitectura Interna Señales desde el campo Módulo de entradas
Bus de Datos
Memoria
Unidad Central de Proceso C.P.U.
Fuente de Alimentación
Módulo de Salidas
Señales hacia el campo
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Arquitectura Interna Î
Î
C.P.U.: la unidad central de procesamiento es la encargada de la ejecución del programa realizado por el usuario. Relaciona las salidas en función del estado de las entradas, de manera de lograr el control de un determinado proceso Entradas: el módulo de entradas es el vínculo del PLC con los elementos distribuidos en el campo (sensores, llaves, pulsadores, etc.), encargados de recoger información sobre el estado actual del proceso. Tipos: discretas, analógicas, especiales, inteligentes.
Estructura Interna Î
Salidas: este módulo es el encargado de establecer el vínculo entre el PLC y los actuadores afectados al proceso. EL mismo toma los resultados provenientes de la CPU y los adapta a niveles eléctricos apropiados para que puedan ser utilizados por los actuadores. Tipos: discretas, analógicas, especiales, inteligentes.
Î
Memorias: es la encargada de almacenar el sistema operativo, programas de aplicación, resultados intermedios y finales procesados por la CPU, así como también el estado de las entradas y salidas (tabla de estado de E/S) en forma temporal o permanente. Tipos: RAM, ROM, EPROM, EEPROM y FLASH.
MEMORIAS: Tipos y Aplicaciones
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Ciclo de Funcionamiento del PLC: Consulta estado ENTRADAS Ejecuta programa de aplicación
Atiende comunicaciones con módulos inteligentes
Atiende comunicaciones con puertos del CPU Ejecuta Autodiagnóstico Actualiza SALIDAS
Ejemplo:
Encendido y Apagado de una lámpara a través del PLC
Clasificación de los PLC’s Si deseamos establecer una clasificación de PLC’s, podemos considerar distintos aspectos: Por su Construcción Integral o micro PLC. Modular. Por su Capacidad Nivel 1: Control de variables discretas y pocas analógicas, operaciones aritméticas y capacidad de comunicación elementales.
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Clasificación de los PLC’s Nivel 2: Control de variables discretas y analógicas. Funciones como raíz cuadrada, logaritmo, antilogaritmo, aritmética de doble precisión y de punto flotante, funciones trigonométricas, diferenciación e integración, lazos PID. E/S inteligentes. Conexión en red. Gran capacidad de manejo de datos analógicos y discretos. Por Cantidad de E/S Micro PLC (hasta 64 E/S). PLC pequeño (65 a 255 E/S). PLC mediano (256 a 1023 E/S). PLC grande (más de 1024 E/S).
Para elegir un PLC….considerar:
Tipo y velocidad del procesador Cantidad y tipo de memoria Tipos y cantidad de entradas y salidas Modularidad de las entradas/salidas Entradas Especiales Temporizadores/contadores Tipo de Interfaz de programación Lenguaje de programación Recursos de comunicaciones Protección de propiedad intelectual y seguridad
Medios de Programación Unidad
de programación: suele ser en forma de calculadora. Es la forma más simple de programar el autómata, y se suele reservar para pequeñas modificaciones del programa o la lectura de datos en el lugar de colocación del autómata. Consola de
programación: es un terminal a modo de computadora portátil que proporciona una forma cómoda de realizar el programa de usuario y observar parámetros internos del PLC. PC:
es el modo más potente y empleado en la actualidad. La comunicación se establece a través de uno de sus puertos series o USB.
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Estándar IEC 1131-3 (Comisión Electrotécnica Internacional)
Estándar IEC 1131-3 Lenguajes de Programación Lenguajes Gráficos: -Diagrama de contactos (LD). - Funciones de Diagramas de Bloques (FBD). -Diagrama Funcional de Secuencias (SFC). Lenguajes Literales: - Lista de instrucciones (IL o LI). - Texto estructurado (ST).
Lenguajes de Programación: Diagrama de Contactos
El diagrama de contactos (ladder diagram o LD) es un lenguaje que utiliza un juego estandarizado de símbolos de programación. Los símbolos pueden ser: •Contactos y Bobinas. •Temporizadores (TIM) •Contadores (CNT) •Comparadores (CMP) •Bloques de operaciones aritméticas •Bloque de manejo de datos
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Diagrama de Contactos
Contactos y Bobinas Tipo de Bobina
Visualización
Normalmente abierta Inversa Transición Positiva Transición Negativa Set
Reset
¿Corriente a la Resultado bobina? Si Referencia ON No Referencia OFF Si Referencia OFF No Referencia ON Ref. ON durante un No → Si barrido Ref. OFF durante Si → No un barrido Si Ref. ON hasta que se apague con “R” No Sigue igual Si Ref. OFF hasta que se active con “S” No Sigue igual
Contactos y Bobinas Son contactos normalmente normalmente cerrados (NC) %I1.2
abiertos
%I1.4
(NA)
o
%Q2.5
Flujo Imaginario de corriente INICIO
SALIDA
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Contactos y Bobinas
Temporizadores El temporizador es un elemento de programa cuya función es acumular tiempo cuando sus condiciones de entrada cumplen con ciertos requisitos. El valor de tiempo acumulado es almacenado en un registro interno del controlador
Temporizadores
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Temporizadores %TM1
%I1.2
IN
TM
Q
Mode:TON TB: 1mn %Q2.5
%TM1
INICIO
SALIDA EJEMPLO
Temporizadores
Temporizadores
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Contador creciente
Elemento de programa que cuenta eventos cada vez que sus condiciones de entrada cumplan ciertos requisitos. El número de eventos contados es almacenado en un registro interno del controlador. Una vez que el valor almacenado (eventos contados) llegue a un valor determinado (eventos de preset), las condiciones de salidas del contador cambian, las cuales pueden ser usadas por el usuario para producir por ejemplo: alarmas, detener máquinas, etc.
Contadores
Contadores %I1.2
CU
CNT
F
%C1
%Q2.6
%C1
INICIO
SALIDA EJEMPLO
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Contadores
Listado de Instrucciones (IL o LI)
La lista de instrucciones (IL o LI) es un lenguaje de bajo nivel, similar al lenguaje ensamblador. Con IL solo una operación es permitida por línea. Este lenguaje es adecuado para pequeñas aplicaciones y para optimizar partes de una aplicación.
Listado de Instrucciones (IL o LI)
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Ejemplo %I1.2
%I1.3
%I1.4
%I1.1
%Q2.1 %I1.6 %Q2.2
%I1.5 %I1.7
%I1.8
%I1.9
%Q2.3
%I1.10 SALIDA
INICIO
LD %I1.2 OR %I1.1 OR %I1.5 AND %I1.3 AND %I1.4 OUT %Q2.1 LD %I1.7 OR %I1.10 AND %I1.8 AND %I1.9 OUT %Q2.3
Ejemplo (continuación...) LD %I1.5 OR %I1.1 OR %I1.5 AND %I1.3 AND %I1.4 OUT %Q2.1 LD %I1.7 OR %I1.10 AND %I1.8 AND %I1.9 OUT %Q2.3
Lenguajes de Programación Texto Estructurado
El texto estructurado (ST) es un lenguaje de alto nivel que posee una sintaxis parecida al PASCAL o al C++ C:= A AND NOT B Se utiliza en aplicaciones requieran muchas operaciones
complejas
que
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Lenguajes de Programación El diagrama funcional de secuencias (SFC) es un lenguaje gráfico que proporciona una representación en forma de diagrama de flujo. Los elementos básicos son pasos y transiciones. El funciones de diagramas de bloque (FBD) es un lenguaje gráfico que permite programar elementos que aparecen como bloques para ser cableados entre si de forma análoga al esquema de un circuito.
Lenguajes de Programación Según IEC 1131-3
Para Profundizar en el tema… Conexiones en RED y comunicaciones industriales para uno o varios PLC SCADA Confiabilidad y seguridad de los sistemas electrónicos de control con PLC
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FIN
Las Entradas: A las entradas se conectan sensores (digitales/discretos o analógicos) Pulsadores Llaves Termostatos Presostatos Límites de carrera Sensores de Proximidad Otros elementos que generan señales binarias (ON-OFF)
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Entradas Digitales: Î
Discretas: solo pueden tomar dos estados: “on/off”
Î
Los modulos pueden venir para 24VCC/ 24VCA /TTL/110 VCA/220 VCA.
Î
Características Técnicas a tener en cuenta: número de entradas, cantidad de comunes, rango de tensión y corriente, tipo de alimentación, tensiones on/off, corriente máxima, tiempo on-off y tiempo off-on, impedancia de entrada.
Entradas Digitales: Î
La estructura general de un módulo de Entradas es: Rectificador
Acondicionador de Señal
Indicador de estado
Aislación Lógica y comunicación Bus de datos principal
Entradas Analógicas Î
Las señales analógicas son corrientes o tensiones dentro de los rangos admitidos por el módulo.
Î
Pueden ingresar al módulo directamente del sistema cuando son eléctricas o caso contrario de utiliza transductor (Ej: presion-->tensión).
Î
Los modulos pueden venir para rangos de 4-20 mA, 0-10V, -5/5 V, 1-5V.
Î
Características Técnicas a tener en cuenta: cantidad de bits del conversor A/D, cantidad de canales (de 2 a 16), rango de tensión y corriente de entradas, impedancia de entrada y tiempo de conversión.
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Entradas Analógicas: Î
La estructura general de un módulo de Entradas es: Señales desde el sistema externo
Protección y Filtro Multiplexor Conversor A/D Aislación
Señales al Bus del PLC
Buffer
Las Salidas Interfases o adaptadores de Salida que comandan dispositivos de campo. Pueden ser analógicas o digitales/discretas Las salidas comandan distintos equipos, por ejemplo: Lámparas. Sirenas y Bocinas. Contactores de mando de Motores. Válvulas Solenoide. Otros elementos comandados por señales binarias.
Salidas Digitales: Î
Tipos: por Transistor o Relé:
Salida a Transistor
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Salidas Digitales:
Salida a Relé
Salidas Digitales: Î Es
importante considerar los tiempo de conexión desconexión de los dispositivos de salida (circuito de conexión).
Î Características
Técnicas a tener en cuenta: tipo de salida (Ej colector abierto NPN, etc.), número de salidas, cantidad de comunes, rango de tensión - corriente de salida, tipo de alimentación, corriente máxima resistiva por común, tiempo on-off y tiempo off-on.
Salidas Digitales: Î
La estructura general de un módulo de Salidas es: Desde el Bus de Datos PLC
Aislación
Indicador de estado
Hacia el sistema (lámparas, solenoides, etc.)
Circuito de conexión (Relé, transistor, etc.) Protección
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Salidas Analógicas Î
Las señales analógicas de salida son corrientes o tensiones dentro de los rangos admitidos por el módulo.
Î
Los modulos pueden venir para rangos de 0-20 mA, 0-10V.
Î
Características Técnicas a tener en cuenta: cantidad de bits del conversor D/A, cantidad de canales , rango de tensión y corriente de salidas, tiempo de conversión.
Salidas Analógicas: Î
La estructura general de un módulo de Salida es: Señales desde el PLC
Buffer
Aislación Multiplexado Conversor D/A
Señales al Sistema
Protección
Entradas / Salidas Especiales
Dentro del sistema de E/S de un PLC se pueden instalar módulos dedicados a tareas especiales que no pueden ser resueltas eficientemente por la CPU.
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Entradas / Salidas Especiales • Entradas de termocuplas: incluye un microprocesador para linealización de la señal de entrada, y una junta fría para compensación. • Entradas de RTD: Incluye un microprocesador para linealización de la entrada.
Entradas / Salidas Especiales • Entrada de pulsos de alta velocidad: El tiempo que le insume a la CPU resolver el programa del usuario hace que ésta no pueda leer pulsos de alta velocidad. Estos módulos poseen un procesador dedicado a esta función y pueden dar señales al campo y a la CPU al alcanzar valores prefijados.
Módulos Inteligentes Con el objeto de descargar a la CPU de tareas que le insumen un tiempo que no es aceptable, o para las que ésta no está preparada, se dispone de módulos inteligentes. Algunos de estos módulos cuentan con sus propias E/S, mientras que otros aprovechan la estructura de E/S que ofrece el PLC.
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Módulos Inteligentes
Los módulos inteligentes poseen un procesador propio que funciona en forma asincrónica con el de la CPU. Ambos procesadores intercambian datos a través de la capacidad del módulo inteligente de leer y escribir ciertas posiciones de la memoria de la CPU principal.
Módulos Inteligentes Algunos de estos módulos inteligentes son: Módulo BASIC: Programable en lenguaje BASIC, posee uno o varios puertos de comunicación RS-232 ó RS-422. Módulo PID: Este módulo resuelve uno o varios lazos PID en forma separada de la CPU principal. La configuración de los lazos se efectúa desde la CPU principal o directamente a través de un puerto RS-232 ó RS.422 que el módulo posee.
Módulos Inteligentes
Módulo ASCII: Almacenan mensajes que pueden emitirse a través de sus puertos de comunicaciones por orden del programa de la CPU principal. Módulo de posicionamiento: Es una combinación de un módulo contador de alta velocidad con salida para motores. Se utilizan para resolver lazos de posicionamiento en aplicaciones de control numérico o robótica.
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Módulos Inteligentes
Módulo computador integrado: Son verdaderas computadoras, con teclado, pantalla, impresoras, conexión en red y almacenamiento masivo (ya sea en los clásicos discos rígidos o en disco RAM que emulan un disco rígido utilizando memoria RAM). Módulos de comunicación: Son módulos inteligentes especialmente dedicados a tareas de comunicación.
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