PLC. Semana 1: Introducción a los PLC QUÉ ES UN PLC? PLC es la sigla de Controlador Lógico Programable (ProgrammableLogicController).

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1 PLC Semana 1: Introducción a los PLC QUÉ ES UN PLC? PLC es la sigla de Controlador Lógico Programable (ProgrammableLogicController). Se trata de un dispositivo de arquitectura similar a una computadora estándar, utilizado para controlar el equipamiento de una instalación industrial: Sistemas de transporte, ensamblaje, embotellado Pensemos en cualquier proceso de producción en serie y, si investigamos un poco, muy probablemente descubriremos que se controla con PLC. En un sistema de control industrial tradicional, cada dispositivo de control se cablea directamente a otro, de acuerdo con el funcionamiento deseado. En un sistema basado en PLC, éste reemplaza el cableado entre los dispositivos, de forma tal que los equipos, en lugar de ser conectados directamente unos a otros, se conectan todos al PLC y éste posee un programa que realiza el cableado entre los dispositivos en cuestión. 1/15

2 CUÁL ES LA VENTAJA DE USAR PLC? La principal ventaja del PLC frente a un sistema de control tradicional, es la conexión virtual entre los dispositivos que realizan el control. Esto significa que, una vez conectados todos los dispositivos del sistema con el PLC, puedo programar, probar, modificar, agregar funciones y una larga lista de etcéteras, sin necesidad de modificar el cableado. Los cambios se realizan en el programa del PLC, que viene a ser como un circuito eléctrico virtual, que conecta entradas y salidas de mi sistema. 2/15

3 Dispositivos conectados a un PLC Por ejemplo Supongamos que se cuenta con un Pulsador (que llamaremos P1) para accionar un motor (M1), encargado de mover una cinta transportadora, y un indicador luminoso (IL1) que nos dará el estado de la cinta. 3/15

4 Qué sucedería si ahora se requiere que el indicador luminoso indique el estado de la cinta transportadora con una luz intermitente? Deberíamos intercalar un timer entre el pulsador y el indicador luminoso. Para esto habría que modificar el cableado y hacer un espacio en el tablero eléctrico para el nuevo dispositivo. En una automatización con PLC, estas modificaciones se realizan directamente sobre el programa, sin necesidad de agregar nuevos dispositivos, modificar la disposición del tablero eléctrico o volver a cablear. 4/15

5 A medida que los sistemas se hacen más complejos y tienen mayor cantidad de dispositivos, esta ventaja se hace más notable en la flexibilidad del sistema: rápidamente se pueden hacer modificaciones de funcionamiento, agregar secuencias de tiempo, etc. A continuación, a manera de ejemplo, podemos observar un esquema de rele para la parada y marcha de un motor. UN POCO DE HISTORIA Hasta mediados de los 70 s, la mayoría de las maquinas eran controladas por relevadores, alojados en grandes cajas de control eléctrico. Interconectando un conjunto de relevadores se pueden generar secuencias automáticas para controlar un proceso. Estas enormes cajas de control muchas veces cubrían paredes enteras (de hasta 10 m). Los relevadores generaban una considerable cantidad de calor, consumían grandes cantidades de energía eléctrica y usaban voltajes altos. La complejidad de dicha secuencia aumenta significativamente el número de relevadores necesarios. 5/15

6 Una caja de control eléctrico antigua. A manera de síntesis Conexiones Alta probabilidad de errores Falsos contactos Dificultades para modificar el sistema o solucionar fallas Temporizadores Neumáticos De ajuste manual (poca precisión) Operaciones inconsistentes Tiempo de respuesta Retardos en la actividad de bobinas Diferencias de tiempo entre relés Cambios en el tiempo Errores en modificación de cableado Documentación desactualizada Diagnóstico de fallas muy complejo Vida útil Muy baja, dependiente del número de activaciones 6/15

7 LA LLEGADA DEL PLC El PLC fue inventado como respuesta a las necesidades de la industria automotriz americana. En 1968 la empresa Hydramatic (la división de transmisiones automáticas de General Motors) solicitó a sus proveedores una propuesta para el reemplazo de los sistemas de control eléctrico por un sistema electrónico. La propuesta ganadora vino de Bedford Associates de Bedford, Massachusetts. El primer PLC fue designado como el 084, portratarse del proyecto numero ochenta y cuatro dedicha empresa. Bedford Associates inicio un nuevo emprendimiento dedicado a desarrollar, manufacturar, comercializar, y proveer servicio a este nuevo producto, que luego se transformó en MODICON (MOdularDIgitalCONtroller) y fue empresa líder en el mercado de la automatización. La industria automotriz es todavía uno de los más grandes usuarios de PLCs, a esto se debe que muchos fabricantes de PLCs tengan un enfoque especial en la industria automotriz. Uno de los primeros modelos 084 construidos, está en exhibición en la oficina central de Modicon en North Andover, Massachusetts. Fue un regalo de GM para Modicon, cuando el PLC fue retirado, después de casi 20 años de servicio continuo. Los Controladores Lógicos Programables (PLC) fueron creados para eliminar o reducir el uso de relevadores (o relés). Esto reduciría el tamaño de los gabinetes de control, así como la cantidad de energía consumida. Los primeros PLCs se alimentaban a 120 VAC para minimizar el impacto que generaba el recambio a equipos de voltaje más bajo y la necesidad de recablear y agregar transformadores o fuentes de alimentación. 7/15

8 LOS PLC EN LA ACTUALIDAD En los tableros actuales, los dispositivos se conectan a un punto en el PLC. Los falsos contactos siguen siendo un problema, pero el número de conexiones es mucho menor. Los Timers son electrónicos y más estables que sus antecesores neumáticos. Los Timers de los PLCs modernos son increíblemente precisos, lo cual brinda nuevas posibilidades en el manejo de tiempos. La tecnología constructiva de los PLC, basada en electrónica, elimina la mayoría de las limitaciones mecánicas de los sistemas de relevadores. Internamente, los PLC tienen prácticamente un número ilimitado de relevadores virtuales, que pueden ser usados en el programa. De modo que un PLC puede remplazar miles de relevadores usando un espacio muy reducido. Muchas de las Salidas de los PLC, aún son de relevador, y se utilizan para manipular los dispositivos externos. Para hacer modificaciones a la lógica, solo se requiere Re-programar y no re-cablear. Por otro lado, un cambio en la secuencia no requiere agregar nuevos relevadores, timers, contadores u otros dispositivos. El diagnostico de fallas se lleva a cabo con dispositivos de programación, que permiten ver la lógica en acción. Esto es mucho más simple que seguir cables y medir voltajes en los contactos de los relevadores. Todo esto reduce también los costos de instalación, puesta en marcha y mantenimiento de los sistemas de control. Para la programación de sus PLC, OMROM utiliza CX-Programmer. Podrá descargar este software desde la sección Recursos Multimedia. 8/15

9 LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN LADDER Muchos electricistas fueron entrenados para leer Lógica de Escalera con Relevadores ( RLL : RelayLogicLadder) para hacer instalaciones y diagnosticar sistemas existentes. Uno de los lenguajes de programación más extendidos en la industria de los PLC es el Ladder. Se trata de un método gráfico similar a la lógica de escalera, que simplificó el traspaso de sistemas con relevadores a sistemas con PLC. Quienes estén habituados a trabajar con esquemas eléctricos encontraran similitudes entre estos y un programa de PLC. Figura 1 Diagrama Lógico RLL Figura 2 Conexionado y Diagrama Lógico PLC Trataremos este tema en la Unidad de Programación,durante la semana 4. 9/15

10 A manera de síntesis Podríamos decir que, en comparación con los sistemas de control tradicionales, la automatización por PLC nos da las siguientes ventajas: Control más eficiente. Menor requerimiento de espacio. Mayor velocidad. Menor costo. Modificaciones y detección de fallas más rápida y eficaz. DÓNDE SE USA EL PLC? En la actualidad, la mayoría de los procesos industriales cuentan con uno o más PLCs que se encargan del control. En este tipo de sistemas nos encontramos, habitualmente, con los siguientes elementos: 1. SENSORES Indican el estado del sistema. Ejemplos: barreras fotoeléctricas, sensores inductivos, encoders de posición, termocuplas. 2. ACTUADORES Modifican el proceso para obtener el resultado deseado. Ejemplos: motores eléctricos, cilindros neumáticos, electroválvulas, sistema hidráulico. 3. INTERFAZ HOMBRE MÁQUINA (HMI) Permite operar el sistema, configurar acciones, ajustar condiciones de trabajo de la máquina, etc. Indica, además, el estado del proceso. Ejemplos: Pulsadores, llaves de ajuste, indicadores luminosos, sirena, pantalla touchscreen. 10/15

11 La siguiente figura ilustra la interacción de estos elementos en un control de procesos: 11/15

12 FUNCIONES DEL PLC EN UN PROCESO INDUSTRIAL 1. Identificar órdenes y datos enviados por el operador. 2. Leer el estado de los sensores de la máquina. 3. Procesar la información recibida siguiendo un programa previamente cargado. 4. Enviar información de estado al operador. 5. Activar/desactivar actuadores para realizar el proceso. Una vez programado, el PLC realiza estas acciones de forma automática y a gran velocidad. Este procedimiento se denomina ciclo de scan, tema que veremos más en detalle en la unidad Funcionamiento, durante la semana 3. QUÉ ES EXACTAMENTE UN PLC? Todo PLC está compuesto, básicamente, de: Módulos de entrada Unidad de procesamiento (CPU). Módulos de salida. Entonces Módulos de entrada CPU Módulos de salida Reciben señales eléctricas dadas por los sensores, indicando el estado del proceso. Interpretan estas señales y las convierten en datos (bits) que luego serán procesados por la CPU. Recibe, procesa, almacena y envía información. Ejecuta el programa almacenado en memoria. Es el cerebro del PLC. Toman la información que resulta de la ejecución del programa y la envían a los actuadores en forma de señales eléctricas. 12/15

13 La CPU de un PLC es muy similar a la de una computadora personal. Ambas cuentan con un microprocesador, memoria RAM, memoria ROM, puertos de comunicación La principal diferencia entre una computadora personal y un PLC está en los dispositivos de entrada/salida. Así como en una PC se conectan teclado, mouse, impresora, monitor en un PLC conectaremos sensores inductivos, barreras fotoeléctricas, sensores de temperatura, contactores o electroválvulas. Los módulos de entrada/salida de un PLC se clasifican según el tipo de señal con que trabajan. El bit es la unidad de datos mínima que utiliza todo sistema computarizado. Un bit tiene sólo dos valores posibles: 0 y 1. La CPU conforma los números agrupando bits. Por ejemplo, a un conjunto de 8 bits se lo denomina BYTE. En la mayoría de los PLCs OMRON, la CPU trabaja con bits agrupados de a 16, denominados WORDS. TIPOS DE SEÑALES DE E/S En los sistemas de control basados en PLC, la información entre los dispositivos se transmite en forma de señales eléctricas. Estas señales son tan variadas como la información misma. En la industria existen diversos estándares para transmitir la información, se trata de normas que definen las características que debe tener una señal para representar un dato determinado. Podemos hacer una primera clasificación entre señales digitales (o discretas) y analógicas. Señales digitales: Son aquellas que pueden tener sólo dos estados posibles: 0 ó 1, encendido o apagado. Ejemplo: Un sensor de proximidad inductivo entrega dos niveles de tensión distintos para indicar la presencia o ausencia de un objeto metálico. Presencia de objeto: entrega 24 Volts en su salida. Ausencia de objeto: entrega 0 Volts en su salida. 24 V 0 V 13/15

14 Los estándares para señales discretas definen los niveles de tensión para el 0 lógico y el 1 lógico, es decir, qué voltajes entrega el sensor en la detección y no-detección, respectivamente. Los PLC OMRON utilizan 0 y 24 Volts. Para las entradas: el PLC identificará un estado de detección cuando reciba 24 Volts y no detección cuando reciba 0 Volts. Para las salidas: el PLC enviará 24 Volts cuando la CPU indique que se debe encender un dispositivo y 0 Volts en caso contrario. En caso de que las salidas sean de tipo relé, el PLC cerrará el contacto para activar el dispositivo o lo abrirá para desactivarlo. Volveremos sobre este punto en el tema Conexión de entradas/salidas durante la semana 2. Señales analógicas Son aquellas que pueden tomar cualquier valor dentro de un rango determinado. Por ejemplo:un sensor de temperatura entrega una tensión proporcional al valor de la temperatura medida, dentro de un rango determinado. 7 V 6 V V de salida 7 P.M. 21 ºC 4,2 Volts 5 V 4 V 3 V 2 V 1 V 3 A.M. 7 ºC 1,4 Volts 2 P.M. 31 ºC 6,2 Volts Hora del día A diferencia de las señales digitales, las señales analógicas permiten medir valores continuos de una variable física. De esta forma, se puede hacer un control más preciso. Por otro lado, el procesamiento de este tipo de señales es más complejo y escapa a los contenidos del curso. Dos estándares de uso común en la industria definen para las señales analógicas el rango de tensión 0 a 10 Volts y el rango de corriente 4 a 20 miliamperes. 14/15

15 Para las entradas: el PLC identificará valor mínimo para 0 Volts y valor máximo para 10 Volts, con todos sus valores intermedios. Dentro del PLC se realiza una conversión del nivel de tensión a un valor numérico para su procesamiento. En el caso de un sensor de temperatura, a partir del valor de tensión se podría obtener la temperatura en grados centígrados. Para las salidas: el PLC enviará un nivel de tensión o de corriente: entre 0 y 10 Volts o entre 4 y 20 miliamperes, respectivamente; correspondiente a la intensidad que se desea dar al actuador. 15/15

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