Módulo: Operación y programación de sistemas de control con controladores lógicos programables (PLC)

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1 Liceo Industrial de San Miguel Agustín Edwards Ross Especialidad de Electricidad 1 Módulo: Operación y programación de sistemas de control con controladores lógicos programables (PLC) Objetivos de la Unidad _ Podrá reconocer las principales características de los Controladores Programables (PLC) y su relación con los diversos componentes electromecánicos asociados a la automatización de máquinas y procesos. _ Identificará la información mínima que necesita saber de la maquina o proceso para seleccionar un PLC. 1.1 Introducción Los primeros controladores lógicos programables (PLC) o Autómatas Programables, fueron diseñados y desarrollados por la empresa norteamericana MODICON (controladores digitales modulares), como reemplazo de los antiguos paneles eléctricos de control, los cuales albergaban una gran cantidad de dispositivos eléctricos. Los autómatas programables aparecieron a fines de la década de los 60 y particularmente en el sector de la industria del automóvil, General Motor y la Ford, fueron empleados en Europa alrededor de dos años más tarde. Su fecha de creación coincide con el comienzo del área del microprocesador y con la generación de la lógica cableada.

2 Estos controladores eliminaron la necesidad de re alambrar cada componente eléctrico, como también incremento significativamente la producción y la calidad del producto en la industria. También redujo el espacio físico que contenían los antiguos paneles eléctricos y también disminuyo la tasa de accidentes que se producían en las personas y equipos. 2 La creciente difusión de aplicaciones de la electrónica, la fantástica disminución del precio de los componentes, el nacimiento y el desarrollo de los microprocesadores y sobretodo la miniaturización de los circuitos de memoria permiten presagiar una introducción de los autómatas programables, cuyo precio es atractivo incluso para equipos de prestaciones modestas, en una inmensa gama de nuevos campos de aplicación. El autómata programable satisface la exigencia tanto de procesos continuos como discontinuos. Regula presiones, temperatura, niveles y caudales así como todas las funciones asociadas de temporización, conteo y lógica. También incluye una tarjeta de comunicación adicional, autómata se transforma en un poderoso satélite dentro de una red de control distribuida. 1.2 Definición de Automatización Se define la Automatización como el estudio de los métodos y procedimientos cuya finalidad es la situación del operador artificial en la generación de una tarea física o mental previamente programada, partiendo de esta definición y ciñéndonos al ámbito industrial puede definirse la automatización como el estudio y aplicación de la automática al control de los procesos industriales. En función del tipo de proceso que se pretende controlar y de la forma en que se realice dicho control, el operador artificial o sistema de control presentara una configuración y características determinadas.

3 1.3 Tecnología de Control 3 Las Tecnologías de Control en el campo de la Automatización son variadas, dependiendo fundamentalmente con el tipo de señal que se opera, como también de su arquitectura (diseño y construcción). La Comunicación en el aspecto de señal, puede operar con el estado 1 y 0 lógicos, (señales Digitales), Función todo o nada. Pero también puede operar con señales que varían en el tiempo que son las (señales Análogas), o con ambas a la vez. En cuanto a su arquitectura, pueden operar o trabajar con este tipo de señales y dar respuestas especificas, como también esta la posibilidad de ingresarles parámetros específicos, como por ejemplo (programas con respecto a un proceso). A continuación se mencionan 2 tipos de programas específicos: - La tecnología cableada o lógica de reles. - La tecnología Programada. a) Tecnología Cableada o lógica de reles: Es la forma de control manejada a través de pasos o frecuencias mediante la cual se pueden operar mecanismos o dispositivos eléctricamente como por ejemplo: contactores, bobinas, reles, temporizadores, contadores, horometros, etc. y diversos componentes relacionados al área de comando eléctrico industrial, manejando etapas de fuerza de control, para un determinado proceso. En la parte física abarca un gran volumen y una gran cantidad de tiempo en desarrollarla. b) Tecnología Programada: Es la parte que concierne a los dispositivos que tienen la capacidad de almacenar información y a la vez interactuar con otros dispositivos (Pregunta y respuesta), por ejemplo: los PLCs y los PC. En la parte física es mucho mas reducido y compacto y el tiempo empleado en desarrollarlo es aún menor.

4 1.4 Qué es un PLC? 4 _El Autómata o Controlador Lógico Programable en ingles:( Programmable Logia Controller) PLC. Es un equipo electrónico diseñado para controlar, en tiempo real, procesos secuénciales de cualquier tipo y volumen en la Industria en general. Aparato, máquina o herramienta son otros términos con que se le conoce. Basado en un programa escrito por el usuario, almacenado en memoria. Monitorea continuamente el estado de dispositivos conectados como entrada y a su vez este controla a los dispositivos conectados como salidas.

5 1.5 Estructura de los PLC 5 Los PLC. (Controladores lógicos programables), pose una estructura externa que se refiere al aspecto físico del mismo, bloques o elementos en que esta dividido. Actualmente existen 2 estructuras más significativas en el mercado: Estructura Compacta Estructura Modular Estructura Compacta Este tipo de PLCs se distingue por presentar en un solo bloque todos sus elementos, esto es: Fuente de alimentación, CPU, memorias, entradas y salidas, etc. En cuanto a su unidad de programación, existen 3 versiones: Unidad fija o enchufable directamente en el PLCs, enchufable entre cable y conector y ambas conexiones. El montaje del autómata al armario que ha de contenerlo se realiza por los sistemas de riel DIN, placa perforada, etc. Estructura Modular Como su nombre lo indica, este tipo de PLCs se divide a través de módulos o partes del mismo que realizan funciones específicas. Aquí cabe de hacer dos divisiones, para lo cual distinguiremos en estructura americana y europea. a) Estructura Americana: Se caracteriza por separar las E/S del resto del PLCs, de tal forma que en un bloque compacto están reunidas las CPU, memoria de usuario o de programa y la fuente de alimentación.

6 b) Estructura Europea: Se característica principal es la que existe un modulo para cada función, es decir; la fuente de alimentación, las E/S, la CPU, etc. La unidad de programación se une mediante cable y conector. La sujeción se realiza mediante riel DIN, placas perforadas o bien sobre RACK, en donde va alojado el BUS externo de unión de los distintos módulos que lo componen. 6 Actividad Nº1 Dibujar en forma separada, cada uno de los controladores. (Compacto y modular), además de investigar datos, marcas, características, precios de a lo menos 3 modelos más en el mercado. Los Autómatas Programables se componen esencialmente de 3 bloques básicos como son: - La Sección de Entradas. - La Unidad Central de Proceso o CPU. - La Sección de Salidas.

7 a) La Sección de Entrada: Mediante la interfase, adapta y codifica de forma comprensible por la CPU, las señales procedentes de los dispositivos de entrada o captadores, esto es: pulsadores, finales de carrera, censores etc. También tiene una misión de protección de los circuitos electrónicos internos del autómata realizando una separación eléctrica entre estos y los captadores. 7 b) La Unidad Central de Proceso CPU: Es por decirlo así, es la parte inteligente del sistema, ya que mediante la interpretación de las instrucciones del programa del usuario y en función de los valores de las entradas, activa las salidas deseadas. c) La Sección de Salidas: Mediante la interfase, trabaja de forma inversa a las entradas, es decir, decodifica las señales procedentes de la CPU, las amplifica y manda con ellas los dispositivos de salida o actuadotes como por ejemplo: lámparas, reles, contactores, arrancadores, electro válvulas, etc. Además existen unas interfases de adaptación a las salidas y de protección de circuitos internos. Unidad de Alimentación Captadores Sección De Entrada CPU Sección De Salida Actuadores Interfases

8 d) La unidad de Alimentación: Dependiendo del fabricante, existen varias tensiones de alimentación las cuales son: 24, 110 y 220 volts, Tanto en AC como DC. Para lo cual se sugiere aplicar las normas predispuestas en cada uno de sus respectivos catálogos, asegurando así la vida útil de estos controladores. Además se establecen los parámetros eléctricos de las entradas y salidas, las cuales pueden ser: análoga y digital, de alta o baja velocidad. 8 e) Memorias: Las memorias que posee el controlador pueden ser varias pero en la actualidad se utilizan las siguientes: Las ROM que son grabadas por el fabricante y el usuario No puede alterar su contenido. La información se mantiene ante una falta de tensión. Las RAM (flash) que es volátil, es decir, el programa se pierde en caso de un fallo de tensión. Son eléctricamente borrable y eléctricamente gravables. Se deben de respaldar a través de una pila para aumentar su vida útil. Las EPROM y EEPROM independientemente de las memorias anteriores, este tipo de memorias tiene gran aplicación como memorias copia para grabación y archivo de programas de usuarios.

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10 1.6 CAMPOS DE APLICACIÓN 10 Los PLC por sus especiales características de diseño, tienen un campo de aplicación muy extenso. La constante evolución del hardware y software amplía constantemente este campo para satisfacer las necesidades que se detectan en el espectro de sus posibilidades reales. Sus reducidas dimensiones, la extremada facilidad de montaje, la posibilidad de almacenar los programas para su posterior y rápida utilización, la modificación o alteración de los mismos, etc. Hace que su eficacia se aprecie en los siguientes campos de aplicación: a) Maniobra de Máquinas: Maquinaria Industrial del mueble y la madera. Maquinaria en procesos de grava, arena, cemento. Maquinaria en la Industrial del plástico. Maquinaria en Industrias Textiles y de confección. Maquinas y herramientas complejas. Maquinas de ensamblaje. b) Maniobra de Instalaciones: Instalaciones de aire acondicionado, calefacción, etc. Instalaciones de seguridad. Instalaciones de frió Industrial. (Cámaras frigoríficas). Instalaciones de plantas de embotelladoras. Instalaciones de Industria automotriz. Instalaciones en plantas de alimentos y agricultura. Instalaciones en plantas pesqueras. (Puertos). c) Señalización y Control Chequeo de programas. Señalización del estado de procesos.

11 1.7 VENTAJAS E INCONVENIENTES No todos los autómatas ofrecen las mismas ventajas sobre la lógica cableada, ello es debido, principalmente a las variedades de modelos existentes en el mercado y a las innovaciones técnicas que surgen constantemente. 11 Ventajas del PLC Las condiciones favorables que presenta un PLC son: 2- Menor tiempo empleado en la elaboración de un proyecto debido a que no es necesario dibujar el esquema de contactos. 3- La lista de materiales queda reducida y al elaborar un presupuesto, eliminaremos parte del problema que supone el contar con diferentes proveedores, distintos plazos de entrega. 4- Posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar el cableado ni añadir aparatos. 5- Mínimo espacio de ocupación. 6- Menor costo de la mano de obra de instalación. 7- Economía de Mantenimiento.detecta averías y fallas. 8- Posibilidad de controlar varias maquinas con un solo autómata. 9- Menor tiempo para la puesta en servicio del proceso, al quedar reducido el tiempo de cableado. 10- Si por alguna razón la maquina queda fuera de funcionamiento, el PLCs sigue siendo útil para otra maquina. DESVENTAJAS 1- Como inconveniente fundamental, es que es necesario de un programador, que lo obliga a adiestrar a uno de los técnicos en cada empresa. 2- El costo inicial es alto, según el proceso que se desee controlar.

12 12 PARA APOYAR ESTOS CONTENIDOS VEA EL VIDEO QUE ENCONTRARÁ EN LA SIGUIENTE DIRECCIÓN: PLC (controladores lógicos programables) 1.8 CUESTIONARIO Para medir el grado de comprensión, se solicita que responda brevemente en su cuaderno de taller, las siguientes preguntas: 1.- Que entiende por Automatización? 2.- Qué entiende usted por un controlador lógico programable? 3.- Cómo eran los procesos productivos antes de la creación del PLC? 4.- Cómo fueron los procesos productivos después de la creación del PLC? 5.- Cuál es la diferencia entre la tecnología cableada y programada? 6.- Qué entiende por estructura compacta y modular? 7.- Cuáles son los 3 componentes básicos de todo PLC? 8.- Qué componentes eléctricos se pueden conectar en las entradas? 3 c/u 9.- Qué componentes eléctricos se pueden conectar en las salidas? 3c/u 10.- Mencione a lo menos 3 ventajas de un PLC 11.- Mencione 2 desventajas de un PLC. 12.-En cuanto al campo de aplicación de los PLC mencione: 4 ejemplos en el campo de maniobras de maquinas. 4 ejemplos en el campo de maniobra de instalaciones. 2 ejemplos en el campo de señalización y control Mencione las 4 etapas del ciclo scan del PLC.