Controladores LógicosProgramables Unidad I 0 1. AUTOMATIZACIÓN La automatización es un sistema donde se trasfieren tareas de producción, realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnológicos. Un sistema automatizado consta de dos partes principales: Parte de Mando Parte Operativa PARTE OPERATIVA Es la parte que actúa directamente sobre la máquina. Son los elementos que hacen que la máquina se mueva y realice la operación deseada. Los elementos que forman la parte operativa son los accionadores de las máquinas como motores, cilindros, compresores y los captadores como fotodiodos, finales de carrera. DETECTORES Y CAPTADORES Como las personas necesitan de los sentidos para percibir, lo que ocurre en su entorno, los sistemas automatizados precisan de los transductores para adquirir información de: La variación de ciertas magnitudes físicas del sistema. El estado físico de sus componentes Los dispositivos encargados de convertir las magnitudes físicas en magnitudes eléctricas se denominan transductores. Los transductores se pueden clasificar en función del tipo de señal que transmiten en: Transductores todo o nada: Suministran uña señal binaria claramente diferenciados. Los finales de carrera son transductores de este tipo. Transductores numéricos: Transmiten valores numéricos en forma de combinaciones binarias. Los encoders son transductores de este tipo. Transductores analógicos: Suministran una señal continua que es fiel reflejo de la variación de la magnitud física medida. Algunos de los transductores más utilizados son: Final de carrera, fotocélulas, pulsadores, encoders, etc. ACCIONADORES Y PREACCIONADORES El accionador es el elemento final de control que, en respuesta a la señal de mando que recibe, actúa sobre la variable o elemento final del proceso. Un accionador transforma la energía de salida del automatismo en otra útil para el entorno industrial de trabajo. Los accionadores pueden ser clasificados en eléctricos, neumáticos e hidráulicos. Los accionadores más utilizados en la industria son: Cilindros, motores de corriente alterna, motores de corriente continua, etc. Los accionadores son gobernados por la parte de mando, sin embargo, pueden estar bajo el control directo de la misma o bien requerir algún preaccionamiento para amplificar la señal de mando. Esta preamplificación se traduce en establecer o interrumpir la circulación de energía desde la fuente al accionador. 1 Los preaccionadores disponen de: Parte de mando o de control que se encarga de conmutar la conexión eléctrica, hidráulica o neumática entre los cables o conductores del circuito de potencia. PARTE DE MANDO Suele ser un autómata programable (tecnología programada), aunque hasta hace bien poco se utilizaban relés electromagnéticos, tarjetas electrónicas o módulos lógicos neumáticos (tecnología cableada). En un sistema de fabricación automatizado el autómata programable esta en el centro del sistema. Este debe ser capaz de comunicarse con todos los constituyentes de sistema automatizado. TECNOLOGÍAS CABLEADAS Con este tipo de tecnología, el automatismo se realiza interconectando los distintos elementos que lo integran. Su funcionamiento es establecido por los elementos que lo componen y por la forma de conectarlos. Esta fue la primera solución que se utilizó para crear autómatas industriales, pero presenta varios inconvenientes. Los dispositivos que se utilizan en las tecnologías cableadas para la realización del automatismo son: Relés electromagnéticos Módulos lógicos neumáticos. Tarjetas electrónicas. TECNOLOGÍAS PROGRAMADAS Los avances en el campo de los microprocesadores de los últimos años han favorecido la generalización de las tecnologías programadas. En la realización de automatismos. Los equipos realizados para este fin son: Los ordenadores. Los autómatas programables. El ordenador, como parte de mando de un automatismo presenta la ventaja de ser altamente flexible a modificaciones de proceso. Pero, al mismo tiempo, y debido a su diseño no específico para su entorno industrial, resulta un elemento frágil para trabajar en entornos de líneas de producción. Un autómata programable industrial es un elemento robusto diseñado especialmente para trabajar en ambientes de talleres, con casi todos los elementos del ordenador. Comparación de características entre sistemas cableados y sistemas programables CARACTERÍSTICAS Flexibilidad de adaptación al proceso Hardware estándar para distintas aplicaciones Posibilidades de ampliación Interconexiones y cableado exterior SISTEMA DE CABLEADO Baja No Bajas Mucho AUTOMATA PROGRAMABLE Alta Si Altas Poco 2 Tiempo de desarrollo del proyecto Posibilidades de modificación Mantenimiento Herramienta para prueba Stocks de mantenimiento Modificaciones sin parar el proceso (on line) Coste para pequeñas series Estructuración en bloques independientes Largo Difícil Difícil No Medios No Alto Difícil Corto Fácil Fácil Si Bajos Si Bajo Fácil OBJETIVOS DE LA AUTOMATIZACIÓN Mejorar la productividad de la empresa, reduciendo los costos de la producción y mejorando la calidad de la misma. Mejorar las condiciones de trabajo del personal, suprimiendo los trabajos penosos e incrementando la seguridad. Realizar las operaciones imposibles de controlar intelectual o manualmente. Mejorar la disponibilidad de los productos, pudiendo proveer las cantidades necesarias en el momento preciso. Simplificar el mantenimiento de forma que el operario no requiera grandes conocimientos para la manipulación del proceso productivo. Integrar la gestión y producción. LOS SISTEMAS DE CONTROL Un sistema de control es el conjunto de dispositivos electrónicos necesarios para controlar un proceso específico. Un sistema de control puede incluir desde un ordenador central de control hasta los elementos que suministran las entradas y ejecutan las salidas: los interruptores, motores paso a paso, solenoides y sensores, pasando por los autómatas programables y posibles redes de conexión. Un sistema de control puede integrar aplicaciones de gran escala donde diferentes modelos de autómatas están conectados entre sí o aplicaciones tan simples como un autómata controlando un solo dispositivo de salida. El autómata es el dispositivo del sistema de control que controla directamente el proceso de fabricación. De acuerdo con el programa almacenado en memoria, el autómata recibe los datos de los dispositivos de entrada conectados a el, utiliza estos datos para monitorizar el sistema controlado. 3 Cuando el programa ordena tomar alguna acción, el autómata envía las señales correspondientes a los dispositivos de actuación conectados a sus salidas. El autómata se puede utilizar para controlar un proceso simple, repetitivo o puede conectarse a otros autómatas o a un ordenador para integrar el control de un sistema complejo. Los autómatas reciben las señales de entrada y generan las señales de salida. Al detectarse cambio en las señales, el autómata reacciona, según el programa grabado por el usuario, para producir las señales de salida. El autómata ejecuta continuamente el programa para conseguir este control. Se ha de diseñar un programa para la aplicación concreta y almacenarlo en la memoria del autómata. Este programa se ejecutará como parte del ciclo de operaciones internas del autómata. El siguiente ejemplo de un automatismo en lógica cableada: Motor B, bajada y subida, contactores K3 y K4. Motor A, rotación de broca, derecha e izquierda, contactores K1 y K2. Finales de Carrera FC1 y FC2. Pulsadores de marcha y paro. 4 El circuito de lazo cerrado es el siguiente: FASES DE ESTUDIO EN LA ELABORACIÓN DE UN AUTOMATISMO Para el desarrollo y elaboración correcta de un automatismo, por el técnico o equipo en cargado de ello, es necesario conocer previamente los datos siguientes: a. Las especificaciones técnicas del sistema o proceso a automatizar y su correcta interpretación. b. La parte económica asignada para no caer en el error de elaborar una buena opción desde el punto de vista técnico, pero inviable económicamente. c. Los materiales, aparatos, etc.., existentes en el mercado que se van a utilizar para diseñar el automatismo. En esté apartado es importante conocer también: Calidad de la información técnica de los equipos. Disponibilidad y rapidez en cuanto a recambios y asistencia técnica. El organigrama representa el procedimiento general o fases más utilizadas para el estudio de los automatismos. A continuación se va a estudiar cada uno de los apartados descritos: a. Estudio previo. Es importante antes de acometer cualquier estudio medianamente serio de un automatismo el conocer con el mayor detalle posible las características, el funcionamiento, las distintas funciones, etc., de la máquina o proceso a automatizar; esto lo obtenemos de las especificaciones funcionales, ésta es la base mínima a partir de la cual podremos iniciar el siguiente paso, es decir, estudiar cuáles son los elementos más idóneos para la construcción del automatismo. 5 b. Estudio técnico-económico. Es la parte técnica de especificaciones del automatismo: relación de materiales, aparatos, su adaptación al sistema y al entorno en el que se haya inscrito, etc. También aquí se ha de valorar la parte operativa del comportamiento del automatismo en todos sus aspectos, como mantenimiento, fiabilidad, etcétera. Es obvio que la valoración económica, que será función directa de las prestaciones del mismo, ha de quedar incluida en esta parte del estudio. c. Decisión final. Las dos posibilidades u opciones tecnológicas generales posibles: lógica cableada y lógica programada. Con esta información y previa elaboración de los parámetros que se consideren necesarios tener en cuenta, se procede al análisis del problema. 1.1 GENERALIDADES DE LOS PLCs El término PLC de amplia difusión en el medio significa en inglés, Controlador Lógico Programable. Originalmente se denominaban PCs (Programmable Controllers), pero, con la llegada de las IBM PCs, para evitar confusión, se emplearon definitivamente las siglas PLC. En Europa, el mismo concepto es llamado Autómata Programable. La definición más apropiada es: Sistema Industrial de Control Automático que trabaja bajo una secuencia almacenada en memoria, de instrucciones lógicas. Es un sistema porque contiene todo lo necesario para operar, e industrial por tener todos los registros necesarios para operar en los ambientes hostiles encontrados en la industria. 6 Un autómata programable industrial (API) o Programable Logic Controller (PLC), es un equipo electrónico, programable en lenguaje no informático, diseñado para controlar en tiempo real y en ambiente de tipo industrial, procesos secuénciales. Un PLC trabaja en base a la información recibida por los captadores y el programa lógico interno, actuando sobre los accionadores de la instalación. Esta familia de aparatos se distingue de otros controladores automáticos en que puede ser programado para controlar cualquier tipo de máquina, a diferencia de otros muchos que, solamente pueden controlar un tipo específico de aparato. Un programador o Control de Flama de una caldera, es un ejemplo de estos últimos. Además de poder ser programados, se insiste en el término "Control Automático", que corresponde solamente a los aparatos que comparan ciertas señales provenientes de la máquina controlada de acuerdo con algunas reglas programadas con anterioridad para emitir señales de control para mantener la operación estable de dicha máquina. Las instrucciones almacenadas en memoria permiten modificaciones así como su monitoreo externo. NEMA define el PLC como un aparato digital electrónico con una memoria programable para el almacenamiento de instrucciones que implementan funciones específicas tales como secuénciales, lógicas, de tiempo, de conteo, para controlar máquinas y procesos. Aunque la arquitectura de un PLC es básicamente la misma de una computadora de propósitos generales, hay algunas características que los distinguen: El PLC está diseñado para trabajar en un ambiente industrial con una cantidad sustancial de ruido eléctrico, interferencia electromagnética, vibración, altas temperaturas, etc. En el PLC el hardware y el software son diseñados para que sean fáciles de utilizar por técnicos y electricistas. Su estructura con frecuencia modular, hace que el mantenimiento y las reparaciones sean sencillas. Las computadoras son complejas máquinas de cómputo, capaces de ejecutar diferentes programas o tareas simultáneamente y en cualquier orden, el PLC ejecuta su programa sencillo en forma ordenada y secuencial. El PLC posee todas las ventajas de los sistemas programables entre las que podemos puntualizar: 7 Control flexible. La eliminación de controles alambrados es el primer paso para ganar flexibilidad. A manera de ejemplo consideremos el control de un solenoide por medio de dos interruptores conectados en serie. Cambiar la operación del solenoide colocando los dos interruptores en paralelo o combinándolos con un tercero podría tomar menos de un minuto en un PLC, lo cual se podría realizar en la mayoría de los casos sin desenergizar o parar el sistema. El mismo cambio en el sistema alambrado podría haber tomado de 30 a 60 minutos, lo que podría ser traducido en considerables pérdidas de producción. Fácil instalación. Los mismos atributos del PLC hacen de cada instalación una operación sencilla y hasta cierto punto rutinaria. Su relativo pequeño tamaño permite al PLC ser ubicado usualmente en menos de la mitad del espacio requerido por un panel basado en relés. Mantenimiento. Desde el inicio, los PLC han sido diseñados teniendo en mente la facilidad del mantenimiento. Con todos los componentes virtualmente de estado sólido, el mantenimiento se reduce a cambios de algún módulo o de algunos componentes alojados en base. Campos de aplicación. Se pueden utilizar los PLC en virtualmente todas las áreas de la industria: plantas de papel, industria de alimentos, industrias químicas, petroquímicas, automotrices, generadoras de energía, etc. El uso de los PLC está limitado solo por la imaginación. Algunos de los inconvenientes más mencionados podemos destacar: Hace falta un programador, lo que obliga a adiestrar a uno de los técnicos en tal sentido, pero hoy en día ese inconveniente está solucionado porque las universidades ya se encargan de dicho adiestramiento. El costo inicial también puede ser un inconveniente. HISTORIA DE LOS PLCs Hasta no hace mucho tiempo, el control de procesos industriales se venía haciendo de forma “cableada” por medio de contactores y relés. Al operario que se encontraba a cargo de este tipo de instalaciones, se le exigía tener altos conocimientos técnicos para poder realizarlas y posteriormente mantenerlas. Además cualquier variación en el proceso suponía modificar físicamente gran parte de las conexiones de los montajes, siendo necesario para ello un gran esfuerzo técnico y un mayor desembolso. En 1969 la División Hydramatic de la General Motors instaló el primer PLC para reemplazar los sistemas inflexibles alambrados usados entonces en sus líneas de producción. Ya en 1971, los PLCs se extendían a otras industrias y, en los ochentas, ya los componentes electrónicos permitieron un conjunto de operaciones en 16 bits,- comparados con los 4 de los 70s -, en un pequeño volumen, lo que los popularizó en todo el mundo. En los primeros años de los noventas, aparecieron los microprocesadores de 32 bits con posibilidad de operaciones matemáticas complejas, y de comunicaciones entre PLCs de diferentes marcas y PCs, los que 8 abrieron la posibilidad de fábricas completamente automatizadas y con comunicación a la Gerencia en "tiempo real". En la actualidad no se puede entender un proceso complejo de alto nivel desarrollado por técnicas “cableadas”. El ordenador y los autómatas programables han intervenido de forma considerable para que este tipo de instalaciones se haya visto sustituidas por otras formas programadas de control. El Autómata Programable Industrial (API) nació como solución al control de circuitos complejos de automatización. Por lo tanto se puede decir que un API no es más que un aparato electrónico que sustituye los circuitos auxiliares o de mando de los sistemas automáticos. A él se conectan los captadores (finales de carrera, pulsadores, etc.) por una parte, y los actuadores (bobinas de contactores, lámparas, pequeños receptores, etc.) por otra. FUNCIONES DEL AUTÓMATA PROGRAMABLE El autómata es el dispositivo del sistema de control que controla directamente el proceso de fabricación. De acuerdo con el programa almacenado en memoria, el autómata recibe los datos de los dispositivos de entrada conectados a el, utiliza estos datos para monitorizar el sistema controlado. Cuando el programa ordena tomar alguna acción, el autómata envía las señales correspondientes a los dispositivos de actuación conectados a sus salidas. El autómata se puede utilizar para controlar un proceso simple, repetitivo o puede conectarse a otros autómatas o a un ordenador para integrar el control de un sistema complejo. Los autómatas reciben las señales de entrada y generan las señales de salida. Al detectarse cambio en las señales, el autómata reacciona, según el programa grabado por el usuario, para producir las señales de salida. El autómata ejecuta continuamente el programa para conseguir este control. Se ha de diseñar un programa para la aplicación concreta y almacenarlo en la memoria del autómata. Este programa se ejecutará como parte del ciclo de operaciones internas del autómata. FUNCIONES BÁSICAS DE UN PLC Detección: Lectura de la señal de los captadores distribuidos por el sistema de fabricación. Mando: Elaborar y enviar las acciones al sistema mediante los accionadores y preaccionadores. Dialogo Hombre - Máquina: Mantener un diálogo con los operarios de producción, obedeciendo sus consignas e informando del estado del proceso. 9 Programación: Para introducir, elaborar y cambiar el programa de aplicación del autómata. El dialogo de programación debe permitir modificar el programa incluso con el autómata controlando la maquina. NUEVAS FUNCIONES Redes de comunicación: Permiten establecer comunicación con otras partes de control. Las redes industriales permiten la comunicación y el intercambio de datos entre autómatas a tiempo real. En unos cuantos milisegundos pueden enviarse telegramas e intercambiar tablas de memoria compartida. Sistemas de supervisión: También los autómatas permiten comunicarse con ordenadores provistos de programas de supervisión industrial. Esta comunicación se realiza por una red industrial o por medio de una simple conexión por el puerto serie del ordenador. Control de procesos continuos: Además de dedicarse al control de sistemas de eventos discretos los autómatas llevan incorporadas funciones que permiten el control de procesos continuos. Disponen de módulos de entrada y salida analógicas y la posibilidad de ejecutar reguladores PID que están programados en el autómata. Entradas- Salidas distribuidas: Los módulos de entrada salida no tienen porqué estar en el armario del autómata. Pueden estar distribuidos por la instalación, se comunican con la unidad central del autómata mediante un cable de red. Buses de campo: Mediante un solo cable de comunicación se pueden conectar al bus captadores y accionadores, reemplazando al cableado tradicional. El autómata consulta cíclicamente el estado de los captadores y actualiza el estado de los accionadores. CLASIFICACIÓN DE LOS PLC El término estructura externa o configuración externa de un autómata programable industrial se refiere al aspecto físico exterior del mismo, bloques o elementos en que está dividido. Actualmente son tres las estructuras más significativas que existen en el mercado: Estructura compacta. Estructura semimodular. ( Estructura Americana) Estructura modular. (Estructura Europea) ESTRUCTURA COMPACTA Este tipo de autómatas se distingue por presentar en un solo bloque todos sus elementos, esto es, fuente de alimentación, CPU, memorias, entradas/salidas, etc. Son los autómatas de gama baja o nano autómatas los que suelen tener una estructura compacta. Su potencia de proceso suele ser muy limitada dedicándose a controlar máquinas muy pequeñas o cuadros de mando. 10 ESTRUCTURA SEMIMODULAR Se caracteriza por separar las E/S del resto del autómata, de tal forma que en un bloque compacto están reunidas las CPU, memoria de usuario o de programa y fuente de alimentación y separadamente las unidades de E/S. Son los autómatas de gama media los que suelen tener una estructura semimodular (Americana). ESTRUCTURA MODULAR Su característica principal es la de que existe un módulo para cada uno de los diferentes elementos que componen el autómata como puede ser una fuente de alimentación, CPU, E/S, etc. La sujeción de los mismos se hace por carril DIN, placa perforada o sobre RACK, en donde va alojado el BUS externo de unión de los distintos módulos que lo componen. Son los autómatas de gama alta los que suelen tener una estructura modular, que permiten una gran flexibilidad en su constitución. Esta tabla resume a grandes rasgos las características de los autómatas actuales desde el punto de vista de modularidad. AUTOMATAS COMPACTOS NUMERO DEL CPU I CENTRAL I CENTRAL No de entradas / salidas Juego de instrucciones Unidades de expansión 8 a 256 < 2000 Digitales + analógicas 128 a 1024 < 2000 Digitales CPU ÚNICA MODULARES VARIAS CPU I CENTRAL + X DEDICADOS > 1024 2000 a 40000 + Digitales + 11 analógicas Funciones en red Esclavo 1.2 Esclavo analógicas + reguladores Maestro o esclavo ESTRUCTURA DEL PLC En cualquier PLC hay un número de componentes fácilmente identificables, algunos como la CPU y las interfases de entrada/salida son vitales para el funcionamiento, otros como la interfase de operador no son esenciales pero son deseables por las prestaciones que aportan al sistema. Las partes más importantes del PLC son: Unidad central de proceso (CPU) Sistema de entrada / salida Con las partes mencionadas podemos decir que tenemos un autómata pero para que sea operativo son necesarios otros elementos tales como: Fuente de alimentación Interfases de Comunicaciones Dispositivos Periféricos Unidad o Consola de Programación El diagrama de bloques de un PLC es el siguiente: UNIDAD CENTRAL DE PROCESO O CPU La Unidad Central de Procesos es el auténtico cerebro del sistema. Se encarga de recibir las ordenes del operario por medio de la consola de programación y el modulo de entradas. Posteriormente las procesa para enviar respuestas al módulo de salidas. En su memoria se encuentra residente el programa destinado a controlar el proceso. Los equipos programables emplean un procesador binario que es capaz de interpretar una serie de códigos o instrucciones que especifican las acciones al realizar en función del listado de las variables del sistema. 12 El procesador puede interpretar una sola instrucción a cada instante, a gran velocidad (microsegundo); esta forma de actuar introduce el concepto de tratamiento secuencial de la información. Diseño de un microprocesador La CPU debe entenderse como un subsistema del PLC formado por una base de circuito impreso que contiene las siguientes partes: Memoria RAM: se utiliza principalmente como memoria interna, y únicamente como memoria de programa en el caso de que pueda asegurarse el mantenimiento de los datos con una batería exterior. Memoria EPROM: se utilizan para almacenar el programa de usuario, una vez que ha sido convenientemente depurada. Memoria EEPROM: se emplean principalmente para almacenar programas, aunque en la actualidad es cada vez más frecuente el uso de combinaciones RAM + EEPROM, utilizando estas ultimas 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. Las soluciones de este tipo están sustituyendo a las clásicas RAM + batería puesto que presentan muchos menos problemas. ALU o unidad aritmética y lógica residente en el chip microprocesador. Sistema oscilador. Genera los impulsos que dan la temporización a todo el sistema. Sistema reset. Para bloquear el sistema en caso de una falla irrecuperable. Sistema de decodificación. Sirve para hacer accesibles todos los componentes del sistema al microprocesador. Drivers/latches. Componentes lógicos para separar las diferentes partes del sistema Sistema de Buses internos. Son las conexiones físicas entre los diferentes componentes del sistema, estos son bus de datos, de direcciones y de control. Comunicación. Provee la interfase para programar el PLC desde una computadora o desde un programador manual o para visualizar la información. 1 SISTEMA DE BUS Un sistema de bus es un determinado número de líneas eléctricas divididas en líneas de direcciones, de datos y de control. La línea de direcciones se utiliza para seleccionar la dirección de un elemento conectado al bus y línea de datos para transmitir la información requerida. Las líneas de control son necesarias para habilitar el dispositivo conectado al bus como emisor o como receptor. Diseño fundamental de un microprocesador con su sistema de buses MEMORIA DE LOS PLC La memoria es el almacén donde el autómata guarda todo cuanto necesita para ejecutar la tarea de control. 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) 14 Configuración del autómata (modo de funcionamiento, número de e/s conectadas) MEMORIA INTERNA En un autómata programable, la memoria interna es aquella que almacena el estado de las variables que maneja el autómata: entradas, salidas, contadores, relés internos, señales de estado, etc. Esta memoria interna se encuentra dividida en varias áreas, cada una de ellas con un cometido y características distintas. La clasificación de la memoria interna no se realiza atendiendo a sus características de lectura y escritura, sino por el tipo de variables que almacena y el número de bits que ocupa la variable. Así, la memoria interna del autómata queda clasificada en las siguientes áreas. Área de imágenes de entradas/salidas y Área interna (IR). En esta área de memoria se encuentran: Los canales (registros) asociados a los terminales externos (entradas y salidas). Los relés (bit) internos (no correspondidos con el terminal externo), gestionados como relés de E/S. Los relés E/S no usados pueden usarse como IR. No retienen estado frente a la falta de alimentación o cambio de modo de operación. Área especial (SR). Son relés de señalización de funciones particulares como: Servicio (siempre ON, OFF) Diagnosis (señalización o anomalías) Temporizaciones (relojes a varias frecuencias) Cálculo Comunicaciones Accesible en forma de bit o de canal. No conservan su estado en caso de fallo de alimentación o cambio de modo. Área auxiliar (AR). Contienen bits de control e información de recursos de PLC como: Puerto RS232C, puertos periféricos, casetes de memoria. Se dividen en dos bloques: Señalización: Errores de configuración, datos del sistema. Memorización y gestión de datos Es un área de retención. Accesible en forma de bit o de canal. No conservan su estado en caso de fallo de alimentación o cambio de modo. Área de enlace (LR). 15 Se utilizan para el intercambio de datos entre dos PLC´s unidos en forma PC Link(1:1). Dedicados al intercambio de información entre PLC´s. Si no se utilizan como LR pueden usarse como IR. Accesible en forma de bit o canal. No conservan su estado en caso de fallo de alimentación o cambio de modo. Área de retención (HR). Mantienen su estado ante fallos de alimentación o cambio de modo de PLC. Son gestionados como los IR y direccionables como bit o como canal. Área de temporizadores y contadores (TIM/CNT). Es el área de memoria que simula el funcionamiento de estos dispositivos. Son usados por el PLC para programar retardos y conteos. Área de datos (DM). Se trata de memoria de 16 bits (palabra). Utilizable para gestión de valores numéricos. Mantiene su estado ante cambios de modos de trabajo o fallo de alimentación. Direccionables como Canal (palabra). Esta área suele contener los parámetros de configuración del PLC (setup). Las variables contenidas en la memoria interna, pueden ser consultadas y modificadas continuamente por el programa, cualquier número de veces. Esta actualización continua de los datos obliga a construir la memoria con dispositivos RAM. MEMORIA DE PROGRAMA La memoria de programa, normalmente externa y enchufable a la CPU mediante casete de memoria, almacena el programa escrito por el usuario para su aplicación. Cada instrucción del usuario ocupa un paso o dirección del programa. Las memorias de programa o memorias de usuario son siempre de tipo permanente RAM + batería o EPROM/EEPROM . Por lo general la mayoría de los fabricantes de autómatas ofrecen la posibilidad de 16 utilizar memorias RAM con batería para la fase de desarrollo y depuración de los programas, y de pasar estos a memorias no volátiles EPROM o EEPROM una vez finalizada esta fase. La ejecución del programa en el módulo es siempre prioritaria, de forma que si se da tensión al autómata con un módulo conectado, la CPU ejecuta su programa y no el contenido en memoria RAM interna. SISTEMA DE ENTRADA / SALIDA Son los dispositivos básicos por donde se toma la información de la máquina, en el caso de las entradas, y por donde se realiza la activación de los procesos, en las salidas. Las funciones principales son el adaptar las tensiones e intensidades de trabajo de los captadores y actuadores a las del trabajo de los circuitos electrónicos del autómata; realizar una separación eléctrica entre los circuitos lógicos de los de potencia, generalmente a través de optó acopladores, y proporcionar el medio de identificación de los captadores y actuadores ante el procesador. Las entradas a las que se hace referencia pueden ser pulsadores, interruptores de límite, sensores analógicos, selectores, encoders, etc. mientras que las salidas pueden ser bobinas de contactores, válvulas solenoides, luces piloto, carga resistiva, etc. MÓDULO DE ENTRADAS Las entradas son fácilmente identificables, ya que se caracterizan físicamente por sus bornes para acoplar los dispositivos de entrada o captadores, por su numeración, y por su identificación INPUT o ENTRADA; llevan además una indicación luminosa de activado por medio de un LED. En cuanto al tipo de señal que reciben, estás pueden ser: analógicas y digitales. a) Analógicas. Cuando la magnitud que se acopla a la entrada correspondiente a una medida de, por ejemplo, presión, temperatura, velocidad, etc., esto es, analógica, es necesario disponer de este tipo de módulo de entrada. Su principio de funcionamiento se basa en la conversión de la señal analógica a código binario mediante un convertidor analógico digital (A/D). La tabla siguiente muestra algunos parámetros significativos de este tipo de módulos. Campo o Rango de Intensidad o Tensión Resolución (Bits) 0 ... 10 V 4 ... 20 mA 0 ... 10 V 4 ... 20 mA 8 8 12 12 Tiempo de Conversión (ms) 1 1 1 1 Precisión (1% + 1 bit) en entradas y 1% en salidas 17 La resolución de 12 bits se utiliza generalmente cuando las aplicaciones son de alta precisión. b) Digitales. Son las más utilizadas y corresponden a una señal de entrada (todo o nada), esto es, a un nivel de tensión o a la ausencia de la misma. Ejemplo de este tipo son los finales de carrera, interruptores, pulsadores, etc. La figura representa el esquema simplificado de un circuito de entrada por transistor del tipo NPN, en el que se destaca como elemento principal, el optoacoplador. MODULOS DE ENTRADA DE CORRIENTE ALTERNA Los valores de tensión más frecuente son: 24, 48, 120 y 240 VAC. Las interfases para entradas de AC, incorporan casi siempre el aislamiento galvánico, por lo que el esquema de principio más típico es el que se muestra a continuación. Se puede observar en dicho esquema, que la tensión de entrada es rectificada en la interfaz y que esta dispone de un filtro RC de entrada. La interfaz suele agrupar varias entradas con un Terminal común, de forma que los interruptores y otras señales de campo, puedan utilizar un hilo común de retorno. La fuente de alimentación para las entradas será, en este caso, una tensión alterna obtenida de un transformador de mando o directamente de la red, aunque por motivos de seguridad es preferible la primera solución. La presencia de tensión en cada una de las entradas suele estar indicada por un diodo LED, facilitando la comprobación y mantenimiento del equipo. 18 Conexión de interruptores a una interfase de entrada de AC MÓDULO DE SALIDAS En los contactos de salida del Autómata se conectan las cargas o actuadores directamente o a través de otros elementos de mando, como pueden ser contactores por medio de sus bobinas. Las salidas se suelen distribuir en varios grupos independientes de 1, 2, 4, etc., contactos de tal forma que se pueden utilizar varias tensiones, según las necesidades de las cargas. La información enviada por las entradas a la CPU, una vez procesada, se envía al módulo de salidas para que estas sean activadas y a la vez los actuadores que en ellas están conectados. Estructura básica para una salida de tipo lógico o binario, poniendo de relieve los circuitos de aislamiento. Según el tipo de proceso a controlar por el autómata, podemos utilizar diferentes módulos de salidas. Existen tres tipos bien diferenciados: A relés. Este tipo de salida suele utilizarse cuando el consumo tiene cierto valor (del orden de los amperios) y donde las conmutaciones no son demasiado rápidas. Son usados en circuitos de corriente continua y alterna. Están basados en la conmutación mecánica, por la bobina del relé, de un contacto eléctrico normalmente abierto. 19 A triac. Se utilizan en circuitos de corriente continua y corriente alterna que necesiten maniobras de conmutación muy rápidas en donde el relé no es capaz de realizarlas o su vida se hace más corta, en cuanto al valor de intensidad, suele tener valores similares al relé. A transistores. El uso del este tipo de módulos es exclusivo de los circuitos de c.c. y cuando las cargas sean del tipo de poco consumo, rápida respuesta y alto número de operaciones, como en el caso de circuitos electrónicos. Su vida es superior a la del relé. MODULOS DE ENTRADAS / SALIDAS ANALÓGICAS No todos los autómatas programables son capaces de manipular señales analógicas, pero es frecuente que existan módulos de ampliación para los tipos de PLC compactos o PLC modulares, que si sin capaces de procesar dichas señales. Conjuntamente los fabricantes del PLC incorporan en su software, funciones específicas para tratar señales de tipo analógico. El procesamiento de datos dentro del PLC es enteramente digital, como corresponde a todo sistema basado en un microprocesador y por tanto, las señales de tipo analógico deben ser previamente digitalizadas para que puedan ser procesadas (utilizando convertidores A/D). Proceso de adaptación de las señales de E/S analógicas Dicha forma digital, consistirá en representar la magnitud de la variable analógica con un número codificado en forma binaria o en forma BCD. 20 Recíprocamente, si el PLC debe suministrar al proceso señales de regulación continuas, deberá previamente convertir los datos internos en la forma binaria o BCD a magnitudes de tipo analógico. Principio de funcionamiento de un convertidor Digital/analógico. FUENTE DE ALIMENTACIÓN La fuente de alimentación proporciona las tensiones necesarias para el funcionamiento de los distintos circuitos del sistema. La alimentación a la CPU puede ser de continua a 24 Vcc, tensión muy frecuente en cuadros de distribución, o en alterna a 120/240 Vca. En cualquier caso es la propia CPU la que alimenta las interfaces conectadas a través del bus interno. Esquema de una fuente de alimentación para un autómata programable 21 La alimentación a los circuitos E/S puede realizarse, según tipos, en alterna a 48/120/240 Vca o en continua a 12/24/48 Vcc. La fuente de alimentación del autómata puede incorporar una batería tampón, que se utiliza para el mantenimiento de algunas posiciones internas y del programa usuario en memoria RAM, cuando falla la alimentación o se apaga el autómata. La fuente de alimentación debe tener las siguientes características: Debe proveer la energía suficiente (característica medida generalmente en Amperios) para que el sistema trabaje sin sobrecarga y además debe tener un margen para el crecimiento del sistema. Debe ser robusta, es decir, se espera que funcione en condiciones de voltaje de alimentación no siempre estables sin que estas variaciones indeseables se reflejen en los componentes que se sirven de ella. Además se deben adaptar a los rangos de tensión de alimentación que se encuentran con más frecuencia en los ambientes industriales. Principio de conexión interna de una fuente de alimentación para un autómata programable. Generalmente las fuentes de alimentación son de tipo electrónica conmutada. Esta es una técnica que permite obtener una tensión DC estable para el funcionamiento de los circuitos electrónicos integrados que es prácticamente independiente del nivel de tensión de entrada, dentro de un amplio rango, por ejemplo, se puede generar +12VDC establemente para un rango de voltaje de entrada tan amplio como 85-265 VAC. Este tipo de fuente no utiliza el transformador tradicional por lo que se reduce el tamaño, el peso, los costos y la eficiencia de conversión. Es el mismo tipo de alimentador utilizado en las computadoras personales. 22 INTERFASE DE COMUNICACIÓN Interfase de comunicación para equipo Omron La interfase de comunicación con el PLC es la que hace posible que podamos interactuar con el. La interfase nos debe permitir por lo menos: Descargar a través de ella, los programas de aplicación desarrollados en una computadora personal o en un programador manual en la memoria de trabajo del PLC. Monitorear la ejecución del programa en el PLC, permitiendo modificaciones en registros, lectura de tablas internas, modificación del programa, etc. En un nivel superior, la interfase de comunicación debe permitir que el PLC pueda accesar otros componentes del sistema tales como módulos de expansión de entrada/salida remotas, por medio de controladores de buses de comunicación estándar. Esta configuración se conoce como red. Interfase de comunicación para equipo Siemens En términos eléctricos, la comunicación se puede realizar por medio de un puerto paralelo a alta velocidad o más comúnmente por medio de una línea serie que aunque es más lenta puede tener un mayor alcance. Usualmente las interfases serie proveen niveles de tensión para RS232, con la que se puede comunicar con una computadora u otro elemento hasta un máximo de 30 metros, o por medio de convertidores se pueden tener niveles RS485/422 que siendo señales diferenciales pueden alcanzar hasta 1200 metros. Las velocidades van de los 1200 a los 19600 bauds, con 2 o más líneas de handshaking y protocolos software con habilidad para gestión de errores y para el direccionamiento de todos los componentes del sistema. 23 Ampliación del autómata por medio de interfases y una sola CPU TARJETAS MODULARES INTELIGENTES. Existen para los PLCs modulares, tarjetas con funciones específicas que relevan al microprocesador de las tareas que requieren de gran velocidad o de gran exactitud. Estas tarjetas se denominan inteligentes por contener un microprocesador dentro de ellas para su funcionamiento propio. El enlace al PLC se efectúa mediante el cable (bus) o tarjeta de respaldo y a la velocidad del CPU principal. Las funciones que se encuentran en este tipo de tarjetas son de: Posicionamiento de Servomecanismos Contadores de Alta Velocidad. Transmisores de Temperatura. Puerto de Comunicación BASIC. 24 BUS. Los sistemas modulares requieren una conexión entre los distintos elementos del sistema y, esto se logra mediante un bastidor que a la vez es soporte mecánico de los mismos. Este bastidor contiene la conexión a la fuente de voltaje, así como el "bus" de direcciones y de datos con el que se comunican las tarjetas y el CPU. En el caso de tener muchas tarjetas de entradas/salidas, o de requerirse éstas en otra parte de la máquina, a cierta distancia de la CPU, es necesario adaptar un bastidor adicional que sea continuación del original, con una conexión entre bastidores para la comunicación. Esta conexión si es cercana puede lograrse con un simple cable paralelo y, en otros casos, se requiere de un procesador de comunicaciones para emplear fibra óptica o, una red con protocolo establecida. INTERFASES DE OPERADOR La interfase de operador es un componente que no siempre se encuentra en los sistemas de automatización y no es un elemento básico del PLC, es decir, no es esencial para el funcionamiento del sistema, sin embargo la flexibilidad que agrega del punto de vista del monitoreo y de las regulaciones que se pueden hacer en los parámetros del proceso controlado hace que en muchos casos un sistema no tenga utilidad práctica si no cuenta con una interfase de operador. 25 La interfase de operador usualmente puede ser: Una pantalla para la presentación de los datos. Esta puede ser de cristal líquido, de filamentos al vacío, de matriz sensible al tacto, tubo de rayos catódicos, etc. y sus potencialidades van desde un simple presentador alfanumérico hasta una interfase con capacidades gráficas, colores y sensible al tacto. Un teclado para introducción de datos. Estos usualmente son del tipo de membrana hermética a prueba de ambientes húmedos o con mucho polvo. Poseen realimentación audible y las funciones que desempeña cada tecla se puede programar. SCADA (Adquisición de Datos y Supervisión de Control). Las siglas SCADA engloban a un conjunto de software (programas) y hardware (PC's, autómatas programables...) capaces de controlar un proceso de forma automática desde una pantalla de ordenador. Es el sistema de control más potente dentro de los HMI, dándonos la posibilidad de visualizar y supervisar gráficamente en un monitor los procesos de una planta, instalación o máquina. Entre las múltiples cualidades podemos destacar: Generación de avisos, alarmas y acuse de recibo. Almacenamiento de históricos de producción, alarmas y avisos en disco duro para una posterior manipulación o impresión. Análisis de señales dentro del proceso productivo. Generación de recetas de productos o procesos. Las interfases de operador se usan esencialmente para la introducción y visualización de datos del proceso, con ellas no es posible hacer modificaciones al programa del PLC. Poseen un número determinado de 26 páginas de información que pueden mostrar (en el orden de las 100 o más). Permiten la creación de menús de selección de las variables de interés y en algunos casos están equipadas con reloj (RTC o real time clock). Se pueden programar además alarmas en función del tiempo o del valor de alguna variable crítica. Las interfases de operador se conectan al sistema PLC por medio de una línea de comunicación serie, poseen su propio microprocesador y en general tienen un costo elevado. La programación además se hace desde un ambiente diferente al que programa el PLC porque en este caso se trata sobre todo de presentar algún tipo de texto formateado, y no de generar secuencias como en el caso del PLC 1.3 CONEXIÓN DE LAS ENTRADAS Y SALIDAS La eficaz puesta en funcionamiento de un PLC pasa necesariamente por una correcta conexión de los captadores en las entradas y los actuadores en las salidas. De esta forma conseguimos las siguientes ventajas: El buen funcionamiento y ausencia de averías. La limitación en el número de entradas y salidas que se van a utilizar, lo que implica un ahorro en el precio del Autómata DISPOSITIVOS DE ENTRADA Los autómatas pueden recibir señales de entrada de dispositivos automáticos, temporizadores, encoders, fotoceldas, etc.; o manuales, pulsadores, teclados, etc. El principio físico de actuación de los sensores puede ser con contacto como los finales de carrera, por interrupción de rayo de luz como las fotoceldas, inductivos o capacitivos como los interruptores de proximidad. Se entiende por captadores en general, aquellos elementos que se acoplan o conectan a las entradas del autómata. Estos pueden ser de dos tipos: Analógicos, cuya señal eléctrica es variable en el tiempo, y que necesariamente han de acoplarse al mismo tipo de entradas. Digitales, en donde la señal responde a: Contacto abierto “0” y Contacto cerrado “1”. 27 Cuando se conecta un captador a la entrada de un PLC y este se encuentre en posición cerrada aplicando tensión de la batería al elemento interno del autómata este indicará su estado encendiendo un piloto, tal como lo muestra la figura: Se pueden diferenciar dos tipos de captadores conectables al módulo de entradas: a) los Pasivos b) los Activos. Los Captadores Pasivos son aquellos que cambian su estado lógico activado - no activado, por medio de una acción mecánica. Estos son los Interruptores, pulsadores, finales de carrera, etc. Los Captadores Activos son dispositivos electrónicos que necesitan ser alimentados por una tensión para que varíen su estado lógico. Este es el caso de los diferentes tipos de detectores (Inductivos, Capacitivos, Fotoeléctricos). Muchos de estos aparatos pueden ser alimentados por la propia fuente de alimentación del autómata. Conexión a las entradas del autómata de captadores de tensión Acoplamiento de fuente de alimentación auxiliar 29 El que conoce circuitos de automatismos industriales realizados por contactores, sabrá que puede utilizar, como captadores, contactos eléctricamente abiertos o eléctricamente cerrados dependiendo de su función en el circuito. Como ejemplo podemos ver un simple arrancador de encendido / apagado. En él se distingue el contacto usado como pulsador de marcha que es normalmente abierto y el usado como pulsador de parada que es normalmente cerrado, sin embargo en circuitos automatizados por autómatas, los captadores son generalmente abiertos. DISPOSITIVOS DE SALIDA El autómata puede enviar la señal de salida a un gran número de dispositivos utilizados en la automatización. Prácticamente todo lo imaginable puede ser controlado con un autómata. Algunos de los dispositivos más comunes son motores, solenoides, servomotores, motores paso a paso, válvulas, interruptores, indicadores y alarmas. Ciertos dispositivos como motores, válvulas, solenoides afectan directamente el sistema controlado; otros como indicadores luminosos o sonoros y alarmas, sirven como sistemas de monitorización y aviso. Veamos un típico circuito de automatismos. Un arrancador estrella / triangulo con temporizador. La figura muestra como es la técnica cableada. Por una parte tenemos el circuito de fuerza, que alimenta el motor, y por otra el circuito auxiliar o de mando, que realiza la maniobra de arranque de dicho motor. La otra figura muestra cómo se realiza el mismo montaje de forma programada. El circuito de fuerza es exactamente el mismo que en la técnica cableada. Sin embargo, el de mando será sustituido por un autómata programable, al cual se unen eléctricamente los pulsadores y las bobinas de los contactores. La maniobra de arranque la realizara el programa que previamente se ha transferido al autómata. 30 La forma de conectar los actuadores a los módulos de salidas, dependerá del tipo de módulo utilizado. Estos son algunos ejemplos: Bobinas de relé de igual tensión. Bobinas de relés de tensión distinta Dos son las posibilidades de conexión de los contactos de los relés térmicos de protección contra sobrecargas. En las entradas como captadores En las salidas como actuadores 31 Las ventajas e inconvenientes que presentan ambas posibilidades son los siguientes: La conexión en el circuito de entradas o de captadores es la más técnica y segura desde el punto de vista del control, ya que su apertura (provocada como sabemos por una sobreintensidad del circuito) desactivará los correspondientes circuitos de entrada y, como consecuencia, la salida que ha dado origen a dicha sobreintensidad, quedando señalizado en los leds (E/S) del PLC. Otra ventaja a tener en cuenta es que en función del programa establecido un contacto de un relé térmico puede detener únicamente el proceso del actuador al cual esté protegiendo o detener el proceso completo. En este último caso y conectando todos en serie, en el caso de contactos NC o paralelo si NA, es suficiente con un solo contacto de entrada. Las posibilidades que nos ofrecen son utilizar el contacto normalmente cerrado NC o el normalmente abierto NA. En el primer caso, la bobina del contactor se alimentará directamente, ya que el contacto NC, se utiliza en la entrada. En el segundo caso, al utilizar en la entrada el contacto NA, el contacto NC puede o no ser utilizado en la salida, si se utiliza tendremos doble protección. Como desventaja podemos citar el que necesitamos una entrada por cada relé térmico, o grupo en paralelo o serie, lo que nos puede incrementar éstas considerablemente y, como consecuencia, necesitaremos un PLC con más entradas y, por tanto, de mayor precio. Varios contactos de relés térmicos conectados a una única entrada. 32 La conexión en el circuito de salida significa ahorrarse el correspondiente circuito de entrada, pero no nos dará indicación de avería en la señalización de salida o led, aunque lógicamente la bobina del contactor quede desactivada: En este caso sólo se detendrá el actuador que esté protegiendo. 1.4 CRITERIOS DE INSTALACIÓN La distancia mínima entre el PLC y las líneas más cercanas de potencia es de 200 mm. Colocar un ventilador y canales de ventilación para que la temperatura no exceda los 55°C. No instalar el PLC sobre equipo que genere grandes cantidades de calor. No instalar el PLC en el panel o gabinete con equipo de alto voltaje. La distancia entre los cables de potencia y los cables de i/o o de control es de 300mm y entre los cables y la tapadera del ducto es de 200 mm. El conductor de tierra debe tener 1.25 mm2 . Es frecuente que en una instalación con autómatas se manejen varias tensiones de mando (24,120 o 230 V). El autómata y el resto de sistemas electrónicos periféricos debería alimentarse siempre a través de un transformador separador, con primario conectado entre fases y nunca entre fase – neutro, puesto que el neutro suele ser un pozo de perturbaciones. El secundario de este transformador debe ir unido al conductor de tierra. 0 Es importante que todas las cargas de salida que tengan conexión a bornes del autómata estén protegidas con un RC antiparasitario, para el caso de alimentación en alterna, o con un diodo en inversa, para el caso de alimentación en continua. En caso de alimentación de las salidas a 120 V ac/cc o 230 V ac, pueden incluirse también varistores para reducir los transitorios de conexión desconexión y diodos en continua para evitar que, en caso de inversión de polaridad, pueda producirse un cortocircuito a través del diodo de inversa. La colocación de varistores no permite prescindir de los RC, ya que aun reduciendo la perturbación pueden quedar residuos de perturbación de elevado dV/dt. 1.5. ESTANDARIZACIÓN DE PLC (NORMA IEC 61131) A finales de los setenta se plantearon en Europa algunos estándares válidos para la programación de PLC´s enfocados principalmente al estado de la tecnología de aquel momento. 33 Tenían en cuenta sistemas de PLC no interconectados, que realizaban operaciones lógicas con señales binarias. DIN 19-239, por ejemplo, específica un lenguaje de programación que posee las correspondientes instrucciones para estas aplicaciones. Anteriormente, no existían elementos de lenguaje de las entradas y las salidas según estructurados, ni equivalente para el desarrollo de programas de PLC. Los desarrollos aparecidos en los años ochentas, tales como el procesamiento de señales analógicas, interconexión de módulos inteligentes, sistemas de PLC en red, etc., agravaron el problema. Consecuentemente, los sistemas PLC de diferentes fabricantes requerían técnicas de programación completamente diferentes. Desde 1992, existe un estándar internacional para los controles lógicos programables y dispositivos periféricos asociados (herramientas de programación y diagnóstico, equipos de verificación, interfases hombre máquina, etc.). La finalidad del nuevo estándar es definir y estandarizar el diseño y funcionalidad de un PLC y los lenguajes requeridos para la programación, hasta un grado en el que los usuarios pudieran hacer funcionar sin ninguna dificultad los diferentes sistemas de PLC de los distintos fabricantes. Las denominaciones para la programación de los PLC´s, están definidas por el estandar IEC 61131-3. Algunos ejemplos de lo anterior son: 35 2. INTRODUCCIÓN A LA PROGRAMACIÓN INSTRUCCIONES Y DIRECCIONAMIENTOS Un programa es una sucesión o lista en un determinado arreglo de distintas “órdenes de trabajo”, también llamadas instrucciones y capaz de hacer ejecutar al PLC la secuencia de trabajo pretendida. Una instrucción u orden de trabajo es la parte mas pequeña de un programa y consta de dos partes principales: operación y operando; a su vez el operando está dividido en símbolo y parámetro. Operación ¿qué? INSTRUCCIÓN Operando ¿dónde? Símbolo Parámetro La operación es el código (code) de la instrucción, Puede ser un código cifrado o alfanumérico (01; E 01; A 10) o código nemónico (AND, OR) . El operando es el complemento al código u operación. Mediante el operando indicamos la dirección del elemento controlador (contactores, temporizadores, E/S, marcas internas, etc.) En los PLC más prácticos el símbolo no aparece, ya que el CPU puede distinguir y diferenciar las entradas de las salidas, al quedar determinadas las primeras por las marcas internas; y las segundas por el código de la operación. En el caso de los PLC más complicados, la operación indica al CPU que es lo que tiene que hacer, o lo que es lo mismo, la clase de instrucción que ha de ejecutar. Ejemplos: AND (Y) : Formar una concatenación (conexión) en serie OR (O) : Formar una concatenación (conexión) en paralelo OUT (=) : Asignar (conectar) una salida a lo precedente. El operando le indica al CPU donde debe hacerlo, o lo que es lo mismo, donde debe realizarse esta instrucción. 36 Cuando se programa, cada instrucción del programa se aloja en una celda o plaza de memoria que están enumeradas desde la dirección 0000 hasta el último número, en función de la capacidad de memoria; en el caso de una memoria de usuario de 1K palabras, las direcciones disponibles serían de la 0000 a la 1023. Otro concepto a tener en cuenta es el de línea o línea de programa. Una línea contiene dirección o paso, operación y operando, por tanto, se puede decir que una línea de programa consta de una instrucción. Para elaborar un programa no es suficiente con las instrucciones de mando o de programa, son necesarias otro tipo de instrucciones y acciones que reciben el nombre de instrucciones de servicio u órdenes de manejo, y por medio de las cuales se consigue la elaboración, análisis y puesta a punto del programa. CICLO DE FUNCIONAMIENTO DEL AUTÓMATA (CICLO SCAN) Cuando un autómata ejecuta su programa para controlar un sistema externo, en su interior se realizan una serie de operaciones, al comenzar el ciclo, la CPU lee el estado de las entradas, a continuación ejecuta la aplicación empleando el último estado leído, una vez completado el programa, la CPU ejecuta tareas internas de diagnóstico y comunicación. Al final del ciclo se actualizan las salidas. El tiempo del ciclo se llama tiempo de ejecución y depende del tamaño del programa, del número de E/S y de la cantidad de comunicación requerida. El autómata va ejecutando sucesivamente las instrucciones de un programa en el orden en que están depositadas en su memoria paso a paso, una vez procesada la última instrucción contenida en la memoria, la ejecución comienza nuevamente desde la primera instrucción en memoria. 37 TIEMPO DE EJECUCIÓN Y CONTROL EN TIEMPO REAL El tiempo total que el autómata emplea para realizar un ciclo de operación se llama tiempo de ciclo. El tiempo total de ciclo es la suma de los tiempos empleados en cada tarea: Autodiagnóstico (1 a 2 ms), actualización de E/S (1 a 5 ms), ejecución del programa y servicio a periféricos (1 a 2 ms). El tiempo de ejecución o de escrutación del programa se mide en milisegundos por cada mil instrucciones (ms/k), y típicamente suele ser de 5 a 15 ms/k. El tiempo de ciclo será uno de los factores importantes a la hora de diseñar el sistema de control cuando en éste aparezcan muy bajas constantes de tiempo, pero no es el único a considerar ya que dichos elementos tienen filtros contra señales parásitas y de esta forma limitan la frecuencia máxima de comunicación. Por lo que las entradas de corriente continua son más rápidas que las de alterna por la mayor necesidad de filtrado. Si además aparecen conversores A/D o D/A habrá que sumar además el retardo de la conversión. Dada una señal de entrada y una señal de salida dependiente de dicha entrada, se llama tiempo de respuesta al que transcurre desde que cambia la entrada hasta que se observa el efecto en la salida. Este tiempo depende de los retardos de conmutación y adaptación de la señal en la interfaz de E/S (Tinput delay, Toutput delay) y del tiempo del ciclo del autómata. Aunque el tiempo de respuesta es variable dependiendo del momento en que cambia la entrada respecto al ciclo de operación, se puede calcular un máximo y un mínimo: Valor máximo: Tmax= Tinput delay + Toutput delay + Tciclo Valor mínimo: Tmax= Tinput delay + Toutput delay + 2Tciclo Frente a las constantes de tiempo de los sistemas electromagnéticos el tiempo de respuesta puede ser despreciable, pero no frente a los nuevos equipos electrónicos. SISTEMAS O LENGUAJES DE PROGRAMACION. Varios son los lenguajes o sistemas de programación posible en los PLC; aunque su uso no puede darse en todos los PLC (Dependerá de las especificaciones técnicas del fabricante). Cuando surgieron los autómatas programables, lo hicieron con la necesidad de sustituir a los enormes cuadros de maniobra construidos con contactores y relés. Por lo tanto, la comunicación hombre-máquina debería ser similar a la utilizada hasta ese momento. El lenguaje usado, debería ser interpretado, con facilidad, por los mismos técnicos electricistas que anteriormente estaban en contacto con la instalación. Estos lenguajes han evolucionado, en los últimos tiempos, de tal forma que algunos de ellos ya no tienen nada que ver con el típico plano eléctrico a relés. En general, se podría decir que los lenguajes de programación más usuales son aquellos que transfieren directamente el esquema de contactos y las ecuaciones lógicas o logigramas, pero éstos no son los únicos. Los lenguajes más utilizados son: DIAGRAMA DE CONTACTOS (LADDER PROGRAM O LADDER DIAGRAM) Es un lenguaje gráfico, derivado del lenguaje de relés, que mediante símbolos representa contactos, solenoides. Su principal ventaja es que los símbolos básicos están normalizados según normas NEMA y son empleados por todos los fabricantes. 38 Los símbolos básicos son: Los elementos básicos que configuran la función se representan entre dos líneas verticales que simbolizan las líneas de alimentación. Para las líneas de función más complejas como temporizadores, registros de desplazamiento, etc., se emplea el formato de bloques. Estos no están formalizados, aunque guardan una gran similitud entre sí para distintos fabricantes y resultan mucho más expresivos que si se utiliza para el mismo fin el lenguaje en lista de instrucciones o mnemónico. Un programa en esquema de contactos, la constituyen una serie de ramas de contactos. Una rama esta compuesta de una serie de contactos, conectados en serie o en paralelo que dan origen a una salida que bien puede ser una bobina o una función especial. LENGUAJE NEMONICO O BOOLEANO (AWL) También conocido como: Lista de Instrucciones, Booleano, Abreviaturas Neomatécnicas o AWL. Es el lenguaje en el cual cada instrucción se basa en las definiciones del álgebra de Boole o Álgebra Lógica. En los autómatas de gama baja, es el único modo de programación. Consiste en elaborar una lista de instrucciones o mnemónicos que se asocian a los símbolos y su combinación en un circuito eléctrico a contactos. Es necesario decir, que este tipo de lenguaje es, en algunos casos, la forma más rápida de programación e incluso la más potente. Un lenguaje en mnemónico o lista de instrucciones consiste en un conjunto de códigos simbólicos, cada uno de los cuales corresponde a una instrucción. Cada fabricante utiliza sus propios códigos, y una nomenclatura distinta para nombrar las variables del sistema. El lenguaje en mnemónico es similar al lenguaje ensamblador del micro. Ejemplo: La lista de instrucciones utilizada en este proyecto son las del autómata CQM1H de OMRON. 39 Instrucción: Especifica la operación a realizar. Parámetro: Son los datos asociados a la operación (instrucción).Los parámetros son en general de formato TIPO y VALOR. Dirección: Indica la posición de la instrucción en la memoria de programa usuario. Las funciones de control vienen representadas con expresiones abreviadas. La fase de programación es mas rápida que en el lenguaje de esquemas de contactos. PLANO DE FUNCIONES También conocido como bloques funcionales, logigramas, FUP. Su semejanza con los símbolos lógicos o puertas lógicas, hacen también interesante lenguaje por la facilidad en su representación para los conocedores de la electrónica lógica. He ahí porque se recomienda este lenguaje para el estudiante de electrónica. En la siguiente figura aparece el ejemplo del programa que se puso al principio en lenguaje AWL: Nuevamente, observe que aunque el lenguaje de programación cambió, las instrucciones siempre van colocadas. GRAFCET U ORGANIGRAMA El Grafcet, o graphe de comande Etape Transition, esto es, gráfico de orden etapa transición, e sun método por el cual se describen en una forma gráfica perfectamente inteligible las especificaciones de cualquier automatismo. La siguiente figura, nos da una idea simplificada de este sistema. 40 Está compuesto de símbolos y por líneas y que tiene como misión mostrar gráficamente, en nuestro caso, un proceso o problema, así como informar del mismo, esto es, analizar las partes y darles solución. Los símbolos utilizados son los siguientes: Podríamos establecer dos tipos de organigramas: organigrama de nivel 1, en le cual se representan las acciones a desarrollar por el proceso acción por acción, y organigrama de nivel 2 u organigrama de programación, en el cual se sustituirán las designaciones del nivel por las instrucciones correspondientes, para así poder realizar el programa en el autómata. INSTRUCCIONES BÁSICAS AND La salida de una AND solo admite 1 si todas las entradas tienen 1. Entrada 1 0 0 1 1 Entrada 2 0 1 0 1 Salida 0 0 0 1 El circuito de su analogía eléctrica: 41 S1 S2 H1 OR La salida de una OR admite un estado 1 si al menos una de las entradas tiene el valor de 1. Si un pin de entrada n esta cableado, toma el valor de 0. Entrada 1 0 0 1 1 Entrada 2 0 1 0 1 Salida 0 1 1 1 El circuito que representa su analogía eléctrica: S 3 S 4 H 2 NOT La salida toma el valor de 1 cuando la entrada tiene asignado el valor de 0, NOT invierte el estado de la entrada. E1 S 0 1 1 0 42 S 1 K 1 H 1 XOR La salida toma el valor de uno cuando las entradas son diferentes. Entrada 1 0 0 1 1 Entrada 2 0 1 0 1 Salida 0 1 1 0 S 1 S 2 H 1 SIMBOLOGÍA Y EQUIVALENCIAS En el siguiente cuadro, se representan la equivalencias simbólicas de las concatenaciones que en los PLC de gran Gama se usan, de alguna manera usaremos estas conexiones en nuestros ejemplos y ejercicios 43 44 INSTRUCCIONES DEL PROGRAMA CONSIDERACIONES PREVIAS A LA PROGRAMACIÓN Antes de ejercitarse en la programación de un PLC, es necesario tener en cuenta algunas consideraciones que nos facilitaran la labor de programación, estas son: 1) La programación en cada bloque de contactos se realizará en el orden de izquierda a derecha, tal como lo indica la figura. 2) El sentido de programación de los bloque de contactos de un programa se ejecutara en el sentido de arriba hacia abajo, según puede observarse en la figura. 45 3) El numero de contactos que se pueden colocar en un bloque desde el comienzo de la línea principal hasta la salida OUT, es limitado (por la impresión en papel); en este caso el numero máximo de contactos en serie es de 8, tal y como aparece en la figura. 4) Al haber una gran posibilidad de contactos (caracteres) por cada segmento, es preferible realizar un programa claro y comprensible con un número elevado de contactos que uno complicado como consecuencia de reducir el número de estos recuerda que el PLC tiene una gran posibilidad de acción interna programática, por lo tanto no debes limitar tu programa como lo haces con un circuito de lógica cableada. 5) No se puede conectar una salida directamente a una línea principal, en estos casos se intercalara un contacto cerrado o abierto cualquiera, la figura nos muestra el caso. 6) Después de una salida OUT no se puede colocar contacto alguno, tal y como en la figura aparece. 7) Los términos contacto abierto, normalmente abierto (NA) y contacto de cierre, significan lo mismo, y se refiere al contacto que esta en reposo esta abierto, o lo que es lo mismo, el paso de corriente a través de él no es posible. En el mismo sentido, el término contacto cerrado, normalmente cerrado y contacto de apertura también significa lo mismo y es el contacto que en estado de reposo se encuentra cerrado, o sea, el paso de corriente a través de él sí es posible. Las figuras reflejan lo expresado. 46 8) Contactos de Entrada. El número de contactos abiertos o cerrados que se puede utilizar en un programa, por cada una de las entradas, es limitado, o sea, se puede repetir el mismo número de contactos, cuantas veces queramos y tanto abiertos como cerrados. En la figura podemos apreciar esta posibilidad. 9) Contactos de Salida. El número de salidas, bobinas de salida o relés de salida OUT es fijo, por lo que se puede repetir un mismo número de salida, pero por el contrario, el número de contactos asociados a cada una de ellas y tanto abiertos como cerrados es igual que en el caso anterior, limitado. El ejemplo de la figura nos muestra lo expuesto. EJEMPLOS: En algunos PLC la instrucción LD (Load) es el equivalente a STR. Circuito Serie Circuito Paralelo 47 Circuito Paralelo Serie (Simple) 48 3 LOGO! SIEMENS "LOGO! es un módulo lógico universal para la electrotecnia, que permite solucionar las aplicaciones cotidianas con un confort decisivamente mayor y de menor gasto." Mediante LOGO! se solucionan cometidos en las técnicas de instalaciones en edificios y en la construcción de máquinas y aparatos (por ejemplo: controles de puertas, ventilación, bombas de aguas, etc.). Algunas características que lo hacen especial son: Certificaciones: VDE 0631, IEC 1131, cUL(us) ,FM, C-Tick Supresión de radio interferencias: EN 55011 (Clase B) Grado de protección: IP 20 (max. 95 % humedad) Temperatura ambiente: 0° a +55°C (en todas las posiciones de montaje!) (variantes SIPLUS -25°C - +70°C con condensación) Temperatura de almacenaje: -40°C to + 70°C Certificaciones de construcción de naves: GL, ABS, BV, LRS, PRS, DNV LOGO! es el módulo lógico universal de Siemens que incorpora: Control 49 Panel de mando y display retroiluminado Fuente de alimentación Interfaz para módulos de ampliación Interfaz para tarjeta de memoria, tarjeta de batería, tarjeta de memoria/batería combinada o un cable PC Interfaz para un visualizador de textos (TD) opcional Funciones estándar preconfiguradas, p. ej. retardo a la conexión, retardo a la desconexión, relé de impulsos e interruptor software Temporizadores Marcas digitales y analógicas Entradas y salidas en función del tipo de dispositivo LOGO! ofrece soluciones para aplicaciones domóticas y técnica de instalación (p. ej. alumbrado de escaleras, iluminación exterior, toldos, persianas, alumbrado de escaparates, etc.), así como para ingeniería mecánica y construcción de máquinas y aparatos (p. ej. sistemas de control de puertas, sistemas de climatización, bombas de agua no potable, etc.). LOGO! también puede implementarse para sistemas de control especiales en invernaderos o invernáculos, para el procesamiento de señales de control y, mediante la conexión de un módulo de comunicación (p. ej. AS-i), para el control distribuido “in situ” de máquinas y procesos. Para aplicaciones de producción en serie de máquinas pequeñas, aparatos y armarios eléctricos, así como en la técnica de instalación, existen versiones especiales sin panel de mando y display. PARTES PRINCIPALES 50 Lo primero que llama la atención del LOGO! es su tamaño. Cualquiera de sus modelos, permiten ser alojados en cualquier armario o caja con riel DIN normalizado. Por lo tanto son ideales para solucionar pequeños problemas de automatismos en instalaciones domésticas donde un autómata puede parecer un exceso. 51 Toda la programación se realiza, de una forma bastante sencilla, con las 6 teclas que están situadas en su panel frontal. La visualización del programa, estado de entradas y salidas, parámetros, etc., se realiza en una pequeña pantalla LCD de forma gráfica. La intensidad permanente en los bornes de salida varía según el modelo, siendo en todos los casos inferior a 10 A, por lo tanto si el poder de corte que necesitamos es mayor, están disponibles un contactores auxiliares, a 24 ó 230v, de hasta 25A, que puede ser alojado directamente en el riel del cuadro de protección. 52 Todos los modelos de LOGO! permiten ser conectados a un PC con un cable especial que distribuye la propia Siemens. La programación se realiza en un lenguaje gráfico de funciones. Existen 3 modos de funcionamiento: Modo Programación - Para elaborar el programa Modo RUN - Para poner en marcha el Logo! Modo Parametrización - Para modificar los parámetros de algunas de las funciones, tiempo, cómputo, relojes, etc. El modo parametrización resulta muy interesante ya que permite al usuario realizar los ajustes de la instalación sin modificar el programa. El técnico, en modo programación, decidirá cuales son los parámetros que el usuario pueda cambiar. Es decir que si desea que el tiempo de un temporizador no sea modificado, se puede configurar dicho bloque para que no esté disponible en la parametrización. 53 Las funciones básicas (and, or, nand, nor, etc.) son idénticas en todos los modelos. La funciones especiales, como relojes, temporizadores, etc., están limitadas en alguno de los modelos de gama baja. Limitaciones relacionadas con la capacidad de almacenamiento y magnitud del circuito: Entre una salida y una entrada es posible prever hasta 7 bloques en serie. Un programa no puede tener más de 50 bloques, aunque depende realmente del tipo de Logo! a utilizar. Si se utilizan varias funciones especiales el número de bloques se reduce correspondientemente. Las especificaciones Técnicas son: Dentro de las especificaciones técnicas podemos incorporar las gráficas correspondientes a la vida útil de los contactos según el tipo de carga a conectar: 54 3.1 CONCEPTO DE PROGRAMA ¿ Cuál es la principal diferencia entre la implementación de un sistema de control de la forma tradicional (cuadro de relés, hardware especial, etc.) y la implementación con Logo! ?. La diferencia es la misma que cuando una tarea relativamente compleja es realizada por varias personas trabajando a la vez, pasa a ser realizada por una sola persona. Si cada persona se encargaba de una parte pequeña de la tarea total (digamos: "Encienda el quemador si la temperatura baja de 60ºC y apáguelo si sube de 65ºC) podemos considerar que no será necesario entrenamiento ni instrucciones especiales para ejecutar esta parte del trabajo. Por el contrario, cuando una sola persona se encarga de todo el trabajo casi sin realizar, como trabajo. personas ninguna hacerlas, En y el trabajando caso, tenemos distintas subtareas Logo!, duda y la que hacer primer una en sola forman lista de o "en las un paralelo", atendiendo la tarea total. todas actividades a que sea imposible cumplir con el tenemos persona de lista caso caso simultáneamente una que requerirá equipo en segundo secuencialmente Esta única persona instrucciones el de que las representa usa al como recordatorio es el PROGRAMA del Logo!. De esta analogía, se pueden extraer algunas conclusiones adicionales. Primero: si la dinámica del proceso fuera tan rápida que cada una de las personas que lo atienden apenas alcanza a controlarlo, entonces no hay posibilidad de que una sola persona pueda hacer el trabajo de todas. Dicho de otra forma, el pasar de operación "en paralelo" o simultánea a operación serie o secuencial, impone condiciones a la velocidad de procesamiento del Logo!. Segundo, el Logo! no podrá atender situaciones en que se dependa de hacer dos o más cosas a la vez. 55 3.2 FUNCIONES DEL TECLADO El desplazamiento por los menús de LOGO! es a través de los cursores, según se muestra a continuación: 56 57 3.3 CONEXIONES DEL LOGO! CONEXIÓN DE LA ALIMENTACIÓN Al momento de conectar el Logo! a la red hay que tener en cuenta las siguientes indicaciones: 58 LOGO! ..... with DC supply LOGO! ..... with AC supply L+ L1 M N L+ M I1 I2 I3 I4 L1 I5 Protection with fuses if desired (recommended) for: 12/24 RC...: 0.8 A 24: 2.0 A N I1 I2 I3 I4 In case of voltage spikes, use varistor (MOV) with a min. of 20% more working voltage than the rated voltage. CONEXIÓN DE LAS ENTRADAS Las entradas I1, I2, I7 e I8 de las versiones de LOGO! 12/24RC/RCo y 24/24o pueden utilizarse como entradas digitales o analógicas. El modo de entrada se define en el programa de LOGO!. Las entradas I1, I2, I7 e I8 proveen entradas digitales y, las entradas AI3, AI4, AI1 e AI2 proveen entradas analógicas. AI3 corresponde al borne de entrada I1; AI4 corresponde a I2; AI1 corresponde a I7; AI2 corresponde a I8. La utilización de AI3 y AI4 es opcional. El LOGO! puede configurarse para que utilice dos o cuatro analógicas. Si I1, I2, I7 e I8 se utilizan como entradas analógicas, sólo está disponible el rango comprendido entre 0 y 10 V DC. 59 CONEXIÓN DE LAS SALIDAS El LOGO! está equipado con salidas de relé. Los contactos de los relés están aislados galvánicamente de la fuente de alimentación y las entradas. Requisitos para las salidas de relé Puede conectar diferentes cargas a las salidas, p. ej. Lámparas, lámparas fluorescentes, motores, contactores auxiliares, etc. CONEXIÓN DE LOS MÓDULOS DE EXPANSIÓN o AM2 Conectar un sensor de dos hilos al LOGO! AM 2 Cablee los hilos de conexión del sensor a dos hilos del siguiente modo: 1. Conecte la salida del sensor con la conexión U (medición de tensión de 0 a 10 V) o con la conexión I (medición de intensidad de 0 a 20 mA) del módulo AM 2. 2. Conecte la conexión positiva del sensor a la tensión de alimentación de 24 V (L+). 3. Conecte la conexión a masa del sensor a la entrada M correspondiente (M1 ó M2) del módulo AM 2. 60 o AM2 PT100 Puede conectar al módulo un termopar de resistencia Pt100 de 2 ó 3 hilos. En una conexión a 2 hilos es preciso cortocircuitar los bornes M1+ e IC1, o M2+ e IC2. En este tipo de conexión no se compensan los errores causados por la resistencia óhmica de la línea de medición. Una resistencia de línea de 1 Ω es proporcional a un error de medición de +2,5 °C. Una conexión a 3 hilos suprime la influencia de la longitud del cable (resistencia óhmica) en el resultado de medición. 61 o AM 2 AQ La figura muestra un ejemplo de cómo conectar la carga de tensión o intensidad. 3.4 PROGRAMACIÓN DEL LOGO! Programar significa crear un programa para el módulo LOGO! Basic. En esta unidad aprenderá a utilizar LOGO! con objeto de crear programas LOGO! para la aplicación. También se puede utilizar LOGO!Soft Comfort, que es el software de programación de LOGO! que permite crear, comprobar, modificar, guardar e imprimir programas rápida y fácilmente en un PC. El software de programación LOGO!Soft Comfort ofrece una completa. 62 3.5 REGLAS DE OPERACIÓN 63 64 3.6 OPERACIÓN DEL EQUIPO 65 3.7 CONECTORES / BORNES DE CONEXIÓN Las entradas se identifican con la letra I, más un número. Si aprecia el LOGO! desde el frente, los bornes de entrada se encuentran en el lado superior. Los módulos analógicos LOGO! AM 2 y AM 2 PT100 son los únicos que tienen las entradas en el lado inferior. Las salidas se identifican con la letra Q, más un número (en los módulos analógicos AM 2 AQ: AQ, más un número). En la figura, los bornes de salida se muestran en el lado inferior. El término ”conector” designa todas las conexiones y estados de LOGO!. Las E/S digitales pueden tener el estado de señal ’0’ o ’1’. El estado ’0’ significa que la entrada no tiene aplicada una tensión específica. El estado ’1’ significa que la entrada tiene aplicada una tensión específica. Los conectores ’hi’, ’lo’ y ’x’ se han implementado para facilitar la creación de programas: A ’hi’ (high) se asigna el estado ’1’. A ’lo’ (low) se asigna el estado ’0’. 66 No es necesario utilizar todos los conectores de un bloque. El programa asigna automáticamente a los conectores no utilizados un estado que garantiza el funcionamiento correcto del bloque en cuestión. Si lo prefiere, puede identificar los conectores no utilizados con una ’x’. Es una serie de bloques que permite establecer estados lógicos, monitorear y accionar elementos. o ENTRADAS Los bloques “I” representan las “puntas de entrada” de un LOGO!, se pueden aplicar hasta 12 entradas. o SALIDAS Los bloques “Q” son los operadores de salida de LOGO!, se pueden aplicar hasta 8 salidas. 67 o MARCAS Los bloques de marcas emiten en su salida la señal que se encuentra en su entrada. En LOGO! hay disponibles 24 marcas digitales M1 ... M24 y 6 marcas analógicas AM1 ... AM6. En los modelos OBA0 a OBA3 hay disponibles 8 marcas digitales M1 ... M8. A un bloque de marcas determinado se le puede asignar otro número de marca distinto mediante parametrización de bloques si el nuevo número no se utiliza en el programa. En la salida se encuentra siempre la señal del ciclo de programa anterior, ya que dentro de un bucle no se modifica su valor. Marca de arranque M8 La marca M8 está activada en el primer ciclo del programa de usuario y, por tanto, se puede utilizar como marca de arranque en el programa. Cuando transcurre el primer ciclo del procesamiento del programa, se pone a cero automáticamente. En todos los demás ciclos, la marca M8 se puede utilizar como las marcas M1 a M7. 3.8 FUNCIONES BÁSICAS Las operaciones combinacionales más comunes se realizan con los bloques de funciones básicas, conexión serie, paralelo, negación, etc. 68 Todas las funciones AND, OR, XOR, NAND y NOR tienen tres entradas y una salida. Si deseamos realizar operaciones con más de tres entradas, se conectan varios bloques en cascada. La función inversora, NOT, tiene una entrada y una salida. Y la función OR exclusiva (XOR) posee dos entradas y una salida. o AND La salida de una AND solo admite 1 si todas las entradas tienen 1. Entrada 1 0 0 1 1 El símbolo que lo representa: Entrada 2 0 1 0 1 Salida 0 0 0 1 El circuito de su analogía eléctrica: AND S 1 S x2 & H 1 69 S1 S2 H1 o OR La salida de una OR admite un estado 1 si al menos una de las entradas tiene el valor de 1. Si un pin de entrada n esta cableado, toma el valor de 0. Entrada 1 0 0 1 1 El símbolo que lo representa: Entrada 2 0 1 0 1 Salida 1 1 1 1 El circuito que representa su analogía eléctrica: OR S3 S 3 S x4 S4 > H 2 H 2 o NOT La salida toma el valor de 1 cuando la entrada tiene asignado el valor de 0, NOT invierte el estado de la entrada. E1 0 1 S 1 0 70 NOT S 1 1 S H K 1 H 1 o XOR La salida toma el valor de uno cuando las entradas son diferentes. Entrada 1 0 0 1 1 Entrada 2 0 1 0 1 Salida 0 1 1 0 XOR (Exclusive OR) S 1 S 2 S 1 =1 H 1 S 2 H 1 o AND CON ACTIVACIÓN POR FLANCO 71 La salida de la NAND con activación por flanco es 1, sólo cuando al menos una entrada esta en 0 y en el ciclo previo todas estaban en 1. Si un pin de entrada de este block no se conecta, asume automáticamente el estado 1. o NAND El diagrama del circuito siguiente indica que la lámpara H2 no se enciende, sólo en el caso de que todos los interruptores estén activados. El circuito mostrado se denomina lógica NAND. En otras palabras, S1 YS2 YS3 tienen que activarse para que la lámpara H2 no se encienda. La salida de la NAND es 0, solo cuando todas las entradas están en 1. Si uno de los pines de entrada de este block no se conecta, el estado que asume es automáticamente 1. 72 o NAND CON ACTIVACIÓN POR FLANCO La salida de la NAND con activación por flanco es 1, sólo cuando al menos una entrada esta en 0 y en el ciclo previo todas estaban en 1. Si un pin de entrada de este block no se conecta, asume automáticamente el estado 1. o NOR El diagrama del circuito siguiente muestra que la lámpara H1 sólo se enciende, cuando los contactos normalmente cerrados S1 YS2 YS3 no se activan. El circuito mostrado se denomina lógica NOR. En otras palabras, cuando S1 OS2 OS3 se activan, la lámpara NO se enciende. 73 La salida de la NAND es 1, sólo cuando todas las entradas están en 0. Tan pronto como una entrada se conmuta (estado 1), la salida se desactiva. Si un pin de entrada de este block no se conecta, asume automáticamente el estado 0. 3.9 PROGRAMACIÓN POR TECLADO 74 75 76 E.1 EJERCICIO - FUNCIONES BÁSICAS Veamos el siguiente circuito que consiste de 2 pulsadores: 1. Conecte el Logo! tal como se muestra en la figura, los dos pulsadores N/O se conectan a cada entrada I1 e I2. 2. Conecte un terminal del receptáculo a la salida de Q1 del Logo! y la otra línea de Q1 a la red de alimentación, en la otra terminal del receptáculo conecte el neutro. 3. Pídale al instructor que revise las conexiones antes de energizarlo. 4. Al energizarlo se presentará cualquiera de estas pantallas. La primera indica que hay un programa ejecutándose (a), si este fuera el caso, presione las teclas cursoras de la izquierda y la derecha junto 77 con la tecla OK simultáneamente para detenerlo y la segunda indica que está listo para ser programado (b). a. Si hay algún programa almacenado b. Si no hay programa: ejecutándose: SIEMENS SIEMENS I : 12345678 No Program Press ESC Q: 1 2 3 4 LOGO ! LOGO ! 5. Presione la tecla ESC, y elija la opción Program y después presione OK. SIEMEN S > Program PC/Card.. Clock.. Start LOGO ! 6. Si hay algún programa almacenado bórrelo con la opción Clear Prg y después continúe con Edit Prg. SIEMENS > Edit Prg Prg Name Clear Prg Password ESC OK LOGO! 230 RC 7. El desarrollo de la programación se desarrolla de atrás hacia delante. 78 I Q 1 Q I Introduzca los siguientes programas: 8. Posicione el cursor junto al bloque denominado Q1, presione OK, ahora con las teclas cursoras hacia abajo o arriba, busque el bloque siguiente, determinando primero si es función básica (GF), función especial (SF), bloque (BN) o terminal de conexión (Co), al encontrarlo presione OK y seleccione la función específica. En este caso es una SF, presione OK y luego busque la función RS, nuevamente presione OK. SIEMENS Q 1 LOGO! 9. Cuando termine, presione la tecla ESC, hasta que se visualice el menú con la opción START. Elíjala y presione OK. 79 10. Cuando esté en ejecución, presione los pulsadores conectados a las entradas. Compare el funcionamiento con las tablas de verdad de cada función. 11. Detenga la ejecución y modifique el programa, después pruebe su funcionamiento. E.2 APLICACIÓN DE FUNCIONES BÁSICAS En esta práctica se familiarizará con los dispositivos a usarse en las sucesivas prácticas de aplicaciones de automatización con Logo!, para esto se estudiarán algunas funciones básicas y especiales, como es su funcionamiento, su conexión, etc. Analice el circuito que se muestra en la figura. Trate de relacionar cada conexión del diagrama potencia con el diagrama de mando. 80 Diagrama de Potencia Diagrama de Mando DESCRIPCIÓN DE LA PRÁCTICA En esta práctica el estudiante se ambientará con los LOGO, identificando sus funciones, sus terminales de entrada y de salida, introducirá un pequeño programa dentro de un LOGO, para el control básico de un motor, siguiendo el procedimiento detallado. Desarrollará la práctica en tres partes, la primera es un arranque básico de motor con dos pulsadores encendido y apagado; la segunda ocupará un solo pulsador para encenderlo y apagarlo; y la tercera es un arranque y paro controlado por tiempo. MATERIAL Y EQUIPO A UTILIZAR 1. Un LOGO 230RC 2. Un Contactor 3. Motor trifásico 4. 2 Pulsadores N/O 5. Pinza 6. Navaja 7. Destornillador plano de 1/8” 8. Cable para conectar 81 DESARROLLO DE LA APLICACIÓN 1. Conecte el Logo! tal como se muestra en la figura, los dos pulsadores N/O se conectan a cada entrada I1 e I2. 2. Conecte la terminal de A1 de la bobina del contactor a la salida de Q1 del Logo! y la terminal A2, junto con la otra línea de Q1 a la red de alimentación. 3. Pídale al instructor que revise las conexiones antes de energizarlo. 4. Presione la tecla ESC, y elija la opción Program y después presione OK. 5. Introduzca el siguiente programa: 82 6. Cuando termine, presione la tecla ESC, hasta que se visualice el menú con la opción START. Elíjala y presione OK. 7. Cuando esté en ejecución, presione los pulsadores conectados a las entradas. Compare el funcionamiento con los circuitos de control de motores. E.3 APLICACIÓN DE FUNCIONES BÁSICAS A continuación se le presenta el diagrama de fuerza y control para armar el circuito de fuerza y control para armar el circuito de arranque de un motor trifásico de inducción con inversor de giro. Recuerde revisar su circuito antes de energizarlo ya que se podría producir un cortocircuito trifásico. 1. Arme el circuito mostrado en la figura siguiente: R (L1) S (L2) T (L3) 220 V 220 V 1 3 5 1 K1M F1F 3 5 K2M 2 4 1 3 5 2 4 6 U 6 V 2 4 6 K1M: CONTACTOR 1, EN UN SENTIDO DE GIRO K2M: CONTACTOR 2, EN OTRO SENTIDO DE GIRO FIF: RELE BIMETALICO U, V, W : TERMINALES DEL MOTOR W M 3o Diagrama de fuerza 83 2. Analice el diagrama de mando y el siguiente plano de funciones que controla la inversión de giro de un motor trifásico, determine el funcionamiento y simplifíquelo. R (L1) 60 Hz 220 Vac 95 F1F 96 98 SOA S1A K2M 3 13 4 14 11 12 A1 KIM A2 K1M S2A K1M 3 13 4 14 K2M 11 12 A1 K2M A2 S (L2) 3. Conecte el Logo! tal como se muestra en la figura, los dos pulsadores N/O se conectan a cada entrada I1 e I2. 84 4. Ponga en ejecución el LOGO! y compruebe el funcionamiento ¿Cuáles fueron las dificultades que tuviste al momento de realizar la práctica? ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ¿Cómo superaste esas dificultades? ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 3.10 FUNCIONES ESPECIALES Al crear un programa en LOGO!, los bloques de las funciones especiales se encuentran en la lista SF. 85 Puede negar las entradas de funciones especiales individualmente. En este caso, el programa convierte un “1” lógico en la entrada en un “0” lógico, o bien un “0” lógico en un “1” lógico. 3.10.1 FUNCIONES ESPECIALES TEMPORIZADAS o TEMPORIZADOR CON RETARDO A LA CONEXIÓN El diagrama del circuito siguiente muestra que el motor sólo parte al expirar el tiempo de retardo. Esta función se denomina Retardo a la Conexión. En otras palabras, el motor se encenderá después de un tiempo de retardo programado. 86 Descripción de la función: Ante una transición de 0 a 1en la entrada Trg, el temporizador se inicia. Si el estado de la entrada Trg se mantiene en 1 lo suficiente, la salida se pone a 1 tras la expiración del tiempo programado T. La salida sigue a la entrada con un retardo en la activación. La salida se reseta a 0 cuando el estado de la entrada Trg es 0. Si el estado de la entrada Trg cambia a 0 antes que el tiempo T haya expirado, el tiempo se resetea. El tiempo transcurrido también se resetea en caso de fallo de energización del equipo. o TEMPORIZADOR CON RETARDO A LA DESCONEXIÓN El diagrama del circuito siguiente muestra que el motor sólo se detiene luego de expirar el tiempo de retardo. En otras palabras, el motor se detendrá después de un tiempo de DESCONEXIÓN programado. 87 Descripción de la función: Cuando la entrada Trg se pone en 1, la salida Q conmuta instantáneamente a 1. Cuando el estado de la entrada Trg cambia de 1a 0, el temporizador queda activado. La salida se mantiene activa. Cuando el temporizador alcanza el valor configurado (Ta=T), la salida Q se resetea a 0. Cuando la entrada Trg se conmuta de Activa a Desactivada de nuevo, el temporizador Ta reinicia. La entrada R (Reset) se utiliza para resetear el tiempo Ta y la salida antes que el tiempo Ta haya expirado. o TEMPORIZADOR CON RETARDO A LA DESCONEXIÓN El diagrama del circuito siguiente muestra que: Cuando S1 está cerrado, el contacto K1 se cierra con un retardo de tiempo para darle partida al motor. Cuando S1 se abre, el contacto K2 se abre con un cierto retardo de tiempo para que el motor pare. Esta función se denomina Retardo a la Conexión / Desconexión. En otras palabras, el motor se conecta o desconecta con un retardo de tiempo programable. Descripción de esta función: El tiempo se inicia luego de la transición de 0 a 1 en la entrada Trg. Si el estado en la entrada Trg es 1 durante el tiempo TH, la salida se activa en 1 al expirar el tiempo TH (la salida sigue a la entrada con un retraso). Cuando el estado de la 88 entrada vuelve a 0, TL se inicia. Si el estado de la entrada Trges 0 durante el tiempo TL, la salida se ajusta a 0 tras expirar el tiempo TL. o TEMPORIZADOR CON RETARDO DE ACTIVACIÓN MEMORIZABLE El diagrama del circuito siguiente muestra que el motor M parte con un retraso tras presionar el pulsador S1. El pulsador S2 (normalmente cerrado)detiene al motor.Esta función se denomina Retardo de activación memorizable. Descripción de esta función: El tiempo transcurrido Ta se inicializa con una transición de 0 a 1 en la entrada Trg. La salida Q se setea a 1 cuando Ta alcanza el tiempo T. La salida Q sólo se resetea a 0 cuando el estado de la entrada R es 1. Entonces las siguientes activaciones en la entrada Trg no tienen influencias en la salida Q. o RELÉ DISIPADOR CON SALIDA DE PULSO El diagrama del circuito siguiente muestra que la lámpara H1 sólo se energiza, cuando el switch S1 se cierra, pero solo durante el transcurso del tiempo programado en T1. 89 Descripción de la función: Cuando la entrada Trg se setea en 1, la salida Q conmuta inmediatamente a 1. El tiempo transcurrido Ta se inicia al mismo tiempo en el LOGO! y la salida permanece activada. Cuando Ta alcanza el valor programado como T (Ta=T), el estado de la salida Q se reseta a 0 (salida del pulso). Ante una transición en la entrada Trg de 1 a 0 antes de que el tiempo programado expire, la salida realiza inmediatamente una transición de 1 a 0. o TEMPORIZADOR RELÉ DISPARADOR ACTIVADO POR FLANCO El diagrama del circuito siguiente muestra que la lámpara H1 permanece encendida durante el tiempo especificado en el temporizador T1 cuando se cierra el interruptor S1. Descripción de la función: El estado de la salida se activa en 1 luego que la entrada Trg se setea en 1. Al mismo tiempo el temporizador Ta se inicia. Cuando Ta ha alcanzado el valor especificado en T (Ta=T) el estado de la salida Q se resetea a 0 (salida de pulso). Si la entrada Trg cambia de nuevo de 0 a 1 (redisparo) antes que el tiempo especificado haya expirado, el tiempo Ta se resetea y la salida queda mantenida en estado activado. 90 o TEMPORIZADOR SEMANAL La salida se controla a través de una fecha específica de conexión y de desconexión. La función admite cualquier combinación de días de la semana. Ud. elige los días activos y deshabilita los días inactivos. Descripción de la función: Cada temporizador semanal tiene 3 levas (CAMs). Ustes puede configurar una histéresis de tiempo para cada leva. Dentro de los ajustes de la leva, elige el momento de específico de conexión y de desconexión. o TEMPORIZADOR ANUAL Descripción de la función: Cada temporizador anual tiene un timer de conexión y desconexión. Al momento específico de conexión, el temporizador anual activa la salida correspondiente. Al momento específico de desconexión, la desactiva. La fecha de desconexión especifica el día que la salida vuelve de nuevo a 0. Cuando usted elige la opción “Cada mes”, el temporizador anual activa o desactiva la correspondiente salida en el día específico, cada mes. 91 o GENERADOR DE PULSOS El perfil de pulsos de la salida se puede adaptar de acuerdo a una relación pulso / pausa. Descripción de la función: En sus parámetros se puede ajustar el período del pulso y el ancho de la pausa. Con la entrada INV usted puede invertir la salida. También puede adaptar el período de tiempo en segundos, minutos u horas. La base de tiempo de ambos parámetros puede ser independiente. La entrada al block INV solo niega la salida si se la habilita con EN. o GENERADOR ALEATORIO Con el generador aleatorio, la salida se conmuta dentro de un tiempo especificado. 92 Descripción de la función: Ante una transición de 0 a 1 en la entrada En, se inicializa un tiempo aleatorio, por ejemplo de entre 0 y 10 segundos. La salida se setea en 1 ante la expiración del tiempo de retardo de la conexión, si la entrada En esta en 1 al menos durante la duración del retardo a la conexión. El tiempo se resetea si el estado de la entrada En retorna a 0 antes que el tiempo de conexión haya expirado. Cuando la entrada En conmuta de 1 a 0, se inicia un tiempo de desconexión aleatorio de por ejemplo entre 0 y 15 segundos. El tiempo se resetea si el estado de la entrada En retorna a 1 antes que el tiempo de retardo a la conexión haya expirado. o INTERRUPTOR DE ALUMBRADO PARA ESCALERA El pulso de entrada (activado por flanco) inicia un tiempo específico. La salida se resetea tras la expiración de este tiempo. Antes que el tiempo expire (por ej. 15 s) se genera una desactivación de 1s de la salida como pre advertencia. Descripción de la función: Con una transición de 0 a 1 en la entrada Trg, se inicia la cuenta de tiempo y la salida Q se activa a 1. Por ej. 15 s antes que Ta alcance el tiempo T, la salida Q se resetea a 0 por un 1 s (tiempo configurable). Cuando Ta alcanza el tiempo T, la salida Q 93 se resetea a 0. Cuando la entrada Trg se conmuta de activa a desactiva antes que Ta expire, Ta se resetea (opción de redisparo). o PULSADOR DE CONFORT Este interruptor tiene 2 funciones diferentes: Salida de pulso con retardo a la desconexión. Interruptor (iluminación continua) Descripción de la función: La salida Q se setea en 1 con una transición de 0 a 1 en el estado de la entrada Trg. Cuando la entrada Trg cambia a 0 antes que expire el tiempo de iluminación continua, la salida se resetea a 0 con un tiempo de retardo de desconexión de por ejemplo 5 segundos. Con una transición de 0 a 1 en el estado de la entrada Trg y si el estado ’1’se mantiene por al menos la duración de por ej. 20 segundos, la función de iluminación continua se habilita y la salida Q se activa continuamente. Si la entrada Trg se conmuta de nueva de 0 a 1 y luego otra vez a 0, la salida Q se desactiva. 94 E.4 APLICACIÓN DE FUNCIONES ESPECIALES 1. Introduzca el siguiente programa: 2. Posicione el cursor junto al bloque denominado Q1, presione OK, ahora con las teclas cursoras hacia abajo o arriba, busque el bloque siguiente. En este caso es una SF, presione OK y luego busque la función RS, nuevamente presione OK. 3. Al encontrar la función, presione la tecla a la izquierda para seleccionar la terminal Trg, presione OK y luego busque la opción Co, presione OK y luego elija la entrada I1. 4. Cuando termine, presione la tecla ESC, hasta que se visualice el menú con la opción START. Elíjala y presione OK. 5. Detenga la ejecución y modifique el programa por este otro, después pruebe su funcionamiento. 6. Nuevamente modifique el programa ejecutándose por este: 95 ¿Cuáles fueron las dificultades que tuviste al momento de realizar la práctica? ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ¿Cómo superaste esas dificultades? ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ 96 4. SISTEMAS DE AUTOMATIZACIÓN CON PLC’S Y SUS INSTALACIONES ASOCIADAS Un controlador lógico programable es un equipo especializado utilizado para el control de máquinas y procesos. Por lo tanto, comparte con los típicos PC elementos tales como la unidad central de procesamiento, memoria, software y comunicaciones. A diferencia de un ordenador personal, aunque el PLC está diseñada para sobrevivir en un ambiente industrial rudo y ser muy flexible en la forma en que interactúa con las entradas y salidas al mundo real. Los componentes que hacen un trabajo de PLC se puede dividir en tres áreas básicas. La fuente de alimentación y en rack La unidad central de procesamiento (CPU) La entrada / salida (E / S) de la sección Los PLC vienen en muchas formas y tamaños. Pueden ser tan pequeños como para caber en el bolsillo de la camisa, mientras que una mayor participación de sistemas de control requieren grandes bastidores de PLC. Los PLC tipo compacto son típicamente diseñados con puntos de E / S fijos. Otro tipo utilizado es la modular, con los sistemas basados en rack. Se llama "modular" porque el rack puede aceptar muchos tipos diferentes de módulos de E / S que simplemente deslice en el rack y plug in. 97 LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN Y RACK Al eliminar todos los módulos, queda con sólo la fuente de alimentación y el rack. 98 El bastidor es el componente que mantiene todo junto. Dependiendo de las necesidades del sistema de control que se pueden pedir en diferentes tamaños para tener más módulos. Como un ser humano la columna vertebral de la rejilla tiene un backplane en la parte trasera que permite a las tarjetas para comunicarse con la CPU. La fuente de alimentación se enchufa en el bastidor y permite el suministro de alimentación de CC a otros módulos que se conectan en el rack. El más popular de trabajo con fuentes de alimentación de 120 VAC o 24 VDC. LA CPU El cerebro de todo el PLC es el módulo de la CPU. Este módulo normalmente vive en la ranura al lado de la fuente de alimentación. Fabricantes ofrecen diferentes tipos de CPU basadas en la complejidad necesaria para el sistema. La CPU consta de un microprocesador, chip de memoria y otros circuitos integrados a la lógica de control, vigilancia y comunicaciones. La CPU tiene diferentes modos de funcionamiento. En modo de programación se acepta la lógica de descargar de una PC. El procesador se coloca en el modo de ejecución para que pueda ejecutar el programa y el funcionamiento del proceso. 99 Un PLC es un controlador dedicado que ejecuta un programa de proceso una y otra vez. El ciclo a través del programa se llama Ciclo Scan y desarrolla un tiempo de exploración e implica la lectura de las aportaciones de los otros módulos, la ejecución de la lógica sobre la base de estos insumos y a continuación, actualiza los resultados en consecuencia. El tiempo de escaneo ocurre muy rápidamente (en el rango de 1/1000o de un segundo). La memoria de la CPU almacena el programa y al mismo tiempo la celebración de la situación de la I / O y proporcionar un medio para almacenar los valores. Start Scan Update Outputs Execute Program Logic Internal Checks Scan Inputs SISTEMA DE I / O El sistema de E / S proporciona la conexión física entre el equipo y el PLC. Abriendo las puertas de una E / S tarjeta revela una terminal donde se observan los dispositivos de conexión. 100 Hay muchos tipos diferentes de tarjetas de E / S que sirven para acondicionar el tipo de entrada o de salida por lo que la CPU puede utilizarlo para su lógica. Es simplemente una cuestión de determinar lo que los insumos y los productos son necesarios, llenando el rack con las tarjetas y a continuación, abordar correctamente en el programa de las CPUs. ENTRADAS Dispositivos de entrada pueden consistir en dispositivos digitales o analógicos. Una tarjeta de entrada digital se ocupa de dispositivos discretos que dan una señal de que está encendido o apagado, como un pulsador, interruptor, los sensores o conmutadores. Una tarjeta de entrada analógica se convierte un voltaje o corriente (por ejemplo, una señal que puede ser desde 0 a 20 mA) en un número equivalente digital que puede ser entendido por la CPU. Ejemplos de dispositivos analógicos son transductores de presión, medidores de flujo y de temperatura para termopares. SALIDAS Dispositivos de salida también puede consistir en digital o analógico tipos. Una tarjeta de salida digital o bien se convierte en un dispositivo o desactivar tales como luces, LEDs, motores pequeños, y relés. Una 101 salida analógica de la tarjeta de convertir un número digital enviado por la CPU a su mundo real de voltaje o corriente. Productos típicos de las señales pueden ir desde 0-10 VDC o 4-20mA y se utilizan para conducir el flujo másico controladores, reguladores de presión y la posición de los controles. CONEXIÓN DE PLC OMRON TIPO COMPACTO Las especificaciones técnicas del modelo CPM1A de OMRON son las siguientes: 102 103 104 105 Cada PLC es básicamente un sistema microcontrolador con periféricos que pueden ser entradas digitales, salidas digitales o salidas a relés. Observando el modelo CPM1A podemos identificar las siguientes partes: Sobre la superficie se pueden observar 4 LED indicadores y una conexión para puerto RS232c, cada entrada y salida posee un LED indicador de activación. Las terminales L1 y L2 reciben la alimentación eléctrica de 80 a 240 VAC, así como los terminales de alimentación de una fuente de alimentación de 24 VDC para conectar algún sensor. La activación de las salidas del PLC se realizan a través de un fototransistor y las terminales de los contactos están entre los puntos A y B. 106 El estado de estos contactos es determinado por el CPU a través de bits de memoria apropiados, por ejemplo IR0010. Un ejemplo de conexión se muestra a continuación, se conectan 4 luminarias a un mismo voltaje, hay que hacer notar que las terminales denominadas COM, están conectadas entre sí. 107 La conexión de las entadas también son optoacopladas, y se alimentan a 24 VDC, contando con una terminal común y las terminales para los sensores, switch y otros elementos. 108 CONEXIÓN DE LOS PLC SIEMENS 109 110 ORGANIZACIÓN DE LA MEMORIA Y DIRECCIONAMIENTO PARA PLC OMRON Una matriz de memoria (también referida como MAPA DE MEMORIA o MAPA DE I/O) es un diagrama de la memoria del programa del PLC, y los datos de dirección. Las SECCIÓNES (Áreas) son definidas por rangos de direcciones. Por ejemplo, hay áreas especiales de memoria para Temporizadores/Contadores, Relés Auxiliares, Memoria de Datos, etc.. El tamaño de cada área de memoria se mide en términos de PALABRAS (WORDS). Cada Palabra está compuesta de un número fijo de bits. Por ejemplo, el área de los HOLDING RELAYs (HR) es de 10 canales x 16 bits, mientras el área de Temporizadores/Contadores está compuesta por 512 canales x 16 bits. Estas y otras áreas de memoria forman bloques especiales de memoria que deben ser diseccionados por su ubicación. Una dirección es una ubicación específica de memoria en la memoria del PLC. Las direcciones pueden ser pensadas como una de las siguientes: un punto de E/S, un Temporizador/Contador, una ubicación de almacenado de datos, un relé interno de propósito especial, etc.. Se asigna un número de referencia a cada ubicación de memoria. Una dirección puede contener información de programa (tales como instrucciones) o datos. Las instrucciones generalmente tienen de 1 a 4 palabras de largo. Una instrucción se guarda en una dirección, sin importar el largo. Consecuentemente, el máximo número de direcciones disponibles cambia con el número y tipo de instrucciones usados en un programa. Cada área de memoria está definida por un cierto rango de direcciones. El rango de direcciones se refiere a un área de datos simple usado para puntos de E/S y almacenamiento de datos internos. El rango de direcciones es accesible punto a punto o entero. Por consiguiente, las direcciones se expresan como canales o combinaciones de canales/bits. 111 Las áreas especiales, como los Holding Relays (HR), Link Relays (LR), Data Memory (DM) y Auxiliary Relays (AR), tienen direcciones de 4 dígitos, que están precedidas de una apropiada abreviatura. Por ejemplo, H0000 especifica: Holding Relay, Canal 00, Bit 00. Los Contadores y Temporizadores tienen direcciones de 3 dígitos que representan solamente números de canal. DIRECCIONAMIENTO DE PUNTOS DE E/S Todos los PLCs de la serie C usan números de 4 o 5 dígitos para identificar los puntos de entrada y salida. Este número se denomina Dirección. Para identificar una entrada desde un dispositivo del mundo real, tal como un final de carrera, usted necesita conocer qué dirección de entrada se está 112 usando para identificar esa entrada. Una vez se haya establecido esto en el programa del PLC, la entrada se identifica por su dirección. DIRECCIONAMIENTO DE LOS CANALES Las direcciones se componen de 2 partes: el CANAL y el BIT. El CANAL (Word) se define como un grupo de 16 bits que pueden ser manipulados como una unidad. En los controladores OMRON un canal siempre tiene 16 bits de longitud. La tabla muestra que el número de canal puede tener 2 o 3 dígitos de largo. El número de bit siempre tiene 2 bits de largo. Los paquetes de software para programación de autómatas convierten un ordenador personal en un equipo de programación específico, aprovechando sus potentes recursos de interfaz con otros sistemas (impresoras, otros PC) y con el usuario (teclado, monitor), y el bajo precio del hardware debido a la estandarización y generalización de uso de los ordenadores compatibles. Esta opción (PC+software) constituye, prácticamente la totalidad de equipos de programación utilizados por los programadores de autómatas. Los requisitos de hardware y software exigidos para instalar sobre el PC un entorno de programación de autómatas suelen ser, en general, muy ligeros, sobre todo cuando la instalación se realiza sobre sistema operativo DOS, hoy en día con Windows o Windows XP; estos presentan exigencias algo más duras en cuanto al hardware necesario en el PC, aunque en la práctica quedan cubiertas si el equipo está ya soportando el entorno Windows. El paquete de programación se completa con la unidad externa de conexión (Computer Link Interface) que convierte y hace compatibles las señales físicas entre la salida serie estándar de PC (RS-232C, RS-422/485) y el puerto de conexión de la consola del autómata, canal usualmente utilizado también para la conexión con el PC. El acceso a las diferentes ramas se hace bien de forma secuencial, recorriendo los troncos del menú, bien de forma directa, presionando las teclas de función correspondientes. 113 Si el paquete está corriendo bajo Windows, los menús aparecen desplegados en forma de íconos y el usuario se mueve por ellos utilizando el mouse en la forma habitual: activar / desactivar funciones, arrastrar, cortar y pegar bloques de programa sobre el listado o desde / hacia el portapapeles, etc. El núcleo principal de estos de estos paquetes de programación lo constituye el editor o editores disponibles, que permite la introducción del programa, y el monitor sobre autómata, que permite la verificación de su funcionamiento. Permite insertar, borrar, sustituir, buscar, importar o exportar a disco o memoria, etc., instrucciones, símbolos de programa o programas completos, con filtros sintácticos que entregan mensajes de error o advertencia si se cometen errores durante la edición o compilación del programa fuente obtenido. Una secuencia típica de trabajo desde un PC convertido en equipo de programación sería la siguiente: 1. Arranque del software de programación, contenido en disco o disquete. 2. Configuración de la aplicación, nombre de la misma, documentación general, tipo del autómata, etc. 3. Edición y compilación del programa, con los símbolos y etiquetas utilizados. 4. Listado del programa, para documentación y trabajo. 5. Transferencia del programa al autómata en alguna de las formas usuales, a saber, directamente en la planta, mediante volcado previo en la consola, o a distancia sobre una red de comunicaciones. 6. Monitorización y depuración del programa, en un proceso iterativo de edición, compilación, transferencia y monitorización que acaba cuando éste funciona correctamente. 7. Impresión de la documentación final del proyecto, y copia de seguridad en disco o disquete. PROGRAMACIÓN DE PLC OMRON Para la programación de un PLC de la serie OMRON, se tienen dos alternativas: usar un programador manual o utilizar el software de programación, un software en ambiente Windows compatible con la serie CQM1, CPM1 y el CPM1A. Dependiendo de la versión adquirida el software puede comunicarse con el PLC por un puerto serie usando un cable y un convertidor RS232 o por medio de una conexión en red Ethernet (solo PLC provisto de un módulo de comunicación Ethernet ). El CX-Programmer es paquete de software para los autómatas programables SYSMAC Serie C de OMRON. Instalado en un ordenador personal, el CX-Programmer permite la creación de programas para PLC. También permite visualizar listados de gran utilidad cuando el ordenador trabaja de forma off-line (sin comunicación con el PLC). Con el ordenador conectado al autómata, se pueden monitorizar las condiciones 114 de operación de este, así como leer sus datos. El CX-Programmer es también una potente herramienta de programación tanto en diagrama de relés como en nemónico. En modo diagrama de relés además del programa se pueden visualizar comentarios de E/S. Además el CX-Programmer permite conectar y monitorizar varios autómatas en un solo ordenador. En cualquier caso, una vez que se ha establecido la comunicación, el PLC con respecto al programador se puede encontrar en uno de los siguientes estados: OFF LINE: en este estado no hay comunicación con el PLC, aunque haya una conexión física. Este estado no se puede ver el efecto de las diferentes señales de entrada/salida en el código escalera en pantalla, ni hacer cambios al código. Se usa cuando se va a desarrollar un programa sin que haya un PLC conectado al programador. MONITOR: en este estado hay comunicación con el PLC, pero no se pueden hacer modificaciones de ningún tipo al código del programa o a la memoria del PLC. Se usa para monitorear el efecto de las señales de entrada sobre las salidas sin alterar el código escalera. ON LINE: es el modo normal para desarrollar programas. En este modo se pueden introducir nuevas líneas de programa, enviarlas al PLC, probarlas para ver los efectos inmediatamente, modificar los valores en los registros del PLC, etc. El PLC por otra parte, independientemente de que haya o no una conexión hacia un programador puede encontrarse en dos modos de operación. Note que el estado de operación del PLC se indica en el panel frontal del mismo por medio de un diodo LED. RUN: El programa del usuario presente en la memoria del PLC se encuentra en ejecución y éste responderá a las entradas generando señales de salida de acuerdo a la lógica programada. Este es el modo normal de operación del PLC. STOP: En este modo el PLC no ejecuta el programa de aplicación del usuario, únicamente el sistema operativo se encuentra activo. Este modo se usa para transferir un programa nuevo a la memoria del PLC, el cual se escribe siempre sobre el programa anterior. 115 EJECUCIÓN DEL PROGRAMA CX-PROGRAMMER. En este punto aparecerá la pantalla del software como se muestra en la figura. Se dispone de una barra de menú, barra de íconos, área del editor del diagrama de escalera o relés (ladder), ventana de resultados de compilación, búsqueda o transferencia y ventana de visualización del contenido de las variables (ventana de vigilancia) y la carpeta de proyecto. VENTANA DE PROYECTO EDITOR DE DIAGRAMAS DE RELÉS VENTANA DE SALIDA Para acceder al área de trabajo es necesario crear un proyecto nuevo o abrir uno ya creado. La carpeta de proyecto agrupa varios tipos de editores necesarios para la completa elaboración del proyecto. Cada uno de ellos tiene un menú contextual al que se puede acceder con el clic derecho del mouse. 116 En la tabla de especificaciones puedes observar el equivalente y numeraciones de los relés de salida y de las numeraciones de entrada para cada uno de los dos PLC´s con los que puedes trabajar (numeración que se utiliza en CXP). 117 118 119 120 Comprobaremos las instrucciones básicas de programación de los PLC, para ello será necesario conectar algunos pulsadores y luces en las entradas y salidas. 121 Las instrucciones básicas son las siguientes: INSTRUCCIÓN OR Escriba el siguiente programa: Compruebe el funcionamiento completando la siguiente tabla de verdad: 0.00 0.01 0 0 0 1 1 0 1 1 10.00 INSTRUCCIÓN AND Escriba el siguiente programa: 122 Compruebe el funcionamiento completando la siguiente tabla de verdad: 0.00 0.01 0 0 0 1 1 0 1 1 E.5 10.00 UTILIZACIÓN DEL SOFTWARE PARA UTILIZAR EL SOFTWARE 1. Cargue el software CX-Programmer haciendo clic en el icono 2. Para crear un nuevo proyecto ( ) es necesario seleccionar un PLC y una red de comunicación. 3. Como nombre de dispositivo se elige el nombre que se quiera dar al PLC. En este tipo de dispositivo se elige la familia del autómata, y en se selecciona el modelo particular de esa familia. Del mismo modo se opera en el caso del tipo de red, comúnmente es SYSMAC WAY con comunicaciones en el puerto COM1. 4. El desarrollo del diagrama de escalera inicia colocando los símbolos necesarios según corresponda en un diagrama especificado anteriormente, para lo cual se identifican sus elementos y luego con el mouse se hace clic según corresponda. 123 CONTACTO N/A CONEXION VERTICAL Y HORIZONTAL INSTRUCCIONES CONTACTO N/C SALIDAS N/O, N/C 5. Escriba el nombre o dirección de cada elemento y si lo desea escriba un comentario del programa en el espacio indicado para indicar la función a realizar. 6. Los temporizadores y contadores son tratados en CX-Programmer como cualquier otra instrucción avanzada. Para insertar una función haga clic en el icono correspondiente. 124 Escriba el nombre o código de la función de la instrucción junto con los parámetros requeridos. Opcionalmente se puede elegir Buscar instrucción para que aparezca una segunda ventana con las funciones disponibles. 7. Después que lo ha terminado compílelo haciendo clic en el botón comunicación con el PLC. Haga clic en el icono iconos de transferencia. , guárdelo y establezca . Si hay comunicación se podrán habilitar los 125 MODO PROGRAMA MODO MONITOR TRANSFERIR AL PLC TRANSFERIR DEL PLC MODO RUN MODO DEPURACIÓN 8. Transfiera su programa al PLC y póngalo en modo RUN. 9. Después de comprobar el funcionamiento, quite la comunicación haciendo clic en el mismo icono . 10. Despliegue el menú Ver y alterne entre las opciones siguientes: 12. Verifique si es posible imprimir el diagrama de escalera y el listado de mnemónicos. Ahora utilizaremos algunas instrucciones para la aplicación del control de un motor. 126 El diagrama completo, independientemente de la marca de PLC, es así: Para ello escriba y compruebe cada uno de los siguientes programas: a) Instrucciones básicas b) Instrucciones SET y RSET 127 c) Instrucción KEEP 128 “MANEJO DE INSTRUCCIONES ESPECIALES DE MAYOR APLICACIÓN” La mayoría de PLC cuenta con funciones de temporización y conteo, las cuales son de gran utilidad en el desarrollo de programas secuénciales en los que requiere de algún tipo de conteo o medición de la duración de eventos. Los valores o datos asociados a la operación de estas funciones son retentivos ante el corte de alimentación al PLC. Los PLC Omron disponen de un amplio repertorio de instrucciones de programación, con las que se pueden programar fácilmente las maniobras más complejas. Estas instrucciones se dividen en categorías por operación. Refiérase a su manual de programación, para mayor detalle de las mismas. El control de un proceso secuencial involucra un sistema de control de lazo cerrado de ciclos infinitos, debe de poseer la capacidad de restablecerse al ocurrir un fallo de alimentación, sin producir condiciones no deseadas. TIMER (TIM) Un temporizador es un dispositivo capaz de retardar una orden de salida (activación o desactivación) durante un cierto tiempo, en respuesta a una señal de mando de entrada. Para su programación, los temporizadores necesitan definir tres campos: Nombre de la función, que define el tipo de temporizador a utilizar. Número de elemento, que indica su dirección en variable interna (un elemento dado sólo puede programarse una vez por programa). Parámetros de preselección, que concretan el valor total de la temporización. En muchos autómatas la base de tiempo está predefinida por el fabricante (normalmente en décimas de segundos), por lo que no es necesario indicarla en la programación. 129 Los parámetros de preselección pueden ser modificados durante la puesta a punto o durante la ejecución, incluso con el autómata en RUN. Estas modificaciones son activas mientras el autómata se mantiene bajo tensión, recuperando los valores por defecto (en el programa) en cada puesta en marcha. Es muy frecuente que el lenguaje empleado disponga únicamente en su configuración más simple de la función de retardo a la conexión, aunque las demás puedan obtenerse a partir de ella. Las funciones más comunes son los retardos a la conexión y retardo a la desconexión, observe las figuras siguientes: En los modelos OMRON; el timer realiza la operación de un temporizador con retardo a la conexión en unidades de 100mseg. El tiempo seleccionado puede estar comprendido entre 0 y 999.9 seg. El temporizador utiliza las instrucciones TIM y TIMH. Las direcciones de memoria establecidas para temporizadores y contadores para el CPM1 van desde la 000 hasta la 127, es decir cuenta con 128 temporizadores o timer, tomando en cuenta que no pueden existir timer y contadores con la misma dirección. El temporizador comienza la operación cuando el contenido del registro R es 1 y se resetea cuando el contenido es 0. Un contacto temporizado designa el número de temporizador, se puede utilizar ambos tipos de contacto: NA y NC. 130 El temporizador trabaja descontando, produciendo una salida cuando el valor actual (tiempo restante) es 0000, cuando se resetea vuelve al tiempo seleccionado. Ejemplo: CONTADOR (CNT) Un contador es un dispositivo capaz de medir (contar) el número de cambios de nivel en una señal de entrada, activando una señal de salida cuando se alcanza un valor prefijado. Están definidos por dos tipos de contadores: Contador decreciente, que descuenta el número de impulsos del valor prefijado. Contador bidireccional (UP/DOWN), que acumula la diferencia entre los pulsos recibidos por sus entradas de cuenta ascendente y cuenta descendente. 131 Los bloques funcionales contadores definidos sobre autómatas, disponibles en todos los tipos anteriores, necesitan para su programación de los siguientes campos: Nombre de la función, que distingue entre los contadores incrementales o bidireccionales. Número de elemento, que indica su dirección en variable interna. Puesto que los temporizadores y los contadores son conceptualmente muy semejantes (el valor de cuenta cambia en cada impulso externo, mientras que en los temporizadores avanza según un reloj interno), muchos autómatas disponen de un área común para ubicarlos, y la dirección o número de elemento puede ser atribuida a uno u otro, aunque no a ambos simultáneamente en un mismo programa. Parámetros de selección, que indican el valor a alcanzar por el contador antes de activar la salida (módulo de cuenta, en los contadores incrementales), o el valor de carga cuando se activa la señal de validación (preselección, en los contadores bidireccionales). Además, el bloque contador necesita de algunas señales asociadas, como son las entradas de pulso para conteo, y las señales de habilitación o reset. Estas siempre son prioritarias sobre las entradas de pulso. El conteo de la señal de entrada se hace habitualmente por flanco o frente ascendente, de forma que sea cual sea la duración del impulso, el contador solo cuenta la transición o cambio de estado. Para el equipo OMRON, los contadores CNT son contadores decrecientes en un conteo a la vez correspondiente a la señal de entrada de OFF a ON. El contador se programa introduciendo la entrada, la entrada de reset, el número de contador y el valor fijado, el valor fijado puede estar en el rango de 0000 a 9999. 132 El contador decrementa, produciendo una salida cuando el valor del conteo es 0000. Cuando se aplica una entrada de reset, el valor actual de conteo toma el valor preseleccionado. Una vez alcanzado este valor, se ignoran las siguientes entradas de conteo. Ejemplo: Aplicación de contador CONTADOR REVERSIBLE – CNTR CNTR(12) es una instrucción de contador reversible. Al igual que CNT necesita un número de TC y un SV. Se conecta también a varias líneas de instrucción que sirven como señal(es) de entrada y de reset. CNTR(12) es un contador reversible, es decir se utiliza para contar entre cero y SV de acuerdo con los cambios en dos condiciones de ejecución, la entrada de contaje adelante (II) y la entrada de contaje atrás (DI). El valor presente (PV) aumentará en uno cuando se ejecute CNTR(12) con una condición de ejecución ON para II y la última condición de ejecución para II sea OFF. El valor presente (PV) disminuirá en uno siempre 133 que se ejecute CNTR(12) con una condición de ejecución ON para DI y la última condición de ejecución para DI sea OFF. Si la transición de OFF a ON se produce en ambas entradas II y DI, el PV no cambiará. Si las condiciones de ejecución no han cambiado o lo han hecho de ON a OFF para ambas II y DI, el PV de CNT no cambiará. El contador reversible realiza la operación de contador cíclico: en contaje descendente, de 0000 pasa al SV y se pone a ON el indicador de finalización hasta que el PV se descuente de nuevo. En contaje ascendente, del SV se pasa a un PV 0000 y el indicador de finalización se pone a ON hasta que se incremente de nuevo el PV. CNTR(12) se resetea con la entrada de reset, R. Cuando R pasa de OFF a ON, el PV se resetea a cero. No se realiza ningún contaje mientras la entrada de reset está en ON. El PV de CNTR(12) no se reseteará en secciones de programa enclavado o por cortes de alimentación. Los cambios en las condiciones de ejecución de II y DI, el indicador de finalización y el PV se muestran en la siguiente figura: Limitaciones: Cada número de TC se puede utilizar como el definidor en sólo una instrucción TIM o CNT. Los números de TC van de 000 a 511 en los PLCs CQM1 y de 000 a 127 en los PLCs CPM1/CPM1A/SRM1. Precauciones: La ejecución del programa continuará incluso aunque el SV utilizado no esté en BCD, pero el contaje puede no ser exacto. 134 Ejemplo: KEEP (FUN11) Un biestable es un dispositivo capaz de mantener indefinidamente su estado a 0 o 1 mientras el autómata permanezca en RUN y no se ordene un pulso de mando que lo modifique. Por esta definición, el biestable es el elemento secuencial más sencillo, capaz de mantener un mismo estado lógico para distintas combinaciones de sus entradas de mando: como este estado depende de la secuencia de valores de entrada, y o de su combinación actual, se dice que el elemento posee memoria y, en efecto, en muchos lenguajes de autómata se denomina a esta función célula o relé de memoria Keep relay. 135 La permanencia del biestable en un estado automantenido se debe a la presencia de una realimentación interna, definida por el usuario si construye la función a partir de elementos combinacionales estándar, o transparente para él si utiliza el bloque funcional propuesto por el fabricante. El biestable se utiliza típicamente como unidad de memoria, capaz de recordar el estado de una señal aunque ésta haya sido de muy corta duración (pulso). Esta instrucción se puede utilizar para crear un relé de enclavamiento que se utiliza de la misma forma que un circuito de relés. El set se activa cuando el contenido del registro S es 1 lógico y se apaga cuando el contenido del registro R es 1, el reset predomina sobre el set. 136 COMPARE - CMP(20) La instrucción CMP(20) compara el contenido de dos informaciones numéricas de 16 o 32 bits, activándose una señal específica sobre satisfacer la condición precedente. Dependiendo de la relación de las dos palabras, la salida puede estar: Cp1 es igual a Cp2 – el bit de control EQ en el área de memoria SR cambia a ON. Cp1 es menor que Cp2 – el bit de control LE en el área de memoria SR cambia a ON. Cp1 es mayor que Cp2 – el bit de control GR en el área de memoria SR cambia a ON. Flag Address Cp1<Cp2 Cp1=Cp2 Cp1>Cp2 GR 25505 OFF OFF ON EQ 25506 OFF ON OFF LE 25507 ON OFF OFF Las comparaciones que incluyen los valores actuales de un timer o de un contador requiere valores en formato BCD. Las banderas GR, LE y EQ deben insertarse inmediatamente después de la instrucción CMP(20), porque otra instrucción puede afectar sus estados. Ejemplo: Cuando el estado del bit de control IR000.00 cambia a ON, la condición para comparar los valores de las posiciones de memoria IR200 e IR201 se satisface. Si el valor de IR200 es mayor que IR201, el estado del bit IR010.00 cambia a ON. Si el valor de IR200 es menor que IR201, el estado del bit IR010.02 cambia a ON. En caso de que los valores sean iguales en las localizaciones IR200 e IR201, el estado del bit IR010.01 cambia a ON. 137 EJERCICIOS Las instrucciones a utilizar son algunas de las más esenciales al momento de realizar un diagrama de control lógico, se podrá dar cuenta al momento de realizar su análisis que es igual que un diagrama lógico con compuertas TTL, con una diferencia en la forma de representación. En esta guía cargara el programa, y procederá a comprobarlo por medio de la simulación en el PLC. Realice los siguientes pasos, en el orden como se enumeran a continuación: 1. Haga un nuevo programa para los modelos correspondientes, esto lo puede configurar en la ventana siguiente: 2. Cargue el software CX-Programmer haciendo clic en el icono 3. Escriba los siguientes diagramas de escalera. 138 a) Realice el siguiente ejemplo utilizando la instrucción del contador: b) Escriba el siguiente programa de usuario y compare el funcionamiento de las instrucciones CNT y CNTR: c) Una aplicación de combinación de instrucciones de comparación y contadores es la siguiente: 139 d) Escriba algunas aplicaciones utilizando las instrucciones de temporización Este programa utiliza la instrucción TIM, para la aplicación conocida como Single Shot Circuit, coloque la instrucción END al final del diagrama. Este otro utiliza la instrucción CNT, para la aplicación conocida como Long Time Timer Circuit, coloque la instrucción END al final del diagrama. 140 Otra aplicación es el circuito llamado flicker. Una variación puede ser utilizar el relé auxiliar 25400 de un minuto de duración. 141 X. REFERENCIAS “AUTÓMATAS PROGRAMABLES”, Joseph Balcells / José Luis Romeral, Mc Graw Hill “AUTÓMATAS PROGRAMABLES”, Porras / Montanero, Mc Graw Hill “AUTÓMATAS PROGRAMABLES”, OMRON “CQM1 PROGRAMMABLE CONTROLLERS. USER’S MANUAL”. OMRON “AN INTRODUCTION TO PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLERS”. OMRON “PROGRAMACIÓN DE AUTÓMATAS INDUSTRIALES OMRON”. Vicente Llanodosa, Ferman Ibáñez. Editorial Marcombo DIRECCIONES URL: http://www.ordenatas.es/automata/aplicaciones.htm http://www.plcs.net/index.shtml http://www.geocities.com/SiliconValley/Bay/8507/index.html http://www.iaf.es/enciclopedia/ger/automas.htm http://www.vasertel.es/alex/plc1.htm http://www.zaraempleo.org/defor/cursos/3.html http://teleline.terra.es/personal/tarresai/hmi.htm 142