Definición de autómata programable

Transcripción

1 Definición de autómata programable Se entiende por controlador lógico programable (PLC), o autómata programable, a toda máquina electrónica diseñada para controlar en tiempo real y en medio industrial procesos secuenciales. Cómo nacen los PLC s? > GM (División Hidramatyc) PROBLEMA: Paredes repletas de Relés Cambios y Pruebas tomaban semanas/meses, altos costos Cada cambio (modelo annual) significaba recableado y destrucción Qué es un PLC (Programmable Logic Controller)? Es un dispositivo de estado sólido (electrónico), que controla salidas con base en programación y señales de entrada. Todos los autómatas programables, poseen una de las siguientes estructuras: Compacta: en un solo bloque están todos lo elementos. Modular: Estructura americana: separa las E/S del resto del autómata. Estructura europea: cada módulo es una función (fuente de alimentación, CPU, E/S, etc.). Ventajas e inconvenientes de los PLC's Entre las ventajas tenemos: Menor tiempo de elaboración de proyectos. Posibilidad de añadir modificaciones sin costo añadido en otros componentes. Mínimo espacio de ocupación. Menor costo de mano de obra. Mantenimiento económico. Posibilidad de gobernar varias máquinas con el mismo autómata. Menor tiempo de puesta en funcionamiento. Si el autómata queda pequeño para el proceso industrial puede seguir siendo de utilidad en otras máquinas o sistemas de producción. Los inconvenientes: Adiestramiento de técnicos. Costo.

2 Memoria Dentro de la CPU vamos a disponer de un área de memoria, la cual emplearemos para diversas funciones: Memoria del programa de usuario: aquí introduciremos el programa que el autómata 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 monitorea el sistema (programa del sistema o firmware). Este programa es ejecutado directamente por el microprocesador / microcontrolador que posea el autómata. 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 CPU La CPU es el corazón del autómata programable. Es la encargada de ejecutar el programa de usuario mediante el programa del sistema (es decir, el programa de usuario es interpretado por el programa del sistema). Sus funciones son: Vigilar que el tiempo de ejecución del programa de usuario no excede un determinado tiempo máximo (tiempo de ciclo máximo). A esta función se le suele denominar Watchdog (perro guardián). Ejecutar el programa de usuario. Crear una imagen de las entradas, ya que el programa de usuario no debe acceder directamente a dichas entradas. Renovar el estado de las salidas en función de la imagen de las mismas obtenida al final del ciclo de ejecución del programa de usuario. Chequeo del sistema. Campos de aplicación Un autómata programable suele emplearse en procesos industriales que tengan una o varias de las siguientes necesidades: Espacio reducido. Procesos de producción periódicamente cambiantes. Procesos secuenciales.

3 Maquinaria de procesos variables. Instalaciones de procesos complejos y amplios. Chequeo de programación centralizada de las partes del proceso. Aplicaciones generales: Maniobra de máquinas. Maniobra de instalaciones. Señalización y control. Entradas y Salidas (2 tipos) Digitales Discretas Dos estados posibles Representadas por 1 o 0 Eléctricamente: 0 usualmente 0 Volts (AC or DC) 1 es un valor fijo de voltaje: 5VDC, 24VDC, 120VAC, etc. Tecnología: Relés, Triac, Transistor, MOSFET, TTL Análogicas Distintas posibilidades de estados entre dos valores Ejemplo: Sensor de Temperatura Rango de valores entre dos límites. Ejemplo: 0 F representado por F representado por 4095 Eléctricamente: 4-20mA, 0-5VDC, -10 a 10VDC

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6 Partes Principales

7 1. Fuente 2. Procesador 3. Entradas / Salidas 4. Comunicación Interfaces Todo autómata, salvo casos excepcionales, posee la virtud de poder comunicarse con otros dispositivos (como un PC). Lo normal es que posea una E/S serie del tipo RS-232 / RS-422. Hoy ya existe USB y comunicación directa Punto a punto mediante Puertos Ethernet/IP en forma transparente A través de esta línea se pueden manejar todas las características internas del autómata, incluida la programación del mismo, y suele emplearse para monitorización del proceso en otro lugar separado. Dispositivos periféricos El autómata programable, en la mayoría de los casos, puede ser ampliable. Las ampliaciones abarcan un gran abanico de posibilidades, que van desde las redes internas (LAN, etc.), módulos auxiliares de E/S, memoria adicional... hasta la conexión con otros autómatas del mismo modelo. Cada fabricante facilita las posibilidades de ampliación de sus modelos, los cuales pueden variar incluso entre modelos de la misma serie. Ejemplo de aplicaciones Máquina autónoma Los controladores combinan la potencia de la arquitectura con la flexibilidad de POINT I/O en un formato compacto y económico. Ideal para máquinas de tamaño pequeño a mediano, estos controladores dan valor a los clientes que buscan las ventajas de la Arquitectura Integrada en un sistema de menor costo. Productos de Arquitectura Integrada: Controlador con módulos POINT I/O locales Pantallas Táctiles Servo variadores Variador de frecuencia de CA Switch de comunicación industrial Ejemplo de aplicaciones Maquinas Pequeñas Los controladores ofrecen control escalable y económico en un factor de formato que ahorra espacio. Para aplicaciones de equipo autónomo pequeño hasta aplicaciones de alto rendimiento, estos controladores son ideales para máquinas de ensamblaje, sistemas de montacargas, equipo modular de proceso, tablas de indexado y aplicaciones de envasado. Productos de Arquitectura Integrada: Controlador con módulos I/O locales Módulos I/O Servo variadores Módulos ArmorBlock I/O Terminal táctil Variador de frecuencia CA Switch de comunicación

8 Estructura de un PLC: Un PLC consiste principalmente de una CPU, áreas de memoria externa, y circuitos adecuados para comunicarse con las entradas y salidas del PLC. Veamos esto en el diagrama presentado en la Figura 2: Observamos con mucha frecuencia la palabra relé. Efectivamente, como ya se ha mencionado, los PLC están estrechamente vinculados con los relés o relays, puesto que fueron creados para remplazarlos cumpliendo con las mismas funciones, aunque no sean parecidos físicamente. Estructura de un Rele Un típico relé puede pensarse como una llave o interruptor electromagnético. Aplicando una tensión continua a la bobina, mediante el accionamiento de un pulsador, se genera un campo magnético. Este campo succiona o chupa el contacto cerrando el circuito de corriente alterna, por ejemplo, permitiendo que suene la campanilla BELL. En este sencillo ejemplo, tenemos tres componentes reales: el pulsador, el relé y la campanilla. Además tenemos dos circuitos separados: el inferior, de corriente continua, y el superior, de corriente alterna. En este caso hemos usado un relé de corriente continua, para controlar un circuito de corriente alterna. Configuración de tipos de relés RELES DE ENTRADA (contactos)

9 Estos contactos están conectados con el mundo exterior del PLC. Físicamente existen, y reciben señales de interruptores, sensores, etc., y en realidad no son relés, sino que tienen componentes del tipo o similares a los mostrados en la Figura 4. RELES DE SALIDA (bobinas) Son salidas físicas a las cuales se conecta el cableado que llevará la señal a los actuadores de la máquina o proceso que se está controlando. Cada salida corresponde a una variable dentro del programa en ejecución. En general, los módulos de salida están basados en relés, como se observa en la configuración de la Figura 5, por ser dispositivos que soportan corrientes de cierta importancia a través de sus terminales de contacto, y porque además ofrecen alto aislamiento para el PLC con respecto a los circuitos externos. Estos relés son salidas del tipo On/Off, o sea conectan o no un actuador, que puede ser un motor, un timbre, etc. También hay salidas a través de optoacopladores, transistores, TRIACs, etc., pero las de relés son las más usadas RELES UTILITARIOS INTERNOS (SIMULADOS) (contactos) Estos relés no reciben señales desde el mundo exterior al PLC, ni tampoco existen físicamente como relés. Son relés simulados dentro del PLC, y su importancia radica en que permite al PLC eliminar relés externos CONTADORES (SIMULADOS) Tampoco existen físicamente; son variables que simulan a los contadores reales. Pueden hacer conteo de entradas y salidas físicas o lógicas, como también, como también pueden hacerlo en forma ascendente o descendente, activando otras variables luego de comparar el valor del conteo en que se encuentren, con un valor que se haya programado previamente TEMPORIZADORES (SIMULADOS) Los temporizadores o timers, que tampoco existen físicamente, son variables que simulan un temporizador físico al cual se le puede programar el tiempo deseado para la activación o desactivación de otra variable dentro del programa o de entradas y salidas físicas externas. ALMACENAMIENTO DE DATOS No es otra cosa que la memoria de datos vista para los micro controladores. Es decir hay registros asignados para simple almacenamiento de datos, que generalmente se usan también como memoria de almacenamiento temporario de cálculo.

10 Modo de operación de un PLC: Proceso: Una vez que se han leído las entradas, el PLC ejecuta las órdenes de acuerdo al programa que se tenga en la memoria. Durante este paso se ejecutan operaciones matemáticas, se verifica el estado de los temporizadores al igual que el de los contadores, y se toman decisiones que finalmente han de llegar a los módulos de salida. Actualización de las salidas: Una vez concluido el procesamiento del programa cargado en memoria, la CPU ordena la actualización de los valores que deben tener las salidas, o sea la activación (ON) o desactivación (OFF) si se trata de salidas digitales, o un voltaje proporcional si se trata de salidas analógicas. Tiempo de escaneo: El tiempo de escaneo (scan time), también llamado tiempo de respuesta, es determinado por el lapso que hay entre la ejecución por parte del PLC del primer paso, ir hasta el tercero y de nuevo llegar al primero (ver diagrama anterior) o sea realizar un ciclo completo. Cuanto más pequeño sea el tiempo de escaneo, mayor será la velocidad de respuesta del PLC. Un Controlador Lógico Programable (PLC) o autómata programable es un sistema electrónico de control de estado sólido que monitorea continuamente el estado de los diferentes sensores e instrumentación conectados como entradas. Además, controla el estado de los actuadores conectados como salidas basado en un programa escrito por el usuario, guardado previamente en memoria. Parte de mando Interviene en la parte operativa a través de actuadores, en retorno recibe reporte de las acciones realizadas por medio de los sensores de la sección operativa. Comprende 1 o más procesadores controlados por una interfaz hombre máquina o IHM. Por lo tanto comprende 1 o más PLCs cuyo rol es procesar la información proveniente de la parte operativa. Parte operativa Interviene en valores físicos: temperatura, movimiento, presión en procesos con productos sólidos, líquidos o gaseosos 1. Sensores 2. Actuadores

11 Sensores Informan a la parte de mando acerca del estado de la parte operativa. Transforman un fenómeno físico en una señal eléctrica estandarizada. Sensores Inductivos Sensores Capacitivos Sensores Fotoeléctricos Sensores de Instrumentación Sensores de Nivel Sensores de Temperatura Sensores de Flujo Actuadores Cambian el estado de la sección operativa en línea con las órdenes generadas por la sección de mando. Pre-actuadores Switches Servoválvulas neumáticas Controladores de Velocidad Actuadores de Potencia Bombas Pistones Motores Tecnología Programada Tecnología Cableada En la tecnología programada, el funcionamiento de la instalación está definido por un programa ejecutado de manera cíclica por un autómata programable o PLC. Para cada modificación del funcionamiento, sólo hay que modificar el programa. Una modificación en el programa puede reemplazar un nuevo temporizador o un relé auxiliar. Un sólo equipo, sin cableado entre módulos, sólo la conexión para los sensores, accionadores y la fuente de alimentación. Ventajas de la tecnología programada Menos componentes: El autómata programable reemplaza la mayoría de relés auxiliares, temporizadores o relojes. Esto no sólo proporciona un beneficio principal en el volumen, sino también un beneficio en la fiabilidad, ya que no hay más partes mecánicas en el cerebro del dispositivo de automatización. Las únicas conexiones son: La alimentación del autómata, los sensores y los accionadores.

12 Ventajas de la tecnología programada Mayor flexibilidad: El programa es una serie de instrucciones que puede ser fácilmente escrito y modificado utilizando un terminal de programación. También se puede duplicar con facilidad si se necesitan crear automatismos idénticos. Mayor facilidad para ajustar y depurar: En el panel frontal del autómata, se puede ver un LED que indica con una señal luminosa el estado de los funcionamiento de los sensores (abiertos o cerrados), estado de los accionadores (en marcha o parados) y el estado del funcionamiento del propio autómata. El funcionamiento de la instalación está definido por el cableado entre los diferentes componentes (relés, temporizadores, relojes, etc.). Por ende, cuanto más compleja es la instalación, más complejo es el cableado. Para cada modificación de funcionamiento, es necesario modificar el cableado. Existen muchos componentes cableados entre ellos, cada uno teniendo su propia función (temporizadores, relés, contadores...) Tipos: Neumática Hidráulica Electrónica Eléctrica Qué se necesita saber para especificar un PLC? Cantidad, tipo y ubicación de las E/S Número de Entradas y Salidas AC ó DC Analógicos y/o Discretos Concentrados o distribuidos por la Planta Requerimientos de Comunicación Protocolos y redes utilizadas Dispositivos con los que me voy a comunicar (HMI, otros PLCs, etc.) Velocidad requerida para la aplicación Tiempo mínimo de respuesta requerido por el sistema (throughput) Cuan rápido cambia el proceso Cuan rápido tengo que detectar y actuar

13 Característica T. Cableada T. Programada Flexibilidad Baja Alta Posibilidad de ampliación Compleja Sencilla Conexiones y cableado exterior Muchas Pocas Tiempo de desarrollo del sistema Mucho Poco Mantenimiento Difícil Fácil Herramientas de simulación No existen Si existen Costo para pequeñas series Alto Bajo Estructura de Bloques independientes Difícil Fácil