Introducción a la electrónica industrial Control de eventos discretos Controladores lógicos programables (PLC)

Transcripción

1 Introducción a la electrónica industrial Control de eventos discretos Controladores lógicos programables (PLC) Patricio G. Donato Jonatan Fischer Noelia Echeverría Nahuel Dalgaard Laboratorio de Instrumentación y Control (LIC) Introducción a la electrónica industrial 1

2 Control de eventos discretos Introducción Control continuo Visto en la clase anterior CONTROL Control discreto Control de eventos discretos (Automatización) El control de eventos discretos opera solo en los instantes en que se producen dichos eventos Mantiene los valores dentro de rangos determinados On / Off (PID no es on/off) Eventos discretos: Se producen en determinados instantes de tiempo, a diferencia de los eventos continuos, cuyo estado cambia continuamente en el tiempo (ej. Apertura de válvula de gas en un control de temperatura) Mayor jerarquía que el control continuo Introducción a la electrónica industrial 2

3 Tipos de procesos con eventos discretos Control de eventos discretos Introducción Introducción a la electrónica industrial 3

4 Control de eventos discretos Ejemplo Planta compresora de gas V= Válvulas C= Turbocompresores E= Ventiladores Compensación de pérdidas en la cañería Introducción a la electrónica industrial Ley de los gases ideales PV=nRT 4

5 Control de eventos discretos Ejemplo Planta compresora de gas Introducción a la electrónica industrial 5

6 Control de eventos discretos Ejemplo Planta compresora de gas Introducción a la electrónica industrial 6

7 Sistema de llenado de botellas automático Control de eventos discretos Ejemplo 1- Arranca el motor Evalúa el sensor de fin de carrera (LS). 3- Si LS está ON, se apaga M1, si está OFF, enciende M1 y vuelve al punto Activa la válvula del solenoide después de 0,5 segundos. 5- Evalúa el llenado de la botella (fotodetector). 6- Si la botella está llena, cierra la válvula y activa el motor Vuelve al punto 2. Introducción a la electrónica industrial 7

8 Línea de extrusión de film de polietileno Control de eventos discretos Ejemplo Cada paso en el proceso está caracterizado por una acción, realizada mediante un actuador (válvula, motor, etc.), y una serie de señales de sensado que informan al control sobre la finalización, o no, de cada parte del proceso. Algunas de las etapas del proceso necesitan a su vez de un control continuo (p. ej. extrusión, enfriado, etc.) Necesidad de un equipo comercial para realizar el control Introducción a la electrónica industrial 8

9 Controlador Lógico Programable (PLC) Introducción Controlador Lógico Programable (PLC): Equipo electrónico basado en un microprocesador o microcontrolador, que tiene generalmente una configuración modular, puede programarse en lenguaje no informático y está diseñado para controlar procesos en tiempo real y en ambientes industriales. FUNCIONES o Adquirir datos del proceso por medio de las entradas digitales y analógicas. o Tomar decisiones en base a reglas programadas. o Almacenar datos en memoria. o Generar ciclos de tiempo. o Realizar cálculos matemáticos. o Actuar sobre dispositivos externos mediante las salidas digitales y analógicas. o Comunicarse con otros sistemas externos. Introducción a la electrónica industrial 9

10 Controlador Lógico Programable (PLC) Estructura básica Un PLC se compone de cuatro unidades funcionales: - Unidad de entradas - Unidad de salidas - Unidad lógica - Unidad de memoria Además puede haber perifericos (displays, impresoras, lectores de barras) y una fuente de alimentación Introducción a la electrónica industrial 10

11 Controlador Lógico Programable (PLC) Estructura básica COMPACTOS MODULARES Todos los elementos (fuente de alimentación, CPU, memoria, entradas/salidas) están en un solo bloque. Sirven para aplicaciones donde el número de entradas/salidas es pequeño y poco variable. Tienen carcasas estancas, que permiten su empleo en ambientes industriales especialmente hostiles. La configuración del sistema es variable. Permite adaptarse a las necesidades del diseño, y a las posteriores actualizaciones. Funcionamiento parcial del sistema frente a averías localizadas, y una rápida reparación con la simple sustitución de los módulos averiados. PLC Siemens Modelo S7-200 Schneider Telemecanique Twido PLC Siemens S7-400 PLC Schneider Modicom M340 Introducción a la electrónica industrial 11

12 Controlador Lógico Programable (PLC) Modo de funcionamiento Los PLC son máquinas secuenciales que ejecutan correlativamente las instrucciones indicadas en el programa de usuario almacenado en su memoria, generando unas órdenes o señales de mando a partir de las señales de entrada leídas de la planta (aplicación): al detectarse cambios en las señales, el autómata reacciona según el programa hasta obtener las órdenes de salida necesarias. Para optimizar el tiempo, la lectura y escritura de las señales se realiza a la vez para todas las entradas y salidas Introducción a la electrónica industrial 12

13 Controlador Lógico Programable (PLC) Programación Norma IEC IEC es el primer paso en la estandarización de los PLC y sus periféricos, incluyendo los lenguajes de programación que se deben utilizar. Esta norma se divide en cinco partes: Parte 1: Vista general. Parte 2: Hardware. Parte 3: Lenguaje de programación. Parte 4: Guías de usuario. Parte 5: Comunicación. En la IEC se definen cuatro lenguajes de programación normalizados. Esto significa que su sintaxis y semántica ha sido definida, no permitiendo particularidades distintivas (dialectos). Una vez aprendidos se podrá usar una amplia variedad de sistemas basados en esta norma. Literales: Lista de instrucciones (Instruction List, IL). Texto estructurado (Structured Text, ST). Gráficos: Diagrama de contactos (Diagram Ladder, LD). Diagrama de bloques funcionales (Function Block Diagram, FBD). Introducción a la electrónica industrial 13

14 Controlador Lógico Programable (PLC) Programación Norma IEC Modelo textual, similar al lenguaje ensamblador, basado un acumulador simple, donde cada instrucción va en una línea, con su operador, modificadores y operandos. También se lo identifica por sus siglas AWL (Anweisungliste). Lenguaje de alto nivel similar a Pascal y C. Puede codificar expresiones complejas e instrucciones anidadas. Dispone de estructuras para bucles (tipo WHILE-DO), ejecución condicional (tipo IF- THEN-ELSE), funciones (SQRT, SIN, etc.). C = A B Es muy común en aplicaciones que implican flujo de información o datos entre componentes de control. Los bloques funcionales se simbolizan como circuitos integrados. Es ampliamente utilizado en Europa. Tiene sus orígenes en los Estados Unidos. Está basado en la presentación gráfica de funciones booleanas mediante la lógica de contactos o relés. Introducción a la electrónica industrial 14

15 Simbología básica del LADDER Controlador Lógico Programable (PLC) Lenguaje LADDER El LADDER, también denominado lenguaje de contactos o escalera, es un lenguaje de programación gráfico muy popular en el ámbito de los PLC, debido a que se basa en los esquemas eléctricos de control clásicos. Su principal ventaja es que los símbolos básicos están normalizados según normas IEC y son empleados por todos los fabricantes. Para programar un PLC con LADDER, además de estar familiarizado con las reglas de los circuitos de conmutación, es necesario conocer cada uno de los elementos de que consta este lenguaje. Funciones latch Introducción a la electrónica industrial 15

16 Elementos de temporización Controlador Lógico Programable (PLC) Lenguaje LADDER Existen funciones que permiten el manejo de tiempo en los diagramas LADDER. Pueden aparecer en el diagrama como un bloque funcional en donde se especifican las entradas y la salida o bien se pueden representar con bobinas en el caso de las entradas y contactos en el caso de la salida. Funciones tipo latch El esquema básico de un temporizador varía de un PLC a otro, pero todos emplean una serie de señales básicas Introducción a la electrónica industrial 16

17 Elementos de conteo Controlador Lógico Programable (PLC) Lenguaje LADDER Existen funciones que permiten la cuenta de eventos y su salida se activa al haber llegado al valor de preset, cuando la cuenta es ascendente, o cuando la cuenta llega a cero, cuando la cuenta es descendente. En todos los casos existe una señal de reset del contador. En el caso del contador de la figura, el bloque tiene 4 entradas: reset, set, conteo ascendente y conteo descendente, y cuenta con 3 salidas: E, que se activa cuando la cuenta llega a cero, D, que se activa cuando la cuenta llega al preset y F, que se activa cuando el contador rebalsa. Introducción a la electrónica industrial 17

18 Elementos de operación y comparación Controlador Lógico Programable (PLC) Lenguaje LADDER En aquellos controladores que manejan tanto variables booleanas como variables numéricas, existen elementos que permiten operar con estas últimas. Estos elementos se colocan al final de la línea y se activan cuando la cadena de contactos así lo permite. También se pueden realizar operaciones como resta, multiplicación, y raíz cuadrada (SQRT) REG7 = REG1 + REG2 REG85 = REG41 / REG20 También existen bloques que comparan variables numéricas y si se cumple la premisa de comparación permiten que la línea del diagrama se cierre a través de ellos.!=f (igualdad) >< F (desigualdad) >F (mayor) < F (menor) >= (mayor o igual) <= (menor o igual) Introducción a la electrónica industrial 18

19 Controlador Lógico Programable (PLC) Lenguaje LADDER Programación El esquema de la derecha representa la estructura general de todo programa LADDER, con los contactos a la izquierda y las bobinas y otros elementos a la derecha. Si empleamos una equivalencia eléctrica, se puede asumir que las líneas verticales representan las líneas de alimentación de un circuito de control eléctrico. Cada escalón conectado es una ecuación independiente La ejecución del programa se efectúa de escalón conectado a escalón conectado, y dentro de un escalón conectado en la dirección de la ecuación: de arriba a abajo, línea a línea, y en cada línea de izquierda a derecha. Introducción a la electrónica industrial 19

20 Ejemplo: Encendido y apagado de un motor. Controlador Lógico Programable (PLC) Lenguaje LADDER Introducción a la electrónica industrial 20

21 Controlador Lógico Programable (PLC) Lenguaje LADDER Algunas reglas de programación Las bobinas pueden ir precedidas de contactos, pero no pueden estar seguidas por ninguno. Lo mismo se aplica a los bloques Función, ya que se comportan como bobinas. - Las bobinas pueden conectarse en serie o paralelo Si las bobinas se conectan directamente a la línea de la izquierda, entonces se las considera permanentemente activadas. En algunos PLC esto esta prohibido y se debe colocar un contacto entre la entrada y la bobina. - Los nodos están limitados - etc. Alarma de incendio Uso de lógica positiva o negativa: Diseños a prueba de fallos Introducción a la electrónica industrial 21

22 Ejemplo: Planta compresora de gas Controlador Lógico Programable (PLC) Lenguaje LADDER Introducción a la electrónica industrial 22