INTRODUCCION A LA LOGICA DIGITAL CON COMPUERTAS Y EL PLC

Transcripción

1 Practica 1 INTRODUCCION A LA LOGICA DIGITAL CON COMPUERTAS Y EL PLC Material y equipo utilizado: Ejemplo: Computadora. Software Rslinx y RsLogix500 para un PLC allen-bradley. Cable interfaz de comunicación PLC- PC. Opción digital de aprendizaje: Tablilla proto-board para montura de componentes electrónicos. Fuente de 5 VCD para energizar compuertas tecnología tipo TTL, Fuente de 6, 9 o 12 VCD, para energizar compuertas tecnología tipo CMOS. 10 Resistencias 1.2 KΩ ¼ de Watt. 10 Resistencias 220 Ω ¼ de Watt. 1pza. 74LS00, Objetivos: Al completar esta práctica el alumno: Identifica las DIFERENTES compuertas lógicas, su simbología, así como las diferentes tecnologías de circuitos integrados CMOS y TTL. Conoce el operador OR (+) y AND (X) en la lógica de compuertas. Conoce las formas de conexión e identificación de cableado para los diferentes dispositivos de entrada y salida de un PLC. Conoce los teoremas de BOOLE. Será capaz de hacer circuitos necesarios para nuevos controles. Será capaz de configurar y utilizar el PLC, realizar en el software del PLC la equivalencia de los circuitos digitales, aplicando circuitos ladder (escalera). Entenderá el concepto de entradas, salidas, registros, memorias internas o banderas del PLC. (I:0/0), (O:0/0), (B3:0/0).

2 Introducción a las compuertas Lógicas: Simbología de compuertas digitales y su equivalente en circuito eléctrico y en ladder de control programable, todas las compuertas: AND, OR, NAND, NOR, NOT, OR EXCLUSIVA y NOR EXCLUSIVA. El álgebra de Boole se denomina así en honor a George Boole, matemático inglés que la desarrollo a mediados del siglo XIX. Su objetivo inicial era aplicar las técnicas algebraicas al terreno de la lógica proposicional. En la actualidad, ha hallado un campo de aplicación inesperado en el ámbito del diseño electrónico y los sistemas digitales. El álgebra de Boole se aplica sobre variables binarias, es decir aquellas que solo pueden adoptar dos valores que designaremos por 0 y 1. Entre dichas variables se definen dos operaciones que son la suma lógica u operación OR y la multiplicación lógica u operación AND. La tabla de la verdad de cada una de ellas nos indica el resultado de dichas operaciones en función de los valores de entrada de las variables. Las compuertas lógicas (Gates) son dispositivos binarios que dan una salida en alto o bajo (si o no, 1 o 0) en función de lo que ocurre en las entradas y del tipo de compuerta. La compuerta OR (O) realiza la suma lógica de las entradas lógicas y da una salidaen alto cuando al menos unade las entradas está en alto.

3 La NOR es igual a la anterior pero la salida es en bajo cuando hay al menos una entrada en alto, es la OR negada. La compuerta AND (Y) realiza la multiplicación lógica de las entradas, da una salida en alto cuando todas las entradasestán en alto. La compuerta NAND da una salida en bajo cuando todas las entradas están en alto, es la AND negada. La compuerta X-OR (OR exclusiva) da una salida en alto cuando solamente unade las entradas (o un número impar de ellas) está en alto. La X-NOR es igual a la anterior pero la salida es en bajo cuando hay una sola entrada en alto, es la X-OR negada. La compuerta NOT (inversora) simplemente invierte el estado de la entrada: si la entrada está en alto la salida está en bajo y viceversa. El pequeño círculo indica negar o invertir el estado de la línea, es decir que si está en alto a la entrada al círculo está en bajo a la salida, y viceversa. En los diagramas este círculo puede aparecer tanto a la salida de una compuerta, como en los casos mostrados, o en alguna o algunas de las entradas. El número de entradas puede ser, básicamente, cualquiera, la elección del dispositivo dependerá de las funciones requeridas. La funcionalidad del esquema con compuertas se muestra normalmente por medio de las tablas de verdad, aunque debido a que el tiempo de respuesta no es nulo y puede controlarse exteriormente, es posible diseñar temporizadores y generadores cíclicos que actúan como osciladores o relojes, en este caso resulta más explicativo utilizar diagramas de tiempo. Teoremas de BOOLE.

4 El álgebra de Boole, relaciona operaciones binarias lógicas, suma (+), que se representa con OR. La multiplicación (x), que se representa con AND. Y la negación, NOT, que se representa con el inversor. Reglas del algebra de BOOLE. Iniciamos con los dos teoremas de MORGAN: El primer teorema se establece cuando son negadas.

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6 Derivadas del producto. I1 X I1 = I1 I1 X I1 = 0 I1 X 0 = 0 I1 X 1 = I1 Derivadas de la suma. I2 + I2 = I2 I2 + I2 = 1 I2 + 0 = I2 I2 + 1 = 1 I3 + ( I3 X I2 ) = I3 Absorción. I3 X ( I3 + I1 ) = I3 Absorción. Desarrollo: Configurar con el software del Rslinx el drive RS-232 DF1, y el puerto de comunicaciones apropiado para la comunicación serial con el PLC. (Cuando ya se realiza la autoconfiguración este programa RsLinx, se minimiza, no se cierra). Abrir el software RsLogix500 y realizar un nuevo archivo en el PLC, eligiendo el Hardware adecuado (Micrologix 1200 clase C), debe coincidir el PLC y la configuración en la PC. Darle un nombre al PLC: ejemplo PLC1. Realizar y comprobar los circuitos equivalentes de todas las compuertas en el PLC. Realizar el circuito de arranque y paro. Realizar el circuito de arranque y paro con un botón pulsador, como ejercicio de secuencia.

7 CONFIGURAR LA CONEXIÓN ENTRE EL PLC MICROLOGIX Y LA PC: Abrir el programa RSLINX: Buscar el icono de acceso directo en el escritorio. Abriendo el programa: Se debe asegurar que esté instalado el drive, correspondiente a un puerto serial, ya que se tiene un protocolo de comunicación serial PLC-PC RS232. Se verifica dando clik al botón de comunicaciones> configurar drives.

8 Abriendo la pestaña aparece el menú de los diferentes drives, se elige el adecuado para nuestro cable serial. RS-232 DF1 Devices: Enseguida se da click al botón Add New. Debe aparecer en la parte de Configured Drives: AB_DF1-1 DH+Sta: 0 COM1: RUNNING. Nota: Puede aparecer el Puerto COM2: en caso que la computadora tenga varios puertos seriales. Para enlazar el PLC-PC, finalmente se da click al botón Configure.

9 Nota: El Device es el que se muestra en la figura, al dar click, en el botón Auto- Configure, Se hace la búsqueda del puerto donde está conectado el PLC. En caso que no lo encuentre asegúrese de buscar el puerto COMM correcto. Si el protocolo está bien elegido, el puerto, la velocidad en baudios, el error etc. Debe aparecer un mensaje que dice SUFICIENTEMENTE CONFIGURADO: Se cierra la ventana en Cancel, el RSLIX nunca debe de cerrarse este programa, solo se minimiza y está activo para el intercambio de datos entre el software RSlogix500 y la PC. CONEXIÓN E INTERPRETACION LOGICA DE ENTRADAS Y SALIDAS DEL PLC. Es muy importante que se entienda la lógica de las conexiones de entradas al PLC, las entradas son elementos de automatización diferentes. Sus condiciones de operación, son la base de una buena programación. Una entrada mal considerada, ya se abierta o cerrada, o que no se encuentre en la entrada correcta. Simplemente no se tendrá el resultado de secuencia deseado.

10 Si se desea ser un buen programador de PLC, considere siempre un buen cableado. La figura anterior nos muestra, que teniendo entradas al PLC, se hace un algoritmo, o programa, y en consecuencia obtener las salidas activadas deseadas. Como saber cuándo programar un contacto abierto o cerrado en el ladder? Modo de conexión de los elementos de control eléctrico, en el PLC. Por ejemplo: un botón pulsador NC, en la entrada I2, un botón pulsador NA, en la entrada I1 e I3, (son entradas al PLC tipo positivas).

11 Los elementos de control eléctrico, en las entradas del PLC, indicaran si se requiere programar entradas abiertas o cerradas. Es importante entender esta lógica, ya que de esto depende el funcionamiento correcto del programa. Y además la elección correcta del elemento de control a utilizar. Las entradas a un PLC, recomendadas para realizar un circuito de arranque y paro, son el arranque con un botón pulsador N.A y para el paroun pulsador N.C. En la figura siguiente, por ejemplo se tiene la conexión de dos botones pulsadores, uno para paro, y uno para arranque: es el caso para la entrada I:0/0, correspondiente al botón pulsador N.A. esta desactivada. Mientras que el botón pulsador N.C. activaría la entradai:0/1 del PLC.

12 (La forma anterior es la más recomendada para realizar el arranque y paro de cualquier sistema). Ya que si tomamos el botón pulsador N.A. como el paro, se programaría una entrada cerrada, porque esta desactivada. Si ocurre un fallo, de cualquier tipo, en el cableado, o falla del botón, y se requiere apagar el sistema, de emergencia por más que se oprima el botón nunca parara. Por lo que si se tiene un botón N.C. de paro, se programa una entrada abierta, en cualquier fallo de los anteriores, el sistema se para o ni siquiera arranca, hasta que se solucione correctamente el fallo.

13 Observe la figura, I:0/1 ES EL PARO conectado con un botón pulsador N.C. Se programa en el ladder abierto, ya que esta entrada esta activada. PARTE I: Botones pulsadores N.A. (14 botones). Conectados en las entradas del PLC MicroLogix 1200 clase C, para realizar la práctica de circuitos eléctricos ladder, para todas las compuertas lógicas. Se dice que son entradas positivas al PLC, cuando estas recibe la tensión positiva ( + ) o llamado común mente el mas. Disposición de las conexiones de las salidas del PLC MicroLogix 1200 clase C, Lámparas piloto para indicar el estado de los circuitos de las compuertas lógicas.

14 Con esta práctica, el alumno configura la conexión del RsLinx. Aprende el manejo de las diferentes herramientas del software RsLogix500. Interpreta las entradas para colocar los contactos ladder correctos. Aprende las compuertas lógicas y sus equivalentes ladder. Interactúa con el software del OPC en EXCELL. CIRCUITOS EN CONTROL PROGRAMABLE.

15 IMPLEMENTACION EN PLC

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18 MAPA DE DIRECCIONES UTILIZADAS I:0/0 I:0/1 I:0/2 I:0/3 I:0/4 I:0/5 I:0/6 I:0/7 I:0/8 I:0/9 I:0/10 I:0/11 I:0/12 I:0/13 DESCRIPCION Practica No. 1 O:0/0 O:0/1 O:0/2 O:0/3 O:0/4 O:0/5 O:0/6 O:0/7 O:0/8 O:0/9 O:0/10 DESCRIPCION

19 PARTE II: Circuito de arranque y paro: Circuito tipo americano de arranque y paro con relevador (ecuación memoria). Observe que la parte del conductor grueso es el contacto R1 de retención. Es decir la bobina R1 y el contacto R1 es un mismo dispositivo. Circuito de arranque y paro con el relevador activado, el contacto R1 cierra, activando a R1. O retroalimentando, Y el botón pulsador de arranque se soltó. Circuito arranque y paro, con compuertas digitales AND y OR. La salida R1, retroalimenta al circuito para hacer la retención. (Simbología de compuertas ISO (ANSI/IEEE e IEC). Botón pulsador de paro N.C. El anterior circuito LADDER, es el equivalente del digital de dos compuertas lógicas, una OR y una AND.

20 Circuito de arranque y paro equivalente, realizado en blocks digitales con compuertas lógicas Si asignamos un nombre corto (nikname) a cada elemento, por ejemplo: El botón pulsador N.A. Seria BPON, el botón pulsador N.C. Seria BPOFF, y R1, como la salida activa a utilizar, la ecuación resultante es: En el control programable, (ladder), no existen símbolos de elementos de automatización, como lo son botones pulsadores, interruptores de presión, interruptores de limite o interruptores de nivel, por mencionar algunos, solamente existen contactos N.A. y contactos N.C., es necesario convertir los circuitos eléctricos, americanos o europeos, a control programable, recordando que todos los mencionados anteriormente son entradas al PLC. Programando un PLC, en ladder (escalera), para arranque y paro, las entradas quedarían como contacto N.A. de la entrada %I1, contacto N.A. para la entrada %I2. Ya se dijo que al ser el pulsador N.C. La entrada %I2 esta activada. (La nomenclatura pertenece al PLC. GeFanuc 9030)

21 Circuito programado ladder, de arranque y paro, solo son contactos y la bobina, que puede ser salida del PLC, o una bobina, bandera o relevador auxiliar. Y que solamente es para el control interno del PLC. En este circuito la bobina %Q1, indica que es una salida. Circuito electrónico con compuertas lógicas de arranque y paro, (compuertas lógicas AND y OR de tecnología TTL).

22 PARTE III. Circuito eléctrico americano de arranque y paro con un botón pulsador N.A. Convertir este circuito a control programabl e y ejecutarlo en el PLC. Realizar los siguientes circuitos con compuertas digitales que se hicieron en el PLC.

23 Circuito integrado TTL 74LS00 Cuál es la ecuación para Z: Z = En esta compuerta, aplica la SUMA, para dos variables negadas I5 ; I6 : El teorema se representa como I5 + I6 : Observe que es una OR, que tendrá la salida activa cuando se cumpla cualquier entrada, o las dos. Diagrama electrónico de prueba compuerta NAND:

24 Circuito integrado TTL: 74LS08 Cuál es la ecuación para Z: Z = En esta compuerta, aplica la MULTIPLICACION, para dos variables I1 ; I2 : El teorema se representa como I1 X I2 : Observe que es una AND, que tendrá la salida activa cuando se cumpla las dos entradas. Diagrama electrónico de prueba compuerta AND: Circuito integrado TTL: 74LS32

25 Cuál es la ecuación para Z: Z = En esta compuerta, aplica la SUMA, para dos variables negadas I1 ; I2 : El teorema se representa como I1 + I2 : Observe que es una OR, que tendrá la salida activa cuando se cumpla cualquier entrada, o las dos. Diagrama electrónico de prueba compuerta OR:

26 Circuito integrado TTL 74LS02 Cuál es la ecuación para Z: Z = En esta compuerta, aplica la MULTIPLICACION, para dos variables negadas I5 ; I6 : El teorema se representa como I5 X I6 : Observe que es una AND, que tendrá la salida activa cuando se cumpla las dos entradas. Circuito electrónico de prueba compuerta NOR:

27 Circuito integrado TTL 74LS86 Cuál es la ecuación para Z: Z = Circuito electrónico de prueba compuerta OR-EXCLUSIVA:

28 Circuito integrado TTL 74LS266 Cuál es la ecuación para Z: Z = Circuito electrónico de prueba compuerta OR-EXCLUSIVA

29 Circuito integrado TTL 74LS06 Circuitoeléctrico en escalera representativo de la compuerta NOT, llamada inversor, sin oprimir la entrada I7, el piloto esta energizado, representa I7 = 0, por lo tanto la salida esta activada.

30 Circuitoeléctrico, cerrando la entrada del inversor, I7 = 1, por lo tanto la salida se desactiva. El circuito equivalente digital, con la compuerta NOT, con la simbología de blocks, observe que se representa la negación de la compuerta con un punto en la salida. Tareas:El alumno debe investigar los diferentes tipos de circuitos integrados, en la tecnología CMOS y TTL. Encapsulados, marcas y voltajes de operación.

31 Conversión entre sistemas: El siguiente circuito corresponde a un diagrama eléctrico tipo europeo. +24V K2 K3 K4 K6 K1 0V La ecuación correspondiente para activar el relevador K1 es: Como seria su equivalente digital con compuertas lógicas?

32 Convertir a diagrama de escalera con contactos. Convertir a diagrama de escalera con contactos.

33 Convertir a diagrama de escalera con contactos. APENDICE: BOTON PULSADOR Y BOTON SELECTOR. El botón pulsador ya sea N.A. o N.C., es de contacto momentáneo, solo mientras es actuado, al soltarlo regresa a su posición inicial. El botón selector, en cambio, al accionarlo permanece en esa posición, no tiene regreso, es necesario volver a actuarlo, para regresar al estado inicial. Existen botones selectores de varios pasos o posiciones, que no son más que contactos N.A. o N.C. que se activan en diferente posición del mismo botón. Existen comercialmente diferentes tipos de botones para paneles (tableros) de mando.

34 Modelos diferentes de botones para entradas del PLC. Introducción: Un programador lógico, por sus siglas comúnmente llamado PLC o autómata. Es un dispositivo electrónico programable, el usuario usa un software y una computadora, o un teclado llamado Hand HelpProgrammer, programador manual (tipo calculadora). Se utiliza para controlar diferentes máquinas y sistemas,dentro de un entorno industrial, pero también existen procesos lógicos y/o secuénciales, en otros entornos.

35 Un PLC reemplaza los sistemas ya obsoletos de relevadores y tarjetas electrónicas, que tuvieron un auge en las décadas 80 s. Reemplaza la lógica de relés como control, y no confundir el control de motores, con relevadores y contactores como elementos de potencia. Controlar y tareas repetitivas y peligrosas. Utilizando periféricos de elementos de automatización, como sensores ópticos. Actúa como una interface entre una PC y el proceso de fabricación. Con software especializado llamado HMI. Reemplaza temporizadores y contadores electromecánicos, usualmente de motores o neumáticos. Efectuar controles estadísticos de producción, diagnósticos de fallas y alarmas en máquinas y procesos. Que es un PLC?. El término PLC proviene de las siglas en inglés para ProgrammableLogicControler, que traducido al español se entiende como Controlador Lógico Programable. Se trata de un equipo electrónico, que, tal como su mismo nombre lo indica, se ha diseñado para programar y controlar procesos secuenciales en tiempo real. Por lo general, es posible encontrar este tipo de equipos en ambientes industriales. Dentro de las funciones que un PLC puede cumplir, se encuentran operaciones como las de detección de señales de las entradasprogramadas en una secuencia previamente, en las que se envían datos de acción a los diferentes dispositivosque se conectan a las salidas, como motores, pilotos, electro-válvulas y relevadores.

36 La figura, representa el control de un sistema, las entradas son procesadas, de acuerdo a una secuencia de automatización, y entrega las salidas adecuadamente seleccionadas, por el programa ladder. En el PLC Micrologix 1000, o 1200, las salidas, de relay, son contactos de micro-relay internos,que solo manejan 2.0 Amp. Por lo que es necesario tener mucho cuidado con los tipos de carga que se conectan. La siguiente imagen corresponde al PLC MicroLogix PLC MicroLogix 1000 de la marca Allen-Bradley, indica que tiene el modo de salidas por relay. Cuatro salidas de contactos individuales, llamados secos o aislados, por ejemplo, los bornes de tornillos para conexión VAC/VDC y O/0; indica que como es relay maneja los diferentes voltajes alternos o directos para activar control. Y con estas características pueden controlar diferentes tipos de elementos de automatización a diferentes voltajes.

37 Ventajas al utilizar un PLC: Sus principales beneficios: Reducción de gabinetes y tableros en el tamaño. Para la montura de equipos y accesorios del control. Obtener conexiones cortas con un menor número de cableado, y más fácil de identificar. Se obtiene una reprogramación más rápida, y un recableado menor. Se reduce los costos y los tiempos de parada de planta, por mantenimiento de equipos. Flexibilidad de configuración y programación, lo que permite adaptar fácilmente la automatización a los cambios de un nuevo proceso, o mejorar el existente. PARTES DE UN CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE Puede considerarse que los controladores lógicos programables, están compuestos de

38 tres partes: Fuente de alimentación, que alimenta de energía a todo el dispositivo, existen PLC con voltajes de trabajo en corriente alterna y corriente directa. La sección de entrada/salida, llamadas puertos de conexiones, es donde el PLC, recibirá las diferentes señales de variables, hace su proceso de acuerdo al programa que tiene, y da salidas, para realizar las automatizaciones. Existen diferentes tipos de módulos tanto de entradas como de salidas. Por ejemplo: Existen PLC con entradas a 120 VCA. Y a 24 VDC. El procesador o CPU tiene capacidad de almacenamiento de datos, y es diferente para cada modelo comercial. Estructura interna de un PLC.

39 Un PLC requiere para su programación, un software y un cable apropiado de comunicación PLC-PC, llamado interfaz, cada marca comercial, cuenta con su propio software y cable. INSTRUCCIONES DEL SOFTWARE PARA PLC MICROLOGIX: I = refiere a input entrada, el primer cero 0/; corresponde a el único modulo que se tiene a manejar, si hubiera más módulos adicionales (expansión), con entradas y salidas, cambiaria este a 1/; si se eligiera alguna entrada o salida del segundo módulo. El segundo cero 0/0, corresponde al número de la entrada utilizada, teniendo en este modelo MicroLogix 1200 clase C, solo 14 entradas de la I:0/0 a la I:0/13. O = refiere a output salida, el primer cero 0/; corresponde a el único modulo que se tiene a manejar, si hubiera más módulos con entradas y salidas, cambiaria este a 1/; si se eligiera alguna del segundo módulo. El segundo cero 0/0, corresponde al número de la entrada utilizada, teniendo en este modelo Micrologix 1200 clase C, solo 10 salidas de la O:0/0 a la I:0/9. B = refiere ala bandera, memoria, o relevador auxiliar del PLC, teniendo un registro de 16 bits, el cual al llenarse durante la programación cambia al siguiente registro: Por ejemplo tendríamos de B3:0/0 a B3:0/15 para el registro uno. Si se ocupara todo dentro de la programación seguiría B3:1/0 hasta B3:1/15.

40 Instrucción ONS: La instrucción ONS es una instrucción de entrada retentiva que ocasiona un eventodurante una sola vez. Use la instrucción ONS cuando un evento debe comenzarbasado en el cambio de estado del renglón de falso a verdadero. Cuando las condiciones de renglón precedentes de la instrucción ONS van de falsasa verdaderas, la instrucción ONS será verdadera durante un escaneo. Después decompletarse un escaneo, la instrucción ONS se hace falsa, aun cuando las condicionesde renglón precedentes permanecen verdaderas. La instrucción ONS sólo volverá ahacerse verdadera si las condiciones de renglón precedentes efectúan una transiciónde falso a verdadero. El controlador le permite usar una instrucción ONS por cada salida en un renglón. Enclavamiento de salida (OTL) y Desenclava-miento de salida (OTU) (Latch and UnLatch)

41 OTL y OTU son instrucciones de salida retentivas. OTL sólo puede activar un bit,en cambio, OTU sólo puede desactivar un bit. Estas instrucciones se usangeneralmente en parejas, con ambas instrucciones direccionando el mismo bit. Su programa puede examinar un bit controlador por instrucciones OTL y OTUtantas veces como sea necesario. Circuito integrado: Elcircuito integrado (CI), también conocido como chip o microchip, es una pastilla pequeña de material semiconductor, de algunos milímetros cuadrados de área, sobre la que se fabrican en su interior, diferentes tipos de circuitos electrónicos, generalmente

42 mediante el método de fotolitografía y que está protegida dentro de un encapsulado de plástico o cerámica. El encapsulado posee conductores metálicos apropiados para hacer conexión entre la pastilla y un circuito impreso. El circuito integrado, cuenta con una muesca o índice para identificar el número de su patillaje, Circuito integrado de la tecnología TTL, número 7408 que corresponde a cuatro compuertas AND, de dos entradas. Fig. Arreglo interno del acomodo de las 4 compuertas en un C.I AND.

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