Tipos de Entradas y Salidas Normalizadas_entregar.doc

Título: Entradas y Salidas Normalizadas

Alumno

Carrera

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David Adonis Arce Figueroa Carlos Alberto Bolaños Quintero Dayana Massiel Ney Varela Francisco Alexander olivas Ana del Rosario Silva Hernández

IMS IME IMS IMS IGI

Profesor: Ing. Ernesto R. Díaz O. Fecha y lugar de presentación: 04 de Octubre del 2017, ULSA, León, Nicaragua

Reporte de Instrumentación Industrial

Nº Carnet     

15-IMS-0909 14-IME-0000 15-IMS-0899 14-IMS-0722 15-IGI-0000

Tipos de entradas y salida normalizada.

Introducción Un controlador lógico programable, más conocido por sus siglas en inglés PLC (Programmable Logic Controller) o por autómata programable, es una computadora utilizada en la ingeniería automática o automatización industrial, para automatizar procesos electromecánicos, tales como el control de la maquinaria de la fábrica en líneas de montaje o atracciones mecánicas. Los PLC son utilizados en muchas industrias y máquinas. A diferencia de las computadoras de propósito general, el PLC está diseñado para múltiples señales de entrada y de salida, rangos de temperatura ampliados, inmunidad al ruido eléctrico y resistencia a la vibración y al impacto. Los programas para el control de funcionamiento de la máquina se suelen almacenar en baterías, copia de seguridad o en memorias no volátiles. Un PLC es un ejemplo de un sistema de tiempo real «duro», donde los resultados de salida deben ser producidos en respuesta a las condiciones de entrada dentro de un tiempo limitado, de lo contrario no producirá el resultado deseado. Estructura interna. Sus partes fundamentales son la unidad central de proceso o CPU, y las interfaces de entrada y salida. La CPU es el cerebro del PLC y está formado por el procesador y la memoria. El procesador se encarga de ejecutar el programa escrito por el usuario, que se encuentra almacenado en la memoria. Además el procesador se comunica con el exterior mediante sus puertos de comunicación y realiza funciones de autodiagnóstico. La interfaz de entrada se ocupa de adaptar las señales provenientes de los elementos captadores, tales como botoneras, llaves, límites de carrera etc a nivel que el CPU pueda interpretar como información. Por otra parte, cuando la CPU resuelve, a través de un programa interno, activa algún elemento de campo, la interfaz de salida es la encargada de administrar la potencia necesaria para comandar el actuador.

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Objetivos Objetivos Generales:  Conocer la importancia de las entradas y salidas del PLC.  Interpretar la estructura general y funcionamiento.

Objetivos Específicos:  Compartir los conocimientos aprendidos de la investigación realizada en la clase de plc.  Comprender los distintos tipos de entradas y salidas existentes para los plc.  Conocer los distintos tipos de normalización que existen para los plc según su principio de funcionamiento.

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Desarrollo La estructura básica de un PLC está compuesta por: • La CPU. • Las interfaces de entradas. • Las interfaces de salidas. Esta estructura se puede observar en la figura siguiente:

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Entradas y salidas Dispositivos de entrada Los dispositivos de entrada y salida son aquellos equipos que intercambian (o enví-an) señales con el PLC. Cada dispositivo de entrada es utilizado para conocer una condición particular de su entorno, como temperatura, presión, posición, entre otras. Entre estos dispositivos podemos encontrar:  Sensores inductivos magnéticos, termoresistencias, encorders, etc.

ópticos,

pulsadores,

termocuplas,

Dispositivos de salida Los dispositivos de salida son aquellos que responden a las señales que reciben del PLC, cambiando o modificando su entorno. Entre los dispositivos típicos de salida podemos hallar:  Contactores de motor  Electroválvulas  Indicadores luminosos o simples relés

Generalmente los dispositivos de entrada, los de salida y el microprocesador trabajan en diferentes niveles de tensión y corriente. En este caso las señales que entran y salen del PLC deben ser acondicionadas a las tensiones y corrientes que maneja el microprocesador, para que éste las pueda reconocer. Ésta es la tarea de las interfaces o módulos de entrada o salida. Las entradas se pueden clasificar en:  Entradas Digitales.  Entradas Analógicas.

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Tiempo de respuesta de la salida: al igual que en las entradas, se denomina tiempo de respuesta de la salida al tiempo que tarda una señal para pasar por todos los bloques.

Existen cuatro posibilidades para el circuito de conexión de una salida:  Salida a relé: Es una de las más usuales. Con ellos es posible conectar tanto cargas de corriente alterna como continua. Suelen soportar hasta 2A de corriente. Una buena práctica en la instalación es verificar que la corriente máxima que consume la carga esté dentro de las especificaciones de la salida del PLC. Los tiempos de conmutación de estos tipos de salidas llegan a los 10 mseg. tanto para la conexión como para la desconexión. Algunas cargas son muy problemáticas, por ejemplo las cargas inductivas, que tienen la tendencia a devolver corriente al circuito cuando son conectadas. Siendo la corriente estimada en unas 30 veces a la corriente de consumo nominal.

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Los relés son internos al PLC. El circuito típico es el que se muestra en la figura de arriba. Cuando el programa active una salida, el PLC aplicará internamente tensión a la bobina del relé. Esta tensión hará que se cierren los contactos de dicho relé. En ese momento una corriente externa pasará a través de esos contactos y así se alimentará la carga. Cuando el programa desactiva una salida, el PLC desactiva la bobina abriendo así los contactos.  Salidas a transistor: Sólo son capaces de operar con corriente continua, de baja potencia (hasta 0,5 A) Pero tienen tiempos de conmutación que rondan el milisegundo y una vida útil mucho mayor que la de los relés. En este tipo de salida el transistor es el encargado de conectar la carga externa cuando el programa lo indique.

 Salidas por TRIAC: Manejan corrientes alternas. Al igual que los transistores, por ser semiconductores tienen una vida útil mucho mayor que la del relé, que es un elemento electromecánico.

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 Salidas Analógicas: Los módulos de salida analógica permiten que el valor de una variable numérica interna del autómata se convierta en tensión o corriente.

El parámetro indicador que habitualmente define un PLC es la clasificación por cantidad de entradas y salidas (E/S), a pesar de su arbitrariedad. Los fabricantes ofrecen características tales como: la capacidad de memoria, operaciones aritméticas, en directa relación a la cantidad de entradas y salidas que el controlador puede manejar. Así, por ejemplo, suele haber una directa relación entre la clasificación de PLC como integrales, y los clasificados como micro PLC por la cantidad de E/S.

DEFINICIÓN IEC 61131 Un autómata programable es un sistema electrónico programable diseñado para ser usado en un entorno industrial, que utiliza una memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones orientadas al usuario, para implantar soluciones específicas tales como, funciones lógicas, secuencia, temporización recuentos y funciones aritméticas con el fin de controlar mediante entradas y salidas digitales y análogas diversos tipos de máquinas o procesos ESTRUCTURA BÁSICA.

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Interfaces de entrada y salida Las interfaces establecen la comunicación entre la unidad central y el proceso, filtrando, adaptando y codificando de forma comprensible para dicha unidad las señales procedentes de los elementos de entrada, y decodificando y amplificando las señales generadas durante la ejecución del programa antes de enviarlas a los elementos de salida  Importancia: 1. Conexión directa a sensores y actuadores del proceso o 90% fallas en circuitos E/S  Clasificación por tipo de señales: 1. Digitales de 1 bit: lógicas o binarias. 2. Digitales de varios bits: palabras.

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Entradas salidas digitales  Distinción entre otros sistemas de control (robótica, máquinas herramientas, etc)  Entradas (todo-nada) proceden de contactos electromecánicos  Salidas a la alimentación de bobinas de relés  Alimentación externa 24 a 220 Vac o 24 a 110 Vcc  Alimentación interna 5Vcc  Interfaz: adapta niveles de tensión y aísla galvánicamente (inmunidad al ruido y robustez contra sobretensiones)  Fuentes de alimentación distintas (provistas por el plc o no)

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Entradas lógicas Clasificación: Corriente continua: 12, 24, 50 Vcc • Según polaridad conectada al común:  PNP: común al negativo  NPN: común al positivo Corriente alterna/contínua: 24, 48, 110 y 220 Vac Con/sin aislamiento galvánico Margen de ruido:  Rango de valores de la señal dentro los cuales se lee inequívocamente como “1” o como “0”  Margen de ruido estático (T>Tpo. rta. interfaz)  Margen de ruido dinámico (señales transitorias)

o

(

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Entradas de CC PNP (lógica positiva)

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Común de campo (positivo) Común de interfaz (negativo) Diodo LED Filtro RC (1 a 10 ms) Multiplexor de conexión al bus Detectores de proximidad (PNP) Producto corriente de fuga × ZIN ≤ Margen ruido “0”

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Entradas de CC NPN (lógica negativa) 1. Comun de campo (negativo) 2. Comun de interfaz (positivo) 3. Detectores de proximidad(NPN)

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Entradas de CA/CC

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Tensiones normalizadas 24, 48, 110-125, 220-250 Vac Rectificación y filtro (10 a 20 ms) Terminal común Alimentación de red o transformador (opción segura)

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Salidas lógicas ƒ  Clasificación: 1. Estáticas (conmutación a semiconductor) 2. Corriente continua (transistor open colector)  PNP  NPN  Corriente alterna (triac)  Por relé o CC y CA  Uso difundido

Salidas de CC PNP, sin aislación

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 Lógica positiva (“1” => tensión positiva respecto del común)  Común de cargas (negativo)  Dos comunes de interfaz (negativo y positivo)  Negativo de campo = Negativo CPU Características: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Mayor velocidad de respuesta Menor desgaste Protección contra corto circuitos Mayor sensibilidad a picos de corriente Menor capacidad de corriente Requieren una fuente de calidad Mayor caída en conducción (vs contacto relé) Corriente de fuga

Salidas de CC PNP, con aislación

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Salidas de CC NPN, con aislación

 Lógica negativa (“1” => tensión negativa respecto del común)  Común de cargas (positivo)  Dos comunes de interfaz (negativo y positivo) Salidas por relé  Salidas los contactos del relé  Un contacto NA o MOV y RC para evitar perturbaciones sobre lógica

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Salidas estáticas de CA  Características (simil relés vs transistores).

Entradas/Salidas analógicas  Módulos de ampliación (compactos) o tarjetas analógicas  Instrucciones específicas: comparación, cálculos aritméticos y hasta algoritmos de regulación (PID)  Variables analógicas se codifican en binario o BCD  Resumen del proceso en la Fig.

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INTERFACES PARA ENTRADAS ANALOGICAS

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Un conversor A/D con entradas multiplexadas Señales normalizadas 4 a 20 mA o de 0 a 10 V Tarjetas específicas (Termopares, encoders) Ajuste de ganancia (opcional) Multiplexer analógico

Parámetros principales:      

Márgenes de corrientes y/o tensión de entrada o Impedancia de entrada Nivel de aislamiento Resolución (número de bits) Tipo de conversión o Polaridad de la señal de entrada Tiempo de adquisición del dato Precisión o margen de error

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INTERFACES PARA SALIDAS ANALOGICAS

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Un conversor D/A por canal Señales normalizadas 4 a 20 mA o de 0 a 10 V Amplificador de aislamiento (opcional) Señales seleccionables (opcional) Contador bidireccional autónomo para prueba (opcional)

Parámetros principales:       

Márgenes de corrientes y/o tensión de entrada Impedancia de salida Protección contra corto circuitos Nivel de aislamiento Resolución (número de bits) Polaridad de la señal de salida Precisión o margen de error

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Conclusiones Esperamos haber construido una herramienta que les permita apropiarse significativamente del nuevo saber. Hemos concluido que los dispositivos de entrada, los de salida y el microprocesador trabajan en diferentes niveles de tensión y corrientes. En este caso las señales de entradas salen del PLC deben ser acondicionadas a las tensiones y corrientes que maneja el microprocesador, para que este las pueda reconocer. Siendo así la tarea de las interfaces o módulos de entradas o salida.

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