CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE. PLC

Transcripción

1 CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE. PLC 18/10/2010

2 Qué es un controlador programable? Un controlador programable PLC, es una computadora robusta, especializada en manufactura SIEMENS SIMATIC S7-200 SF RUN STOP I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Micro PLC 212

3 Qué es un controlador programable? Equipo electrónico programable diseñado para controlar, en tiempo real y en un ambiente industrial, procesos de ámbito eminentemente secuencial. SIEMENS SIMATIC S7-200 SF RUN STOP I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Micro PLC 212

4 Cual es su especialidad? Los PLCs se desarrollaron para reemplazar dispositivos electromecánicos vinculados: RELAYS TIMERS COUNTERS SIEMENS SIMATIC S7-200 SF RUN STOP I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Micro PLC 212

5 Cual es su especialidad? Los A.P. no se limitan hoy en día a funciones de control lógico, sino que también permiten: Regular Posicionar Contar, dosificar Comandar válvulas Y mucho más. SIEMENS SIMATIC S7-200 SF RUN STOP I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Micro PLC 212

6 Los PLCs tienen conexión con el mundo exterior a través de: Entradas discretas Salidas discretas Entradas analógicas Salidas analógicas Q1.0 Q1.1 Q1.2 Q1.3 Q1.4 Q1.5 Q1.6 Q1.7 Además que?

7 UBICACIÓN DEL PLC EN UN AUTOMATISMO TRANSDUCTORES PROCESO MANDO DE POTENCIA PLC INTERFASES DE ENTRADA up INTERFASES DE SALIDA ACTUADORES DIÁLOGO HOMBRE / MÁQUINA

8 Ventajas: No es necesario desarrollar la lógica en esquema de contactos ni simplificar las ecuaciones (la memoria interna es suficientemente grande) Posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar cableado ni añadir aparatos Mínimo espacio de ocupación y menores costes de instalación/mantenimiento. Posibilidad de controlar varias máquinas con el mismo A.P. Menor tiempo de puesta en funcionamiento (tiempo de cableado reducido) VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LOS AP/PLC

9 Inconvenientes : Mayor coste inicial de la instalación Necesidad de técnicos de mantenimiento y programadores adiestrados: mayor formación VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LOS AP/PLC

10 HISTORIA DE LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES (I) Primera mitad del siglo XX: entrada del motor eléctrico en los procesos productivos, controlados por sistemas digitales secuenciales mediante relés interconectados. En 1960, tras el desarrollo de los transistores, se desarrollan en Europa los primeros controladores (electrónicos) lógicos cableados ( NORBIT de Philips, SIMATIC C de Siemens). Control lógico cableado basado en relés Control lógico cableado basado en disp. de estado sólido (relés estáticos)

11 HISTORIA DE LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES (II) En 1968, GM Hydramatic realiza un concurso para la propuesta de un controlador electrónico que sustituya a las soluciones de control cableado utilizadas hasta ese momento. La propuesta ganadora corresponde a la consultora Bedford Associates, que propone un Controlador Lógico Programable (PLC). El primer PLC comercial, denominado MODICON 084, fue presentado por esta empresa. Uno de sus investigadores Richard E. Morley, es considerado en la actualidad el padre del PLC.

12 HISTORIA DE LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES (III) Quien patentó, en 1974, el término PLC fue la marca ALLENBRADLEY(hoy Rockwell Automation). El Dr. Odo J. Struger, fallecido en 1998, es considerado el padre de sus PLC s. El Dr. Struger, de origen Austriaco, trabajó para la empresa A & B durante 40 años y colaboró activamente en el desarrollo del estándar IEC

13 Evolución de los Autómatas Programables Nace el AP basado en un procesador. Los AP se conectan en red. Se complican y se descentralizan: redes de AP mas pequeñas. Los armarios de distribución de conexiones se sustituyen por redes de control que comunican los AP entre si y con los dispositivos de campo.

14 Estructura lógica de un A.P. CPU Unidad de control. ROM sistema operativo. Memoria de programa. Acumulador. Imágenes de proceso de entradas y salidas. Temporizadores, contadores y marcas. Periferia Comunicaciones

15 ESTRUCTURA DE UN PLC I / O BUS Fuente de Alimentación Procesador Memoria de Programa Memoria de Datos Circuitos de I/O Fuente Externa IN OUT

16 Qué es una entrada discreta? Una entrada discreta es una señal que puede ser ON o OFF Esta es llamada entrada digital SIEMENS SIMATIC S7-200 SF I0.0 RUN I0.1 STOP I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Micro PLC 212

17 Qué conecto en una entrada discreta? Pulsante Fin de carrera Presostato Sensor proximidad Pedal SIEMENS SIMATIC S7-200 SF I0.0 RUN I0.1 STOP I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Micro PLC 212

18 Qué es una entrada analógica? SF I0.0 Q0.0 Micro PLC 212 Una señal de entrada analógica es una señal que varia en intensidad SIEMENS SIMATIC S7-200 RUN I0.1 STOP I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5

19 Qué se conecta en una entrada analógica? Sensores nivel Termocuplas RTDs Tacómetros Celdas carga SIEMENS SIMATIC S7-200 SF I0.0 RUN I0.1 STOP I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Micro PLC 212

20 Qué es una salida discreta? Una salida discreta se usa para poner un dispositivo de campo en ON o OFF Esta es llamada salida digital SIEMENS SF I0.0 RUN I0.1 STOP I0.2 I0.3 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Micro PLC 212 I0.4 Q0.4 I0.5 Q0.5 SIMATIC I0.6 S7-200 I0.7

21 Qué se conecta a una salida discreta? Indicadores luminosos Solenoides Bobinas de contactor SF I0.0 Q0.0 Micro PLC 212 SIEMENS RUN I0.1 Q0.1 STOP I0.2 Q0.2 I0.3 Q0.3 I0.4 Q0.4 I0.5 Q0.5 SIMATIC I0.6 S7-200 I0.7

22 Qué es una salida analógica? Salidas analógicas controlan los dispositivos que continúan variando su intensidad SIEMENS SF I0.0 RUN I0.1 STOP I0.2 I0.3 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Micro PLC 212 I0.4 Q0.4 I0.5 Q0.5 SIMATIC I0.6 S7-200 I0.7

23 Qué se conecta a una salida analógica? Posicionadores de válvulas Control velocidad de motor SIEMENS SF I0.0 RUN I0.1 STOP I0.2 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Micro PLC 212 I0.3 Q0.3 I0.4 Q0.4 I0.5 Q0.5 SIMATIC I0.6 S7-200 I0.7

24 Qué hace un PLC? Los módulos de entrada traen las señales de campo La Unidad Central de Proceso genera decisiones Los módulos de salida controlan los dispositivos de campo Módulo de Entrada Unidad Central de Procesamiento (CPU) Módulo de Salida

25 Qué puede ser adicionado? Input Module Programador Central Processing Unit (CPU) Panel de operación Output Module

26 Cual es la función de la CPU? La CPU tiene dos partes esenciales Generación de decisiones Memoria de usuario Input Module Central Processing Unit (CPU) Output Module

27 Cual es la decisión generada? La CPU recibe las entradas periféricas desde los módulos de entrada y usando el programa de control genera las decisiones basadas en estas entradas. Input Module Central Processing Unit (CPU) Output Module

28 Qué es el programa de control? El programa de usuario es un set de instrucciones usuario, definidas, que son memorizadas en la Memoria de Usuario Input Module Central Processing Unit (CPU) Output Module

29 Qué hay en la memoria de usuario? Procesos, información temporaria o permanente, estas son guardadas en la Memoria de Usuario Resultados matemáticos Producto Counter Input Module Central Processing Unit (CPU) Output Module

30 Como el PLC genera decisiones? La CPU genera decisiones mediante instrucciones programadas por un humano El PLC controla estas operaciones muy eficientemente a causa de que la CPU recorre las instrucciones rápido y con precisión SIEMENS SIMATIC S7-200 SF RUN STOP I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Micro PLC 212

31 Como el PLC genera decisiones? Los Errores casi siempre cometido por humanos o dispositivos mecánicos que dan instrucciones de tareas incorrectas Si se detecta una falla, y no es la CPU, rápida y precisa responde.. SIEMENS SIMATIC S7-200 SF RUN STOP I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Micro PLC 212

32 Qué es el Circuito Lógico a Relay? El circuito lógico a Relay es el lenguaje mas común para el PLC CLR se desarrolla con símbolos de esquemas electromecánicos SIEMENS SIMATIC S7-200 SF RUN STOP I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Micro PLC 212

33 Cuales son los símbolos comunes de CLR? Contactos representan entradas discretas Bobinas representan salidas discretas Contactos y bobinas pueden ser combinados para formar circuitos lógicos. Estos circuitos son llamados Networks SIEMENS SF RUN STOP I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Micro PLC 212 I0.4 Q0.4 I0.5 Q0.5 SIMATIC I0.6 S7-200 I0.7

34 Qué es esta identidad? SIEMENS SF I0.0 RUN I0.1 Q0.0 Q0.1 Micro PLC 212 STOP I0.2 Q0.2 ~ SIMATIC S7-200 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 Q0.3 Q0.4 Q0.5

35 Qué es esta identidad? SF I0.0 Q0.0 Micro PLC 212 SIEMENS RUN I0.1 Q0.1 STOP I0.2 Q0.2 ~ SIMATIC S7-200 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 Q0.3 Q0.4 Q0.5

36 Qué son Bits, Bytes, otros? Todos los computadores incluidos los PLCs, funcionan con numeración Binaria ( Base 2 ) Un numero Binario puede ser solo 1 o 0 Un Bit es un simple Dígito Binario SIEMENS SIMATIC S7-200 SF RUN STOP I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Micro PLC 212

37 Qué son Bits, Bytes, otros? Byte Bit Un Byte es un grupo de 8 Bits S7-200 PLCs son bytebase unidad SIEMENS SF RUN I0.0 I0.1 Q0.0 Q0.1 Micro PLC 212 STOP I0.2 Q0.2 I0.3 Q0.3 I0.4 Q0.4 I0.5 Q0.5 SIMATIC I0.6 S7-200 I0.7

38 Cuales son las aplicaciones del PLC? Hay dos tipos de aplicaciones: Control de maquina Control de proceso SIEMENS SF RUN I0.0 I0.1 Q0.0 Q0.1 Micro PLC 212 STOP I0.2 Q0.2 I0.3 Q0.3 I0.4 Q0.4 I0.5 Q0.5 SIMATIC I0.6 S7-200 I0.7

39 Qué controlan ambos? Aquí un PLC controla el proceso mientras el otro controla el equipo SIEMENS SF I0.0 RUN I0.1 Q0.0 Q0.1 Micro PLC 212 SIEMENS SF I0.0 RUN I0.1 Q0.0 Q0.1 Micro PLC 212 STOP I0.2 Q0.2 STOP I0.2 Q0.2 I0.3 Q0.3 I0.3 Q0.3 I0.4 Q0.4 I0.4 Q0.4 I0.5 Q0.5 I0.5 Q0.5 SIMATIC S7-200 I0.6 I0.7 SIMATIC S7-200 I0.6 I0.7

40 LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN BÁSICOS (IEC )

41 LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN AVANZADOS (IEC )

42 FAMILIA DE AUTÓMATAS PROGRAMABLES (SIMATIC S7)

43 CONFIGURACIÓN MODULAR DE LOS A.P. (SIMATIC S7-300)

44 CONFIGURACIÓN MODULAR DE LOS A.P. (SIMATIC S7-300)

45 GAMA DE MÓDULOS PERIFÉRICOS (SIMATIC S7-300) Entradas digitales (SM-DI). Salidas digitales (SM-DO). Entradas analógicas (SM-AI). Salidas analógicas (SM-AO). Módulos de aplicación específica (FM,CP). - Reguladores PID. -Encoders. -Buses de campo. Comunicaciones industriales.

46 ESTRUCTURA LÓGICA DE UN A.P. (SIMATIC S7)

47 DATOS TÉCNICOS DE LA FAMILIA DE CPU S S7-300

48 Cómo programar el PLC para controlar la planta? Lenguaje de programación Instrucciones para realizar operaciones lógicas Variables para almacenar resultados intermedios Variables que actualicen con el valor de las entradas Variables conectadas a las salidas. Orientado al bit (tamaño de la variable lógica). Fácil de programar No se necesita un gran cualificación para programar automatismos sencillos Flexible Programar controles complejos 18/10/2010

49 Ejemplo de automatización con PLC Se desea encender una lámpara L1 cuando se conecte el interruptor A o el interruptor B, y encender una lámpara L2 cuando L1 esté apagada y el interruptor C esté conectado. Se distinguen las variables de entrada A, B y C, las que serán designadas como X0, X1 y X2; y las variables de salida L1 y L2, las que se identificarán como Y0 y Y1. 18/10/2010

50 Ejemplo de automatización con PLC Se desea encender una lámpara L1 cuando se conecte el interruptor A o el interruptor B, y encender una lámpara L2 cuando L1 esté apagada y el interruptor C esté conectado. Se distinguen las variables de entrada A, B y C, las que serán designadas como X0, X1 y X2; y las variables de salida L1 y L2, las que se identificarán como Y0 y Y1. 18/10/2010

51 Ejemplo de automatización con PLC Las conexiones para este ejemplo se muestran a continuación: 18/10/2010

52 Ejemplo de automatización con PLC La asignación de entradas y salidas se efectúa por medio del dispositivo de programación del PLC. Por lo general se utiliza un PC con interfaz gráfica que permita visualizar el diagrama escalera RLL (Relay Ladder Logic). 18/10/2010

53 Ejemplo simple de automatización con PLC Se quiere controlar un sistema de riego, que consta de dos pozos (P1 y P2), dos bombas (B1 y B2) y un depósito. Mediante las bombas B1 y B2 se controla el nivel del depósito. El depósito tiene dos boyas (DI y DS) para indicar el nivel. Cada pozo lleva instalado un sensor de nivel (n1 y n2) para saber si hay agua suficiente. Si no hay agua suficiente en el pozo, la bomba correspondiente no debe funcionar. 18/10/2010

54 Ejemplo simple de automatización con PLC El sistema debe funcionar de la siguiente manera: Si el nivel del depósito supera la boya DS, las bombas están paradas. Si el nivel del depósito está entre la boya DI y la DS, funciona la bomba B1, si hay agua suficiente en el pozo 1. Si no hay agua en el pozo 1 pero la hay en el 2, funciona la bomba B2. Si el nivel del depósito está por debajo de la boya DI, se activa la bomba B2, además de la B1 si es posible. 18/10/2010

55 Ejemplo simple de automatización con PLC Pasos para el diseño de la automatización Comprobar la especificación Entender cómo debe funcionar la planta Lista de entradas/salidas Saber cuál es la lógica: sensores de nivel (1- supera nivel) Diseño de las ecuaciones lógicas que deben regir la planta según la especificación Implantación mediante el PLC 18/10/2010

56 Ejemplo simple de automatización con PLC Lista de entradas/salidas ENTRADAS ETIQUETA DIRECCION Nivel Pozo 1 EN1 E124.0 Nivel Pozo 2 EN2 E124.1 Nivel Superior deposito Nivel Inferior Deposito EDS E124.2 EDI E124.3 SALIDAS ETIQUETA DIRECCION Bomba Pozo 1 SB1 A124.0 bomba Pozo 2 SB2 A /10/2010

57 Ejemplo simple de automatización con PLC Programa 18/10/2010

58 Ejemplo simple de automatización con PLC Pasos para realizar la programación 1) Especificación del control: determinar qué debe hacer el sistema de control y en qué orden. 2) Identificar las señales de entrada/salida de la planta a controlar. 3) Representar mediante un modelo el sistema de control, indicando todas las funciones que intervienen, las relaciones entre ellas, y la secuencia que deben seguir 18/10/2010

59 Ejemplo simple de automatización con PLC Pasos para realizar la programación 4. Asignar direcciones de entrada/ salida o internas a cada uno de los componentes que aparecen en el modelo. 5. Codificar la representación anterior según la herramienta de programación del PLC. 6. Cargar programa en el PLC y verificar funcionamiento. 7. Puede haber una fase de simulación sin la planta real. 18/10/2010

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62 COMPUTADORES INDUSTRIALES Los Computadores Industriales son sistemas electrónicos de control constituidos por un computador de propósito general adecuadamente diseñado y montado para poder trabajar en el entorno de un proceso industrial continuo o discreto y soportar las condiciones ambientales adversas ( polvo, temperatura, interferencias EM, ). Aquellos cuyo sistema físico (hardware) es equivalente al del computador personal conocido como PC (IBM, 1981) han gozado en los últimos años de una gran aceptación. Diferentes formatos de Computadores Industriales

63 HISTORIA DE LOS COMPUTADORES INDUSTRIALES (I) Históricamente, la utilización del computador en aplicaciones industriales se inició (de forma casi coincidente con la comercialización del PC en 1980) para llevar a cabo las tareas IHM (visualización, ) y CAD (edición, puesta en marcha y depuración) de los programas de control asociados a los sistemas electrónicos de control de procesos, como los PLC, DCS, CNC,

64 HISTORIA DE LOS COMPUTADORES INDUSTRIALES (II)

65 HISTORIA DE LOS COMPUTADORES INDUSTRIALES (III)

66 El aumento de su capacidad de memoria y velocidad de operación, unido a su disminución de coste, está propiciando actualmente su utilización como sistemas de control. Se inició esta tendencia a comienzos de 1990 tanto en sectores industriales muy específicos y tecnológicamente punteros (aeroespacial, ) como en investigación universidades,) HISTORIA DE LOS COMPUTADORES INDUSTRIALES (IV)

67 HISTORIA DE LOS COMPUTADORES INDUSTRIALES (V) Actualmente, su aplicación se está trasladando de forma paulatina a las plantas industriales más tradicionales para llevar a cabo la integración de los procesos de gestión con las tareas de control realizadas tradicionalmente por otros sistemas electrónicos de control.

68 APLICACIONES INDUSTRIALES TÍPICAS DEL PC Este tipo de aplicaciones nacen cuando se desarrollan programas informáticos denominados SCADA (Supervisory Control and Data Adquisition) que permiten, interconectando el computador a uno o varios equipos de control, llevar a cabo tareas avanzadas de IHM y/o gestión de procesos. Computador Industrial y Autómata Programable ( PC-PLC )

69 APLICACIONES INDUSTRIALES TÍPICAS DEL PC Computador Industrial y Autómata Programable ( PC-PLC ): Versiones

70 La aplicación del computador industrial en sectores tecnológicamente punteros (aeroespacial, robótica, visión artificial, ) motivó el desarrollo de este tipo de sistemas de control, que consiste en utilizar el propio equipo como el equipo en el que se implantan, simultáneamente, el control en tiempo real y la gestión de los procesos de producción. APLICACIONES INDUSTRIALES TÍPICAS DEL PC

71 Diversas empresas especializadas han desarrollado RTOS ( Real Time Operating Systems) que posibilitan el desarrollo de los procesos de control y, además, ejecutar otras aplicaciones como las de desarrollo y gestión, a través de su interfaz gráfica de usuario. APLICACIONES INDUSTRIALES TÍPICAS DEL PC

72 APLICACIONES INDUSTRIALES TÍPICAS DEL PC Computador Industrial y Sistema Operativo de Tiempo Real

73 APLICACIONES INDUSTRIALES TÍPICAS DEL PC La limitada utilización actual del computador industrial como sistema de control de procesos está relacionada, en buena medida, con la tradicional resistencia al cambio, con cierta fama de falta de inestabilidad de ciertos S.O. del ámbito ofimático y con la falta de conocimientos que el personal de automatización tiene de lenguajes de programación de alto nivel.

74 APLICACIONES INDUSTRIALES TÍPICAS DEL PC Para paliar este problema, algunos fabricantes proponen (como solución de compromiso) la combinación de un RTOS con Programas Soft-PLC que emulan por software el comportamiento de un PLC.

75 APLICACIONES INDUSTRIALES TÍPICAS DEL PC Computador Industrial y Software de Autómata Programable (Soft-PLC)

76 APLICACIONES INDUSTRIALES TÍPICAS DEL PC Otra posibilidad de encontrar un computador industrial en control de procesos es aquella en la que éste, que incluye un S.O., queda empotrado dentro de otro tipo de sistemas, entre los cuales cabe citar interfaces usuariomáquina, PDA s, etc. A este tipo de computadores se les suele denominar embedded computers. Computador Empotrado (Embedded)

77 Computador Empotrado (Embedded) Aplicaciones Industriales típicas del PC

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