Fundamentos de los PLCs

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1 Fundamentos de los PLCs Esta es una traducción libre del inglés al castellano del título original Basics of PLCs de la Serie STEP de SIEMENS Rolando Ariel Ricon, Queda prohibida la reproducción total o parcial sin la autorización del autor. Ley /09/09 Rolando Ariel Ricon 1

2 Introducción Bienvenidos a otro curso de la serie STEP de Siemens De Educación Profesional Técnica, destinado a preparar a nuestros distribuidores para vender Siemens Energy & Automation Products en forma más eficaz. Este curso cubre los fundamentos de los PLC. Al término de Fundamentos de PLC debe ser capaz de: Identificar los principales componentes de un PLC y describir sus funciones Convertir los números de decimal a BCD, binario y hexadecimal Identificar los insumos típicos discretos y analógicas y salidas Identificar las diferencias fundamentales de los distintos modelos de la serie S Identificar los tipos de módulos de expansión disponibles para S7-200 PLC Describir los tipos de programación disponibles para el S7-200 Describir el funcionamiento de funciones de programa de uso común tales como temporizadores y contadores Identificar el manual adecuado para referirse a la programación o a la instalación de un PLC S7-200 Este conocimiento nos ayudará a entender mejor al cliente. Además, usted tendrá mayor capacidad para describir productos a clientes y determinar las diferencias importantes entre los productos. Debe completar Conceptos básicos de electricidad antes de intentar Conceptos básicos de los PLC. La comprensión de muchos de los conceptos cubiertos en Fundamentos de la electricidad es necesaria para Fundamentos de la PLCs. Además, usted puede desear completar Fundamentos de Componentes de Control. Los productos incluidos en los Principios Básicos de Control de Componentes se utilizan con los controladores de lógica programable. Si usted es un empleado de Siemens y Automatización o distribuidor autorizado, llene el examen final. Le enviaremos un certificado de finalización. Buena suerte con sus esfuerzos. Siemens es una marca registrada de Siemens AG. Los nombres de productos mencionados pueden ser marcas comerciales o marcas comerciales registradas de sus respectivas compañías. Las especificaciones están sujetas a cambios. 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 2

3 PLC Un controlador lógico programable (PLC), también conocido como controlador programable, es el nombre dado a un tipo de ordenador de uso común en el control comercial e industrial. Los PLC difieren de computadoras de la oficina en los tipos de tareas que realizan y el hardware y el software que requieren para realizar estas tareas. Mientras que las aplicaciones específicas varían ampliamente, todos los PLC supervisan las entradas y otros valores de variables, toman decisiones basadas en un programa almacenado, y controlan salidas para automatizar un proceso o una máquina. Es intención de este curso proporcionarle información básica sobre las funciones y configuraciones de los PLC con énfasis en el PLC S Funcionamiento básico de un PLC Los elementos básicos de un PLC incluyen módulos de entrada o de puntos, una unidad de procesamiento central (CPU), módulos de salida o puntos, y un dispositivo de programación. El tipo de módulos de entrada o de los puntos utilizados por un PLC depende de los tipos de dispositivos de entrada utilizados. Algunos módulos de entrada o de puntos responden a las entradas digitales, también llamados entradas discretas, que son encendidos o apagados. Otro módulos responden a las señales analógicas. Estas señales analógicas representan las señales de una máquina o proceso como una gama de tensiones o corrientes. 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 3

4 La función principal del circuito de entrada de un PLC's es la de convertir las señales proporcionadas por diversos interruptores y sensores en señales de lógica que puedan ser utilizados por la CPU. La CPU evalúa el estado de las entradas, salidas y otras variables, que ejecuta el programa almacenado, luego la CPU envía señales para actualizar el estado de las salidas. Los módulos de salida convierten señales de control de la CPU en valores digitales o analógicos que se pueden utilizar para controlar distintos dispositivos de salida. El dispositivo de programación se utiliza para introducir o cambiar el programa del PLC o para controlar o modificar los valores almacenados. Una vez introducido el programa y las variables asociadas se almacenan en la CPU. Además de estos elementos básicos, un sistema PLC también puede incorporar un dispositivo de interfaz de operador para simplificar el monitoreo de la máquina o proceso. El ejemplo muestra pulsadores (sensores) conectados a las entradas del PLC, se utilizan para iniciar y detener un motor conectado a una salida del PLC a través de un arrancador de motor (actuador). No hay ningún dispositivo de programación o interfaz del operador en este ejemplo sencillo. 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 4

5 Controlador por Cableado Antes de los autómatas programables, las tareas de control se realizaban por contactores, relés de control, y otros dispositivos electromecánicos. Esto se refiere a menudo como cableada de control. Había que hacer diagramas, especificar componentes eléctricos e instalarlos, y crear listas de cableado. Los 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 5

6 electricistas debían cablear los componentes para realizar una tarea específica. Si se cometió un error, los cables tenían que volverse a conectar correctamente. Un cambio en la función o la expansión del sistema requiería cambios de los componentes y cableado. Ventajas de PLC Los PLCs no sólo son capaces de realizar las mismas tareas que un control con cable, sino también son capaces de muchas más complejas aplicaciones. Además, el programa de PLC y las líneas de comunicación reemplazan la mayor parte de los cables de interconexión requerido por el control de lógica cableada. Por lo tanto, el cableado, aunque siendo necesario para conectar dispositivos de campo, es menos intensivo. Esto también hace que la corrección de errores y modificación de la aplicación sea más fácil. Algunas de las ventajas adicionales de los PLC son los siguientes: Menor tamaño físico de las soluciones que el simple cableado. Más fácil y rápido para hacer cambios. Los PLC tiene integrado autodiagnóstico y anulación de funciones. Los diagnósticos, son centralizados. Las aplicaciones pueden ser inmediatamente documentadas. Las solicitudes se pueden duplicar más rápido y a menor costo. PLCs Siemens Modulares Siemens SIMATIC Modular PLCs son la base sobre la cual nuestro concepto Totally Integrated Automation (TIA) se basa. Debido a que las necesidades de los usuarios finales y fabricantes de máquinas varían ampliamente, los PLCs SIMATIC están disponibles como módulos convencionales, como productos de automatización incrustados, o basados en PC. Los controladores modulares SIMATIC están optimizados para tareas de control y pueden ser adaptados a las necesidades de aplicaciones utilizando módulos plug-in para entrada / salida (I / O), funciones especiales, y de comunicaciones. Ejemplos de productos en esta categoría incluyen: LOGO! y S7-200 productos de automatización de las micro, S7-300 y S7-400 PLC sistema modular, controlador de la combinación C7 y panel, y ET 200 / S con sistema de inteligencia locales. 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 6

7 Otros controladores SIMATIC Los productos SIMATIC de automatización integrados están disponibles en un Microbox, Panel PC, PC o multi-funcional-based system. Todos los productos son, sin ventilador, equipo sin disco y las plataformas con un sistema operativo optimizado para cada plataforma. Ejemplos de productos en esta categoría incluyen: Microbox 420-RTX, Microbox 420-T, Panel PC 477-HMI/RTX, y WinAC MP. Controladores SIMATIC basados en PC están disponibles como software que puede ejecutarse en sistemas de PC estándar o en un plug-in de la tarjeta (ranura PLC) para una mayor fiabilidad. Esta categoría incluye software WinAC y WinAC Slot PLC. SIMATIC Software Software SIMATIC es el configurador y entorno de programación universal para los controladores SIMATIC, sistemas de interfaz hombre-máquina y sistemas de control de procesos. Con el software SIMATIC STEP 7 y numerosas herramientas de ingeniería, se apoya todas las fases de desarrollo de productos, desde configuración de hardware del sistema y parametrización de módulos de servicio del sistema instalado. Una variedad de opciones de programación disponibles. Esto incluye lenguajes de programación base (Lista de instrucciones, Diagrama de escalera, y Diagrama de Bloques Funcionales), lenguajes de alto nivel (Structured De texto y función secuencial), y herramientas de ingeniería (Structured Control Language S7, S7-GRAPH, S7-PLCSIM, S7 - HiGraph, y continua Function Chart). 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 7

8 Sistema Numérico Un PLC es un ordenador, que almacena información en forma de on u off (1 o 0), llamados bits. Algunas veces los bits se utilizan de forma individual y, a veces se utilizan para representar valores numéricos. Comprender cómo estos bits pueden ser usados para representar valores numéricos requiere la comprensión del sistema numérico binario. Sistema Decimal Para comprender el sistema binario, es útil recordar algunos de los fundamentos de la coma decimal. Todos los sistemas de números tienen las mismas tres características: dígitos, base, peso. Por ejemplo, el sistema decimal tiene las siguientes características: Diez dígitos 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 Base 1 0 Potencias de la base de los pesos 10 (1, 10, 100, 1000,...) Sistema Binario El sistema binario tiene las siguientes características: Dos dígitos: 0, 1 Base 2 Potencias de la base de pesos 2 (1, 2, 4, 8, 16,...) El sistema binario tiene una base de 2 y utiliza sólo dos caracteres, 1 y 0. Cada bit está asociado con una potencia de 2 sobre la base de su posición en el número. Cuanto más a la izquierda, cuanto mayor es la potencia de 2. El número en el extremo izquierdo se conoce como el bit más significativo o MSB y el número de la derecha-se conoce como la bit menos significativo o LSB. Un 1 se coloca en una posición en caso de que potencia de 2 sea utilizada en el número. De lo contrario, un 0 es colocado en una posición. 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 8

9 El proceso de convertir un número binario a uno decimal de igual valor es tan simple como añadir el valor decimal equivalente para cada posición en el número binario en el que se muestra un 1. Bits, Bytes y Palabras Cada posición en un número binario se denomina bit. El número de bits usados para representar los números varía con el dispositivo. Sin embargo, las instrucciones y los datos se agrupan generalmente en bytes y ocho bits forman un byte. Dos bytes, o sea 16 bits, constituyen una palabra. Lógica "0, lógica 1 Mientras los PLCs son capaces de detectar y generar analógicamente los valores, los controladores programables usan internamente señales que son encendido o apagado. Estos y fuera de las condiciones corresponden a los binarios de los valores de 1 y 0. Por ejemplo, un 0 binario, también denominado 0 lógico, puede ser utilizado para indicar que un interruptor está abierto, y un binario 1 (lógica 1) se puede utilizar para indicar que un interruptor está cerrado. 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 9

10 BCD Si bien es necesario para los PLCs utilizar los valores binarios, los seres humanos con frecuencia necesitan ver los valores representados en decimal. Como resultado, algunos dispositivos de entrada y salida proporcionan una pantalla decimal, cada dígito decimal corresponde a cuatro entradas o salidas binarias del PLC. El sistema más común usado por la entrada y salida los dispositivos de este tipo se conoce como código binario decimal (BCD). Un ejemplo de un dispositivo de BCD es un dispositivo de cuatro dígitos con ruedas giratorias. Cada rueda giratoria controla cuatro entradas del PLC. Esto significa que para una rueda giratoria de cuatro dígitos, se necesitan 16 entradas. Debido a que cada rueda giratoria necesita representar los valores decimales del 0 al 9, sólo diez correspondientes valores binarios son necesarios para cada dígito. 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 10

11 Hexadecimal El sistema hexadecimal es otro sistema utilizado en los PLC. Los diez dígitos del sistema decimal se utilizan para los primeros diez caracteres del sistema hexadecimal. Las seis primeras letras del alfabeto son utilizadas para los restantes seis caracteres. El sistema hexadecimal se utiliza en PLCs, ya que permite la representación de un gran número de bits en un pequeño espacio, como en una pantalla de ordenador o de programación. Cada caracter hexadecimal representa a cuatro bits binarios. 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 11

12 Terminología Desarrollar una comprensión de los PLC requiere del aprendizaje alguna terminología básica. Esta sección ofrece un panorama general de términos comúnmente utilizados con los PLCs, comenzando con los términos sensor y actuador. Sensores Los sensores son dispositivos que convierten una condición física en un de la señal eléctrica para su uso por un controlador, como un PLC. Los Sensores están conectados a la entrada de un PLC. Un botón es una ejemplo de un sensor que a menudo está conectado a una entrada del PLC. Una señal eléctrica que indica el estado (abierto o cerrado) del contacto pulsado se envía desde el pulsador para el PLC. Actuadores Los Actuadores son dispositivos que convierten una señal eléctrica desde un controlador, como un autómata, en una condición física. Los actuadores van conectados a la salida del PLC. Un arrancador de motor es un ejemplo de un actuador que a menudo es conectado a una salida del PLC. Dependiendo del estado de la salida del PLC, el arrancador del motor proporciona energía al motor o impide que fluya al motor. Entradas y Salidas Discretas Las Entradas y Salidas Discretas, también se conocen como Entradas y Salidas Digitales. Son encendidos o apagados. Pulsadores, interruptores, interruptores fin de carrera, interruptores de proximidad, y contactos de relé son ejemplos de dispositivos conectados a entradas dicretas de un PLC. Solenoides, relés y bobinas de contactores, y el indicador de las luces son ejemplos de dispositivos conectados a salidas discretas de un PLC. En la condición on, una entrada discreta o salida se representa internamente en el PLC como un 1 lógico. 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 12

13 En la condición off, una entrada o de salida discreta se representa como un 0 lógico. Entradas y Salidas Analógicas Las Enntradas y Salidas Analógicas son señales continuas y variables en magnitud. Típicas señales analógicas varían desde 0 a 20 miliamperios, de 4 a 20 miliamperios o de 0 a 10 voltios. En el siguiente ejemplo, un transmisor de nivel controla el nivel de líquido en un tanque de almacenamiento y envía una señal analógica a la entrada de un PLC. Una salida analógica desde el PLC envía una señal analógica a un medidor de panel calibrado para mostrar el nivel de líquido en el tanque. Otras dos salidas analógicas, no mostradas aquí, están conectados a transductores de corriente a neumática que controlan válvulas neumáticas. Esto permite al PLC controlar automáticamente el flujo de líquido dentro y fuera del tanque de almacenamiento. CPU La unidad central de procesamiento (CPU) es un sistema de microprocesador que contiene la memoria del sistema y es la unidad de toma de decisiones del PLC. La CPU controla las entradas, salidas, y otras variables y toma decisiones basándose en las instrucciones mantenidas en su memoria de programa. 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 13

14 Programación Lógica en Escalera (LAD) Un programa consiste en instrucciones que realizan determinandas tareas. El grado de complejidad de un programa de PLC depende de la complejidad del problema, el número y tipo de dispositivos de entrada y salida, y los tipos de instrucciones utilizadas. La lógica de escalera (LAD) es un lenguaje de programación utilizado con PLCs. La lógica de escalera incorpora funciones de programación que se parecen a los símbolos utilizados en lógica cableada de control. La línea vertical izquierda de un diagrama de lógica de escalera representa el conductor energizado. La instrucción de bobina de salida representa el neutro o de retorno del circuito. La línea vertical dereccha, que representa la vía de retorno en una lógica cableada de control, se omite. Los Diagramas de lógica de escalera se leen de izquierda a derecha y de arriba a abajo. Los peldaños son a veces denominadas redes. Una red puede tener el control de varios elementos, pero sólo una bobina de salida. 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 14

15 Lista de Instrucciones y Diagramas de Funciones Aunque los programas de lógica de escalera son todavía comunes, hay muchos otras maneras de programar los PLCs. Otros dos ejemplos comunes son lista de instrucciones y diagramas de bloques de función. Lista de instrucciones (STL) incluyen una operación y un operando. La operación a realizar se muestra en la izquierda. El operando, el tema a ser operado, se muestra a la derecha. Diagramas de bloques de función (FBD) incluyen funciones de forma rectangular con las aportaciones que figuran en la parte izquierda del rectángulo y las salidas se muestran en el lado derecho. En el siguiente ejemplo, los segmentos de programa realizan la misma función. Además de LAD, STL, y ETA, otros tipos de lenguajes de programación se utilizan para PLCs. 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 15

16 Cada tipo de programación tiene sus ventajas y desventajas. Factores tales como la complejidad de las aplicaciones, los tipos de programación disponible para un modelo de PLC específico, y las normas y preferencias del usuario determinan qué tipo de programación se utiliza para una problema. PLC Scan El programa del PLC se ejecuta como parte de un proceso repetitivo denominado scan. El PLC scan inicia la exploración de las entradas por parte de la CPU. A continuación, el programa de aplicación es ejecutado. Entonces, la CPU realiza el diagnóstico interno y la tareas de comunicación. Por último, la CPU actualiza las salidas. Este proceso se repite mientras la CPU estpe en el mnodo RUN. El tiempo requerido para completar un análisis depende del tamaño del programa, el número de I / Os, y la cantidad de comunicaciones necesarias. Tipos y Tamaños de Memorias Kilo, abreviado k, se refiere normalmente a 1000 unidades. Cuando se habla sobre la computadora o la memoria del PLC, sin embargo, 1k significa Esto es por el sistema de números binarios (210 = 1024). 1k puede referirse a 1024 bits, bytes, o palabras, dependiendo del contexto. Memoria de Acceso Aleatorio (RAM) es la memoria que permite que los datos se escriban y lean desde cualquier dirección (ubicación). La RAM se usa como un área de almacenamiento temporal. La Memoria RAM es volátil, lo que significa que los datos almacenados en la RAM se pierden si se desconecta la energía. Se necesita una batería para evitar perder datos en caso de pérdida de energía. 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 16

17 Memoria de sólo lectura (ROM) es un tipo de memoria para proteger los datos o programas de accidente de borrado. Los datos originales almacenados en la memoria ROM se pueden leer, pero no cambiar. Además, la memoria ROM es no volátil. Esto significa que la información no se pierde como resultado de una pérdida de la de energía eléctrica. ROM se utiliza normalmente para almacenar los programas que definen las capacidades de los PLC. Programable y borrable memoria de sólo lectura (EEPROM) proporciona un nivel de seguridad contra los no autorizados o no deseados cambios en un programa. EPROM están diseñados para que los datos almacenada en ellos puede leerse, pero no alterarse fácilmente. Cambio Datos EPROM requiere un esfuerzo especial. UVEproms (ultravioleta Erasable Programmable Read Only Memory) sólo puede ser borrado con una luz ultravioleta. EEPROM (electrónicamente borrable Programmable Read Only Memory), sólo puede ser borrado por vía electrónica. Software, Hardware y Firmware Software es el nombre dado a las instrucciones del ordenador independientemente del lenguaje de programación. Esencialmente, el software incluye las instrucciones o programas que el hardware ejecuta. El hardware es el nombre dado a todos los componentes físicos de un sistema. El PLC, el dispositivo de programación, y el cable de conexión son ejemplos de hardware. El firmware es un software de usuario o aplicación específico grabado en EPROM y entregados como parte del hardware. Firmware da al PLC su funcionalidad básica. Todo Junto La memoria de usuario de un PLC, como el PLC S7-200 se muestra en la la siguiente ilustración, incluye espacio para el programa de usuario como lugares de memoria direccionable para el almacenamiento de datos. La cantidad de programas y el espacio dispone de datos depende del Modelo de la CPU. El programa espacial de usuario almacena las instrucciones que se ejecutan repetidamente como parte de la exploración del PLC. El programa de usuario es desarrollado utilizando un dispositivo de programación, tales ordenador (PC) con el software de programación, y luego cargados en la memoria del programa de usuario del PLC. Una gran variedad de ubicaciones de memoria direccionable se utilizan para el almacenamientode datos que está disponible para el programa de usuario. Entre otras cosas, esto incluye las ubicaciones de memoria para datos variables, entradas y salidas discretas, entradas y salidas analógicas, temporizadores, contadores, los contadores de alta velocidad, etc 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 17

18 Requisitos Básicos A lo largo de este curso va a usar el PLC S7-200 para ejemplos concretos de los conceptos de PLC. El PLC S7-200 se utiliza para este fin por su facilidad de uso y gran difusión. Las partidas que figuran en la siguiente ilustración se necesitan para crear o cambiar la programación de un S El programa es creado con el software de programación STEP 7- Micro/WIN, que se ejecuta en un equipo basado en Windows (Win2000, Windows XP o un sistema operativo superior). Un cable especial es necesario cuando una computadora personal se utiliza como de un dispositivo de programación. Dos versiones de este cable están disponibles. Una versión, llamada RS-232/PPI Multi-Master Cable, conecta a un ordenador personal RS- 232 de interfaz con el PLC Conector RS /09/09 Rolando Ariel Ricon 18

19 La otra versión, llamada / USB Multi-PPI Master Cable, conecta la interfaz de un ordenador personal USB de a RS el PLC-485 conector. 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 19

20 Programación de un PLC STEP 7-Micro/WIN32 es el software utilizado con el PLC S7-200 para crear un programa de usuario. Los programas hechos con STEP 7-Micro/WIN consisten en una serie de instrucciones que deben ser dispuestas en una orden lógico para obtener la operación del PLC. STEP 7- MicroWIN se puede ejecutar fuera de línea o en línea. Programación fuera de línea le permite al usuario editar el programa y realizar una serie de tareas de mantenimiento. El PLC no necesita ser conectado al dispositivo de programación en este modo. La programación en línea requiere que el PLC pueda conectarse al dispositivo de programación. En este modo, los cambios de programa se descargan en el PLC. Además, el estado de la entrada / salida de elementos pueden ser controlados. La CPU puede ser iniciada, detenida, o reestablecida. El PLC S7-200 dispone de dos conjuntos de instrucciones, SIMATIC y IEC El conjunto de instrucciones SIMATIC fue desarrollado por Siemens antes de la adopción de la norma IEC El conjunto de instrucciones IEC fue adoptado por la Comisión Internacional Electrotécnica (IEC) para proporcionar un común enfoque para la programación de PLC. El conjunto de instrucciones IEC a menudo es preferido por los usuarios que trabajan con los PLCs de múltiples proveedores. STEP 7-Micro/WIN tiene tres editores para el desarrollo del programa, uno para cada uno de los tipos de programación disponibles: lógica de escalera (LAD) lista de instrucciones (STL) diagrama de bloques de función (FBD). El editor STL es a menudo preferido por los programadores con experiencia debido a la similitud de los programas de STL con lenguajes en ensamblador. Sin embargo, el editor de STL sólo puede ser utilizado con el conjunto de instrucciones de SIMATIC. Tanto los editores LAD y FD se pueden utilizar con cualquier conjunto de instrucciones. A través de este curso, aunque otros tipos de instrucciones de vez en cuando se se mostrará, se hará hincapié en las instrucciones SIMATIC LAD. Símbolos Lógicos de Escalera La lógica de escalera de los PLCs se compone de un conjunto de símbolos que representan instrucciones. La comprensión de estos símbolos básicos es esencial para comprender el funcionamiento del PLC. 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 20

21 Contactos Uno de los aspectos más confusos de la programación de PLC para usuarios es la relación entre el dispositivo que se controla, el bit de estado y la función de programación que utiliza el bit de estado. Dos de las funciones de programación más comunes son: contacto normalmente abierto (NO) contacto normalmente cerrado (NC). Simbólicamente, fluye energía a través de estos contactos cuando estén cerrados. El contacto normalmente abierto (NO) se cierra cuando el bit de estado de la entrada o salida, controla el contacto 1. El contacto normalmente cerrado (NC) se cierra cuando el bit de stado de la entrada o salida que controla el contacto es 0. Bobinas Las Bobinas representan relés que se activan cuando la energía fluye a ellos. Cuando se activa una bobina, su salida cierra un circuito al cambiar el bit de estado que la controla a 1. Ese mismo bit de estado de salida se puede usar para contactos NO y NC en el resto del programa. Cajas Las Cajas representan diversas instrucciones o funciones que se ejecutan cuando la energía fluye a la caja. Cuadro de funciones típicas incluyen temporizadores, contadores, y las 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 21

22 operaciones matemáticas. Entrada de Elementos de Control Los elementos de control se introducen en el diagrama de escalera (LAD) colocando el cursor y seleccionando el elemento de una lista. En el siguiente ejemplo el cursor se ha colocado en el la posición a la derecha de I0.2. Una bobina fue seleccionada de un menú desplegable e insertada en esta posición. Operación AND Cada escalón o red en una escalera representa una operación lógica. En el ejemplo siguiente se muestra una programación operación AND. Dos contactos y una 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 22

23 bobina de salida se colocan en la red 1. Se les asigna direcciones I0.0, I0.1, y Q0.0, repectivamente. Tenga en cuenta que en la lista de instrucciones (STL) de una nueva operación lógica, siempre empieza con una instrucción de carga (LD). En este ejemplo I0.0 (entrada 1) y (A en la lista de declaración) I0.1 (entrada 2) debe ser cierto para de Q0.0 salida (salida 1) para ser verdad. Esta misma lógica también es se muestra en un diagrama de bloques de función. La siguiente tabla de verdad representa el estado de la salida para cada combinación de estados de entrada. 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 23

24 Operación OR (O) En este ejemplo, una operación OR se utiliza en la red 1. En el siguiente ejemplo, si cualquiera I0.2 (entrada 3) o (O en la lista de instrucciones) I0.3 (entrada 4), o ambas cosas son ciertas, entonces la salida Q0.1 (salida 2) es cierto. La siguiente tabla de verdad representa el estado de la salida de de cada combinación de 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 24

25 estados de entrada. Prueba de un Programa Una vez que un programa se ha escrito, debe ser probado y depurado. Una manera en que se puede hacer es simular las entradas con un simulador de entrada, como la realizada para el PLC S El programa es primero descargado desde el dispositivo de programación a la CPU. El selector está situado en la posición RUN. Los interruptores se operan y la indicación resultante se observa en los indicadores de estado de la salida. Estado de Contactos y Bobinas Después de que un programa se ha cargado y se ejecuta en el PLC, el estado actual de los elementos de escalera pueden ser monitoreados utilizando STEP 7 Micro / software WIN. Por ejemplo, en la siguiente ilustración, el interruptor de palanca controla el bit de estado I2.1. Mientras el interruptor está abierto, el bit de estado I2.1 es 0. El bit de estado I2.1 controla el contacto normalmente abierto I2.1. Debido a que el bit de estado I2.1 está en estado lógico 0, la función de contacto normalmente abierta está abierta y no fluye energía a la bobina Q3.1. Como resultado, el bit de estado de Q3.1 sigue siendo un 0 lógico y Q3.1 está apagado. 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 25

26 Cuando el interruptor se cierra, el punto de entrada I2.1 se enciende y cambia de estado a una lógica 1. Esto hace que el contacto normalmente abierto I2.1 se cierre y active la bobina Q3.1. Tenga en cuenta que un contacto cerrado y una bobina que está activadaa se muestra resaltada en el programa. Cuando la bobina Q3.1 se enciende, el bit de estado de Q3.1 va a una lógica 1 y el punto de salida de Q3.1 pase a ON. Esto hace que la lámpara se encienda. Forzar Forzar es otra herramienta útil en la puesta en marcha y mantenimiento de un sistema PLC. Forzar reemplaza una o más bits de estado de entrada o de salida, provocando que se queden en la lógica de un 0 o 1 lógico. Por ejemplo, en la siguiente ilustración, el interruptor está abierto. En circunstancias normales, el interruptor podría estar cerrado para encender la lámpara. Sin embargo, si el bit de estado I2.1 se fuerza a una lógica 1, la lámpara encenderá, siempre y cuando el programa esté funcionando correctamente y no hay problemas de cableadoo hardware. Del mismo modo, el estado del bit Q3.1 puede ser forzado a una lógica 1 para encender la lámpara. 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 26

27 El Forzado es útil no sólo para probar y depurar programas y el hardware durante el arranque, sino también para solucionar problemas de los sistemas con problemas. La siguiente tabla muestra el aspecto del diagrama de escalera los elementos con el estado de los bits asociados en el encendido, apagado, forzado, y expulsados de las condiciones. 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 27

28 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 28

29 Entradas / Salidas Dicretas Ejemplo de Arranque de un Motor Si bien la aplicación de la lámpara anterior es útil para explicar el funcionamiento básico del PLC, una más práctica, y sólo ligeramente más compleja aplicación, es el control de arranque y parada de un motor de corriente alterna. Antes de examinar la aplicación de PLC, en primer lugar considemos un enfoque cableado. El diagrama siguiente muestra cómo un pulsador normalmente abierto y un pulsador normalmente cerrado pueden ser conectados para controlar un motor AC de tres fases. En este ejemplo, una bobina de arranque de motor (M) está conectada en serie con un pulsador normalmente abierto de START, un pulsador normalmente cerrado de STOP y un relay de sobrecarga OL. 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 29

30 El pulsado momentáneo del botón START completa la ruta para energizar el arrancador del motor (M). Esto cierra los contactos asociados M y Ma (contacto auxiliar situado en el arrancador del motor). Cuando el botón START es liberado, fluye corriente a través del botón STOP y el contacto Ma y se mantiene activa la bobina de M. El motor funcionará hasta que el botón normalmente cerrado STOP se presiona, a menos que el relé de sobrecarga (OL) abra los contactos. Cuando se pulsa el botón STOP, se interrumpe el flujo de corriente, se abren los contactos asociados M y Ma, y el motor se para.. Control de Motores por PLC Esta aplicación de control de motor también se puede lograr con un PLC. En el ejemplo siguiente, un pulsador START normalmente abierto está conectado a la primera entrada (I0.0), un pulsador STOP normalmente cerrado de está conectado a la segunda entada (I0.1), y un relé de sobrecarga normalmente cerrado (parte del motor de de arranque) se conectan a la tercer entrada (I0.2). Estas entradas son utilizados para controlar los contactos normalmente abiertos en una lógica de escalera programado en el PLC. Inicialmente, el estado del bit I0.1 está en estado lógico 1, porque el pulsador de paro (NC) está cerrado. El estado del bit I0.2 está en estado lógico 1, porque el relay normalmente cerrado (NC) de sobrecarga (OL) está cerrado. El bit de estado I0.0 está en estado lógico 0, debido a que el pulsador de marcha normalmente abierto no ha sido presionado. El contacto normalmente abierto de salida Q0.0 también está programado en la Red 1 como un contacto de cierre. Con esta red simple, energizar la bobina Q0.0 de salida es necesario para encender el motor. 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 30

31 Operación del Programa Cuando se pulsa el botón de Inicio, la CPU recibe un 1 lógico de la entrada I0.0. Esto hace que el contacto I0.0 se cierre. Las tres entradas están ahora en estado lógico 1. La CPU envía un 1 lógico a la salida Q0.0. El arrancador del motor se activa y el motor arranca. La salida de Q0.0 es ahora un 1. En el siguiente lazo, se resuelve el contacto normalmente Q0.0, el contacto se cierra y Q0.0 se quedará en ON incluso si el botón de Inicio es liberado. Cuando se pulsa el botón de STOP, la entrada I0.1 se hace 0, I0.1 abre el contacto, la bobina Q0.0 se desactiva, y el de motor se apaga. 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 31

32 Agregando Indicadores Luminosos RUN y STOP La aplicación puede ser fácilmente ampliada para incluir luces indicadoras de marcha y parada. En este ejemplo, un indicador luminoso de estado RUN está conectado a la salida Q0.1 y un indicador de STOP está conectado a la salida Q0.2. La lógica de escalera para esta aplicación incluye un contacto normalmente abierto Q0.0 conectado en la red 2 a la bobina de salida Q0.1 y un contacto normalmente cerrado Q0.0 conectado en la red 3 a la bobina de salida Q0.2. Q0.0 Cuando Q0.0 está en OFF, el contacto normalmente abierto Q0.0 de la red 2 se abre y el indicador RUN se apaga. Al mismo tiempo, el contacto normalmente cerrado Q0.0 está cerrado y el indicador STOP está encendido. Cuando se pulsa el botón Inicio, el PLC arranca el motor. La salida Q0.0 está en ON. El contacto normalmente abierto Q0.0 en la Red 2 está ahora cerrado y el indicador RUN está encendido. Al mismo tiempo, el contacto normalmente cerrado Q0.0 en la red 3 se abierto y la luz indicadora de STOP conectada a la salida Q0.2 se apaga. 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 32

33 Adición de un Interruptor Final de Carrera La aplicación puede ser ampliada mediante la adición de un interruptor final de carrera. El interruptor final de carrera puede ser utilizado en este proyecto para una variedad de funciones. Por ejemplo, el interruptor final de carrera podría ser utilizado para detener el motor o evitar que el motor arranque. En este ejemplo, el interruptor final de carrera está asociado con una puerta de acceso al motor o a sus equipos asociados. El interruptor final de carrera está conectado a la entrada I0.3 y controla un contacto normalmente abierto en el programa. Si la puerta de acceso está abierta, el interruptor final de carrera LS1 está abierto y el contacto normalmente abierto I0.0 también está abierto. Esto evita que el motor de arranque. Cuando la puerta de acceso está cerrada, el LS1 está cerrado y el contacto normalmente abierto I0.3 también está cerrado. Esto permite que el motor arranque cuando se presiona el botón START. 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 33

34 Futuras Expanciones El programa del PLC puede ser ampliado para adaptarse a una amplia variedad de aplicaciones comerciales e industriales. Los pulsadores Start / Stop, selectores, luces indicadoras, y columnas de señalización se puede añadir. Arrancadores de motor se puede añadir para el control de motores adicionales. Más de interruptores de límite de carrera se puede añadir junto con los interruptores de proximidad para la detección de posición de objetos. Varios tipos de relés se puede añadir para ampliar gran variedad de dispositivos a controlar. Cuando sea necesario, se puede añadir módulos de expansión para aumentar el número E / S. Las aplicaciones sólo están limitadas por el número de E / S y la cantidad de memoria disponible para el PLC. 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 34

35 Entradas y Salidas Analógicas Muchos PLCs trabajan también con dispositivos de E / S analógicas. Dispositivos analógicos trabajan con señales que son continuamente variables en magnitud dentro de un determinado rango, tales como de 0 a 10 VDC o de 4 a 20 ma. Las señales analógicas se utilizan para representar magnitudes variables, tales como velocidad, variación de flujo, temperatura, peso, nivel, etc. Con el fin de procesar una entrada de este tipo, el PLC debe convertir la señal analógica en un valor digital. El PLC S7-200 convierte cada entrada analógica de tensión o de corriente en un valor digital de 12-bit. Los valores digitales de las entradas analógicas se almacenan en memoria direccionable para su uso por el programa de usuario. Del mismo modo, el programa del usuario puede colocar valores digitales en la memoria direccionable para la conversión a valores analógicos para las salidas analógicas designadas. El único nodel de CPU S7-200 con E / S analógicas a bordo es la CPU 224XP, que tiene 2 entradas analógicas y 1 salida analógica. Sin embargo, puntos analógicos de E / S pueden agregarse mediante la expansión por módulos para cualquier otra CPU excepto la CPU 221. La CPU 222 permite a 2 módulos de expansión y el resto de las CPUs permiten 7 módulos de expansión. Los módulos de expansión están disponibles con 4 u 8 entradas analógicas, 2 ó 4 salidas analógicas, o 4 entradas analógicas y 1 salida analógica. Además, los módulos de expansión están disponibles para su uso con termocuplas, que sensan la temperatura en un punto específico de una máquina o proceso. 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 35

36 Ejemplo de Entradas Analógicas Las entradas analógicas se puede utilizar para una variedad de propósitos. En el siguiente ejemplo, un indicador está conectado a una célula de carga. Una célula de carga es un dispositivo que genera una tensión proporcional a la fuerza aplicada. La célula de carga en este ejemplo convierte un valor de peso de 0 a 50 libras en un valor analógico de 0 a 10 VDC. La señal de la celda de carga de 0 a 10 VDC se conecta a una enyrada analógica de un PLC S El valor analógico aplicado al PLC se puede utilizar en diferentes maneras. Por ejemplo, el peso actual puede ser comparado con el peso deseado para un paquete. Entonces, como se mueve el paquete de sobre una cinta transportadora, el PLC S7-200 puede controlar una puerta que redirecciona los paquetes de diferente peso. 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 36

37 Ejemplo de Salida Analógica Las salidas analógicas de un PLC son a menudo suministradas directa o a través de convertidores de señal o transmisores para controlar las válvulas, instrumentos, unidades electrónicas u otros dispositivos de control que responden a señales analógicas. Por ejemplo, las salidas analógicas del PLC podría utilizarse para controlar el flujo de líquido en un proceso mediante el control de dispositivos de AC. En lugar de simplemente controlar los dispositivos de AC concomandos ON u OFF, que podría llevarse a cabo por salidas discretas, las señales analógicas se pueden utilizar para controlar la salida de las unidades de AC. Esto permitiría variar dinámicamente la velocidad de las bombas en respuesta a los cambios en los requerimientos del proceso. 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 37

38 Temporizadores En un PLC, los temporizadores son funciones del programa que controlan el tiempo y permiten que los programas de PLC den variadas respuestas dependiendo del tiempo transcurrido. Circuitos de Tiempo Cableados Los temporizadores en un programa de PLC, se pueden comparar con circuitos de lógica cableados, como el representado en el diagrama de control siguiente. En este ejemplo, el interuptor (S1) normalmente abierto (NO) se utiliza con el temporizador (TR1). Cuando S1 se cierra, TR1 comienza a contar. Cuando transcurre el tiempo preestablecido del temporizador, TR1 cierra su contacto normalmente abierto TR1 y se enciende la luz piloto PL1. Cuando S1 se abre, TR1 se desactiva inmediatamente, el contacto de TR1 se abre y PL1 se apaga. Este tipo de temporizador se conoce como temporizador de retardo. El término "En la demora" indica que el conteo comienza cuando el temporizador recibe una señal para activar. En este ejemplo, eso sucede cuando S1 se cierra. Temporizadores Simatic S7-200 El conjunto de instrucciones LAD del Simatic S7-200 incluye tres tipos de de temporizadores: Temporizador con retardo (TON) Temporizador con retardo y retención (TONR) Temporizador sin retardo (TOF) Los temporizadores son representados en un programa de escalera del PLC S7-200 por cajas. 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 38

39 Los temporizadores del S7-200 tienen una resolución de 1 milisegundo, 10 milisegundos, o 100 milisegundos. Esta resolución parece en la esquina inferior derecha de la caja del temporizador. Como se muestra en la siguiente ilustración, la resolución y el tipo de temporizador que se puede utilizar depende del número de temporizador. El valor máximo de tiempo que se muestra es para un contador de tiempo único. Mediante la adición de elementos del programa, intervalos de tiempo mayores pueden lograrse. Temporizador SIMATIC con retardo (TON) El ejemplo anterior ilustra cómo trabaja un hardware con temporizador de retardo (TON). La función de software correspondiente en el conjunto de instrucciones LAD del Simatic S7-200 es el temporizador con retardo (TON). Después que el temporizador conretardo (TON) recibe un habilitador (lógica 1) en su entrada (IN), una determinada cantidad de tiempo (tiempo predefinido - PT) pasa, ántes de que el el bit del temporizador (T-bit) se enciende. El T-bit es una función lógica interna al temporizador y no se muestra en el símbolo. El temporizador se restablece a cero cuando la entrada va a un 0 lógico. En el ejemplo de temporizador siguiente, cuando la entrada I0.3 se enciende, se cierra el contacto I0.3 y comienza el conteo del temporizador T37. El T37 tiene un tiempo de de base 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 39

40 de 100 ms (0,1 segundos). El tiempo predefinido (PT) tiene un valor establecido en 150. Debido a que la resolución del temporizador se establece en 100 ms, el valor predeterminado de 150 es igual a 15 segundos (150 x 100 ms). Por lo tanto, 15 segundos después de que el contacto I0.3 cierra, el bit del temporizador T37 pasa un 1 lógico, el contacto T37 se cierra, y la bobina de salida Q0.1 y sus puntos asociados se encienden. Si el interruptor se abre ántes de que haya transcurrido 15 segundos, el temporizador se restablece a 0. Debido a que este tipo de temporizador no conserva el tiempo acumulado cuando su entrada (IN) va a la lógica 0, se dice que es sin retención. Temporizador SIMATIC con Retardo y Retención El temporizador SIMATIC con retardo y retención (TONR) funciona de manera similar al temporizador con retardo (TON). Al igual que el temporizador con retardo (TON), el temporizador con retardo y retención (TONR) mide cuando la habilitación de entrada (IN) está en 1. Sin embargo, el temporizador conretardo y retención (TONR) no restablece cuando la entrada (IN) es 0. En cambio, el temporizador se debe restablecer con una instrucción Reset (R). El siguiente ejemplo muestra un temporizador con retardo y retención (TONR) con una resolución de 100 ms y un valor predeterminado de 150 (15 segundos). Cuando se activa la entrada I0.3, el contacto I0.3 se cierra, y el reloj T5 inicia la temporización. Si, por ejemplo, después de 10 segundos la entrada I0.3 se apaga, el cronómetro se detiene. Cuando la entrada I0.3 se enciende de nuevo, se inicia el cronómetro en 10 segundos. El bit del temporizador T5 se enciende 5 segundos después de que la entrada I0.3 se cierra por segunda vez. Cuando el bit del temporizador T5 se enciende, el contacto T5 se cierra, y la salida Q0.1 se enciende. 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 40

41 La función Reset (R), que se muestra en la red 1, es necesaria para restablecer el tiempo acumulado a cero en el temporizador con retardo y retención (TONR). En este ejemplo, se activa la función Reset (R) y restablece el temporizador cuando I0.2 se cierra. Esto hace que el contacto T5 se abra y la salida Q0.1 se apague. Temorizador Sin Retardo SIMATIC El temporizador sin retardo SIMATIC (TOF), comienza la temporización cuando la entrada (IN) está en OFF. En el ejemplo siguiente, cuando el contacto I1.4 se cierra, el valor actual del temporizador T33 se establece en 0, el bit del temporizador T33 pasa a 1 inmediatamente, cerrando el contacto T33, y encendiendo la salida Q2.3. Cuando el contacto I1.4 se abre, el temporizador cuenta hasta que alcanza el tiempo predefinido de 200 ms en este ejemplo. Luego, el bit T33 se apaga, el contacto T33 se abre, y la salida Q2.3 se apaga. Si el contacto I1.4 se ha cerrado de nuevo ántes de que los 200 ms prestablecido transcurran, el valor actual del temporizador de nuevo se fijaría a 0, el bit T33 se mantendría encendido, el contacto T33 permanecería cerrado, y la salida Q2.3 se mantendría encendida. 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 41

42 Temporizadores IEC No es la intención de este curso cubrir todos las instrucciones del S7-200, pero las instrucciones de temporizadores proporcionan una oportunidad para comprender algunas de las diferencias entre el conjunto de instrucciones SIMATIC y el IEC Los temporizadores anteriores son temporizadores SIMATIC. El conjunto de instrucciones IEC incluye también tres temporizadores, Temporizador con retardo (TON) Temporizador sin retardo (TOF) Temporizador de pulso (TP) Las mismas tres resoluciones (1 ms, 10 ms, y 100 MS) están disponibles como para los temporizadores de SIMATIC, y la resolución está determinado por el número de temporizador como se muestra en el siguiente ilustración. El temporizador con retardo (TON) comienza midiendo cuando su entrada de habilitación (IN) se enciende. Cuando el tiempo transcurrido (ET) es igual al tiempo prestablecido (PT), el temporizador se detiene, y la salida (Q) se enciende. El temporizador se restablece, cuando (IN) se apaga. El temporizador sin retardo (TOF) activa la salida (Q) de inmediato cuando la entrada (IN) se enciende. Cuando (IN) se apaga, se inicia el cronómetro de tiempo. Cuando ET es igual a PT, Q se apaga. El tiempo transcurrido se mantiene hasta la próxima vez que (IN) se encienda. Si la entrada (IN) pasa a ON ántes de que ET sea igual a PT, Q permanece encendido. 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 42

43 El temporizador de pulso (TP) genera pulsos de una duración preestablecida. Cuando (IN) se enciende, Q se enciende, y se inicia el cronómetro de tiempo. Cuando ET es igual a PT, Q se apaga. El tiempo transcurrido se mantiene hasta que (IN) se apaga. 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 43

44 Contadores Al igual que los contadores mecánicos, las instrucciones de contadpres de los PLC monitorean los eventos. Ya que cuentan, un contador de instruccion compara un valor de conteo acumulado con un valor preestablecido para determinar cuándo el número deseado se ha alcanzado. Los Contadores se pueden utilizar para iniciar una operación, cuando una cuenta se alcance o para evitar que una operación se produzca hasta que el recuento se ha alcanzado. Contadores SIMATIC S7-200 El conjunto de instrucciones LAD del S7-200 SIMATIC incluye tres tipos de de contadores: Contador Ascendente (CTU) Contador Descendente (CTD) Contador Acendente / Descendente (CTUD) El contador ascendente (CTU) cuenta en forma ascendente de a una unidad cada vez que la entrada (CU) pasa de off a on. Cuando la cuenta acumulada es igual al valor prefijado (PV) el bit del contador (no mostrado) se enciende. El contador sigue contando hasta que el número acumulado es igual al valor máximo (32767). Cuando la entrada de reset (R) se enciende o cuando una instrucción de Reset se ejecuta, el recuento acumulado se restablece a cero y el bit del contador se apaga. El contador descendente (CTD), cuenta hacia atrás de a uno cada vez que la entrada (CD) pasa de off a on. Cuándo la cuenta llegua a cero, el bits del contador se enciende. Cuando la entrada de carga (LD) se enciende, el contador restablece el valor de conteo al valor prefijado (PV), y el bit del contador se apaga. El contador ascendente / descendete (CTUD) cuenta hacia adelante de a uno cada vez que la entrada (CU) pasa de off a on y cuenta hacia atrás de a uno cada vez que la entrada (CD) 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 44

45 pasa de off a on. Cuando la cuenta acumulada es igual al valor prefijado (PV), el bit de contador se enciende. Cuando la entrada reset (R) se enciende o cuando una instrucción de Reset se ejecuta, la cuenta acumulada pasa a cero y el bit del contador se apaga. Si la cuenta alcanza el valor positivo máximo (32.767), la siguiente cuenta ascendente establece el recuento acumulado a la valor negativo máximo ( ). Del mismo modo, si el recuento alcanza el valor máximo negativo, la siguiente cuenta descendente establece el recuento acumulado en el valor positivo máximo. Ejemplo de un Contador Up / Down (CTUD) Los contadores son instrucciones comunes utilizados para el recuento de una amplia gama de eventos tales como las piezas fabricadas o envasados, artículos procesados, las operaciones de la máquina, etc. Por ejemplo, un contador podría utilizarse para seguir los elementos de un inventario en una zona de almacenamiento. En el siguiente ejemplo, el contador up / down (CTUD) C48 se pone a cero cuando el contacto I0.2 se cierra. Este evento podría activarse de forma automática o manual para indicar que la ubicación de almacenamiento asociada está vacía. Cuando el contacto I0.0 se cierra, el contador cuenta 1 ascendentemente. Esto podría ser desencadenado por un sensor de proximidad que detecta que un elemento se ha colocado en el lugar de almacenamiento. Cuando el contacto I0.1 se cierra, el contador de cuenta en 1 descendentemente. Esto podría ser desencadenado por un sensor de proximidad que detecta que un elemento se ha quitado de la ubicación de almacenamiento. 14/09/09 Rolando Ariel Ricon 45

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