Controladores Lógicos Programables Conceptos Básicos

Transcripción

1 Controladores Lógicos Programables Conceptos Básicos 1

2 Orígenes y evolución de los PLCs 1968, premisa GM: RLL (relay ladder logic) R Morley: 1er Modicon 084 Allen Bradley, I/O remoto, manejo de señales analógicas 1980, desplazo de los costosos DCSs, y a CNCs en algunas máquinas herramientas Definición PLC: Aparato digital electrónico con una memoria programable para el almacenamiento de instrucciones, permitiendo la implementación de funciones específicas como: lógica, secuencias, temporizado, conteo, aritmética, con el objeto de controlar máquinas y procesos. 2

3 Ventajas Flexibilidad Implementación de cambios, corrección de errores Espacio físico Costo Ingeniería offline, prueba-simulación en laboratorio Visualización online Rápidos tiempos de scan Programación amigable Confiabilidad: Un PLC estándar tiene una tasa de falla aprox. de 0.16 fallas/año, mientras que un sistema triple redundante (tanto CPUs como módulos de entrada-salida) fallas/año. Mantenibilidad Documentación Seguridad (llave) 3

4 Desventajas/amenazas Nuevas tecnologías, por ej visión Capacitación en aplicaciones complejas, resistencia a los cambios. Aplicaciones con funciones fijas implementadas con PCs Ambientes muy agresivos Seguridad ante riesgo de vida humana, hardware externo, o redundancia 4

5 Mercado PLCs Año 2004: 7000 millones de dolares/año. Distribución mercado (proveedores líderes). 5

6 6

7 Estructura de un PLC Fuente CPU Procesador Memoria Comunicaciones Entradas (discretas y analógicas) Salidas (discretas y analógicas) Rack, bastidor o chasis 7

8 señales desde el campo E N T R A D A S BUS DE DATOS CPU FUENTE DE ALIMENTACION EQUIPO DE PROGRAMACION PROCESADOR MEMORIA INTERFASE CON EL OPERADOR BUS DE DATOS S A L I D A S señales hacia el campo 8

9 Clasificación Por su construcción: Integral Modular Por su capacidad 1. Discreta, analógica, operaciones aritméticas y de comunicación básicas 2. Idem anterior + punto flotante, E/S inteligentes, conexión a redes, etc. Por su cantidad de E/S Nano: hasta 32 E/S Micro: 33 a 128 E/S Compacto: E/S Mediano: E/S Grande: > 1024 E/S 9

10 Módulos de Entradas/Salidas Entradas:. Discretas: terminal, conversor de señal, optoaislador, salida a CPU Analógicas: protección, filtro, multiplexado, conversor ADC, aislación, buffer. Salidas: Discretas: terminal, optoaislador, conversor de señal, salida a campo. Analógicas: buffer, aislación, conversor DAC, protección. Especiales: HSC, termocuplas, RTDs, etc. Inteligentes: Tienen microprocesador, son programables, por ej. servoposicionamiento. 10

11 CPU Sistema operativo El sistema operativo o ejecutivo es un programa escrito por el fabricante para gobernar todo el sistema: Contiene un conjunto de instrucciones para interpretar y ejecutar la aplicación generada por el usuario. Realiza rutinas de autodiagnóstico. Interactúa con los periféricos (tarjetas de E/S, puertos de comunicación, etc.) Se encuentra almacenado en la memoria no volátil. 11

12 CPU Procesador Los plcs estándar cuentan con un CPU resolviendo todas las operaciones Se fijan tareas aisladas para atender las comunicaciones con las E/S. Estas tareas requieren de un procesamiento que utiliza algo del tiempo de ejecución del CPU, por ende altera la ejecución de la aplicación. 12

13 CPU Procesador Los plc modernos cuentan con 2 CPUs de 32bits que interactúan para efectuar el control El CPU de lógica ejecuta el código de la aplicación y realiza el procesamiento de los mensajes. El CPU de backplane se comunica con las E/S y envía y recibe datos desde el backplane. Como este CPU es independiente del otro, toda la información de E/S se maneja asincrónicamente a la ejecución del programa (no altera el scan) 13

14 Memorias mapeo E/S Dentro del CPU se dispone de un área de memoria, la cual se utiliza para diversas funciones: Memoria del programa de usuario: aquí se introduce el programa que el plc va a ejecutar cíclicamente. Memoria de la tabla de datos: se suele subdividir en zonas según el tipo de datos (como marcas de memoria, temporizadores, contadores, etc.). Memoria del sistema: aquí se encuentra el programa en código máquina que monitoriza el sistema (sistema operativo o firmware). Memoria de almacenamiento: se trata de memoria externa que empleamos para almacenar el programa de usuario, y en ciertos casos parte de la memoria de la tabla de datos. Suele ser de uno de los siguientes tipos: EPROM, EEPROM, o FLASH. 14

15 Tiempo de ciclo (scan time): Es el barrido cíclico que realiza el plc mientras realiza todas las tareas: Consulta el estado de las entradas y almacena. Resuelve el programa de aplicación. Atender las comunicaciones con módulos inteligentes. Atiende las comunicaciones de los puertos. Ejecuta el autodiagnóstico. Actualiza las salidas a partir de los resultados almacenados en la memoria. Vuelve a empezar el ciclo. Depende de la velocidad del microprocesador, y del tamaño de la aplicación. 15

16 Modos de barrido: Lógica escalera: Modo Rung (rung scanning): En forma horizontal de izquierda a derecha, de arriba a abajo. Modo columna (column scanning): En forma vertical de arriba abajo, de izquierda a derecha. Bloques de Función: Siguiendo el orden en que se fueron creando los distintos bloques, luego si es necesario, también se puede modificar. Estructura de un proyecto: Segmentos Networks Secciones (IEC) 16

17 Acceso a periferia, equipos programación El PLC debe disponer de alguna forma de programación, la cual se suele realizar empleando alguno de los siguientes elementos: Unidad de programación: suele ser en forma de calculadora. Es la forma más simple de programar el plc, y se suele reservar para pequeñas modificaciones del programa o la lectura de datos. Aun usado en microplcs. Consola de programación: es una terminal a modo de PC que proporciona una forma más cómoda de realizar el programa de usuario y observar parámetros internos del PLC. Discontinuado actualmente. PC: es el modo más potente y empleado en la actualidad. Permite programar desde una PC personal estándar, con todo lo que ello implica: herramientas más potentes, posibilidad de almacenamiento en HD, impresión, transferencia de datos. Expansión de E/S: Se necesitan módulos adicionales en bastidor cabecera y remoto/s Distintas topologías, velocidades, y protocolos. 17

18 Modos operativos en un plc RUN se ejecuta el programa de usuario se actualizan las salidas del PLC comunicación con HMI se ejecuta autodiagnóstico modificaciones de programa = según modelo de PLC STOP NO se ejecuta el programa de usuario NO se actualizan las salidas del PLC (apagadas o congeladas ) comunicación con HMI (permite ver estados de E/S) se ejecuta autodiagnóstico (parcial) modificaciones de programa = permitida 18

19 Modos operativos en un plc Pasaje de STOP a RUN: siempre por el operador Por selector (hardware). Desde el equipo de programación. Pasaje de RUN a STOP Por selector (hardware). Desde el equipo de programación. Por programa del usuario. Por autodiagnóstico (por ej. si se excede el tiempo de ejecución) 19

20 Concepto power up Generalmente al comienzo de toda aplicación en la primer network se programa una bobina que se activará apenas comienza el primer scan. Esta se denomina bobina de power up, y tiene la particularidad de utilizarse para llevar distintas secuencias a estados seguros. 20

21 Factores a considerar en la selección de un plc: Costo: inicial, instalación, mantenimiento, capacitación Service/soporte: depende el contexto país Flexibilidad/expandibilidad: memoria, E/S, comunicaciones Entrenamiento: en planta?, upgrades? Documentación: proveen detalles de circuitería placas? 21

22 Leguajes de programación Lógica escalera (ladder logic) 22

23 Leguajes de programación IEC : Es el estándar internacional para lenguajes de programación de PLCs. LD: ladder diagram SFC: sequential function chart FBD: Function Block Diagram ST: Structured Text IL: Instruction List 23

24 Leguajes de programación Trabajar con IEC , brinda: Estructura definida Compatibilidad Posibilidad de reutilizar código Desarrollo productivo Portabilidad Know how 24

25 De lógica a lo analógico, servocontroles, PIDs y funciones complejas De PLC aislados a PLCs conectados en red accesibles via web. De lógica escalera a programas según IEC De 1000 instrucciones/seg a 20 millones de instrucciones/seg. De memorias de pocos kilobytes a megabytes. De protocolos propietarios a tecnologías de sistemas abiertos. De control de maquinarias a aplicaciones de propósito general. De rack con tarjetas a construcción modular y compacta. 25

26 E/S con diagnósticos especiales más precisos Módulos inteligentes con detección temprana de fallas (ej salida a EV) PLCs con simulación Optimización de memoria automática. Carga automática en CPUs redundantes Sistemas operativos multitarea Posibilidad de registrar variables en el tiempo (trendings) Service a distancia 26

27 Asociaciones automáticas real-entero en la asignación de variables. Motion: instrucciones en el mismo software Comando de drives: al configurar un módulo arma toda la tabla de intercambio de información. Idem para CCM inteligentes (centro control motores). Bus VME, concepto de memoria reflejada. Upload: no se pierde nada. Placas especiales de 1 mseg CPUs con un buffer de fallas cronológico con detalle de fecha y hora. Desarrollo de aplicaciones a partir de otras disponibles via web Domótica, edificios inteligentes. 27

28 Bibliografía: "Sistemas Digitales de Control de Procesos", S. Szklanny, C. Behrends "Programmable Logic Controllers", John W. Webb, Ronald A. Reis "Programación de Autómatas Modicon TSX Quamtum", Schneider Automation Inc. "Concept User Manual", Schneider Automation Inc. 28