GUÍA 2: CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE (PLC) Se entiende por PLC, o Autómata Programable, a toda máquina electrónica diseñada para controlar en tiempo real y en medio industrial procesos secuenciales. Su manejo y programación puede ser realizada por personal eléctrico o electrónico sin conocimientos informáticos. Realiza funciones lógicas: serie, paralelo, temporizaciones, contajes y otras más potentes como cálculos, comparaciones, etc. También se le puede definir como una caja negra en la que existen unos terminales de entrada a los que se conectan pulsadores, finales de carrera, sensores ( inductivos, capacitivos, fotoeléctricos), etc. Y unos terminales de salida a los que se conectan bobinas de relé, bobina de contactores, electroválvulas, lámparas, sirenas, etc. Donde la tarea del usuario se reduce a realizar el programa, que no es más que la relación entre las señales de entrada que se tienen que cumplir para activar cada salida. HARDWARE DEL PLC La estructura básica de cualquier autómata se divide en una estructura externa una interna. La estructura externa de un autómata programable se refiere al aspecto físico exterior del mismo, bloques o elementos en que esta divido, etc. Desde su nacimiento y hasta nuestros días han sido varias las estructuras y configuraciones que han salido al mercado condicionadas no sólo por el fabricante del mismo, sino por la tendencia existente en el área a que perteneciese: Europea o Norteamericana. Según su estructura actualmente existen dos tipos de PLC en el mercado: - PLC compacto - PLC modular I. PLC compacto: Se distinguen por presentar en un solo bloque todos sus elementos, esto es fuente de alimentación, CPU, memorias, I/O, etc. En cuanto a su unidad de programación, existen tres versiones: unidad fija o enchufable directamente en el autómata; enchufable mediante cable y conector, o la posibilidad de ambas conexiones. Si la unidad de programación es sustituida por un PC, nos encontraremos con la posibilidad de conexión del mismo será mediante cable y conector. El montaje del autómata al armario que ha de contenerlo se realiza por cualquiera de los sistemas conocidos: riel DIN, placa perforada, etc. 1
II. PLC modular: Como su nombre lo indica, la estructura de este tipo de autómatas se divide en módulos o partes del mismo que realizan funciones especificas. Aquí cabe hacer dos divisiones para distinguir entre las que denominaremos estructura americana y europea. La estructura americana se caracteriza por separar las I/O del resto del autómata, de tal forma que en un bloque compacto están reunidas las CPU, Memoria de usuario o de programa y fuente de alimentación, y separadamente las unidades de I/O en los bloques y salidas necesario. La estructura europea se caracteriza principalmente porque existe un modulo para cada función: fuente de alimentación, CPU, I/O, etc. La unidad de programación se une mediante cable y conector. La sujeción de los mismos se hace bien sobre riel DIN o placa perforada, sobre RACK, en donde va alojado el BUS externo de unión de los distintos módulos que lo componen. Como la estructura externa del PLC es el aspecto físico, la estructura interna corresponde a las partes en que se ordena su conjunto físico o Hardware con las funciones y el funcionamiento con cada una de ellas. Los PLC se componen esencialmente por bloques internos los cuales se dividen en: - Fuente de alimentación - CPU [procesador, memorias (RAM, ROM, EEPROM)] - Módulo de entrada - Módulo de salida 1. Fuente de alimentación: Es la encargada de convertir la tensión de la red, 220VAC, a baja tensión normalmente 24 VDC. Siendo esta la tensión de trabajo en los circuitos electrónicos que forma el PLC. 2. CPU: La Unidad Central de Procesos es el auténtico cerebro del sistema. Se encarga de recibir las órdenes, del operario por medio de la unidad de programación y el módulo de entradas. Posteriormente las procesa para enviar respuestas al módulo de salidas. En su memoria se encuentra residente el programa destinado a controlar el proceso. 2
a) Procesador: El procesador está constituido por el microprocesador, el generador de impulsos de onda cuadrada o reloj y algún chip auxiliar. El procesador se monta sobre una placa de circuitos impresos en ella y junto al chip microprocesador se sitúan todos aquellos circuitos integrados que lo componen, principalmente memorias ROM del sistema o firmware. b) Memorias: Llamamos memoria a cualquier dispositivo que nos permita almacenar información en forma de BIT (ceros y unos). En nuestro caso nos referiremos a las memorias que utilizan como soporte elementos semiconductores. No todas las memorias son iguales, se distinguen dos tipos fundamentales de memorias fabricadas con semiconductores: - RAM: (Random Acces Memory), memoria de acceso aleatorio o memoria de lectura escritura. En este tipo de memorias se pueden realizar los procesos de lectura y escritura por procedimientos eléctricos, pero su información desaparece al faltarle la corriente. - ROM: (Read Only Memory), memoria de solo lectura. En estas memorias se puede leer su contenido, pero no se puede escribir en ellas; los datos e instrucciones los graba el fabricante y el usuario no puede alterar su contenido. Aquí la información se mantiene ante la falta de corriente. EEPROM: (Electrically Eras able Programmable Read Only Memory), memoria de solo lectura que puede ser programable, borrable y reprogramable eléctricamente, a diferencia de la EPROM que ha de borrarse mediante un aparato que emite rayos ultravioletas. Son memorias no volátiles, es decir, en esta memoria la información se mantiene ante la falta de corriente o fuente de alimentación. También es conocida como memoria de programa. 3. Módulo de entradas: A este módulo se unen eléctricamente los captadores ( interruptores, finales de carrera, pulsadores, sensores, etc.). La información recibida en él, es enviada a la CPU para ser procesada de acuerdo la programación residente. Se pueden diferenciar dos tipos de captadores conectables al módulo de entradas: - Los captores pasivos - Los captores activos. 3
a) Los captadores pasivos: son aquellos que cambian su estado lógico, activado - no activado, por medio de una acción mecánica. Estos son los interruptores, pulsadores, finales de carrera, microswitch etc. b) Los captadores activos: son dispositivos electrónicos que necesitan ser alimentados por una tensión para que varíen su estado lógico. Este es el caso de los diferentes tipos de sensores ( inductivos, capacitivos, fotoeléctricos). Muchos de estos sensores pueden ser alimentados por la propia fuente de alimentación del autómata programable. 4. Módulo de salidas: El módulo de salidas del autómata es el encargado de activar y desactivar los actuadores (bobinas de relé, bobinas de contactores, lámparas, motores pequeños, etc.). La información enviada por las entradas a la CPU, una vez procesada, se envía al módulo de salidas para que estas sean activadas y a la vez los actuadores que en ellas están conectados. Según el tipo de proceso a controlar por el autómata, podemos utilizar diferentes módulos de salidas. Existen tres tipos bien diferenciados: - Módulos de salidas a relé. - Módulos de salidas a TRIAC. - Módulos de salidas a transistor. a) Módulos de salidas a relé: Son usados en circuitos de corriente continua y alterna. Están basados en la conmutación mecánica, por la bobina del relé, de un contacto eléctrico normalmente abierto. b) Módulos de salidas a TRIAC: Se utilizan en circuitos de corriente continua (DC) y corriente alterna (AC) que necesiten maniobras de conmutación muy rápidas. c) Módulos de salidas a transistor - colector abierto: El uso del este tipo de módulos es exclusivo de los circuitos de DC. Igualmente que en los de TRIAC, es utilizado en circuitos que necesiten maniobras de conexión / desconexión muy rápidas. 4
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UN PLC No todos los autómatas ofrecen las mismas ventajas sobre la lógica cableada, ello es debido, principalmente, a la variedad de modelos existentes en el mercado y a las innovaciones técnicas que surgen constantemente. Tales consideraciones nos obligan a referirnos a las ventajas que proporciona un autómata de tipo medio. 1. VENTAJAS DEL PLC: a) Menor tiempo de elaboración de proyectos debido a que: - No es necesario dibujar el esquema de contactos. - No es necesario simplificar las ecuaciones lógicas, ya que, por lo general, la capacidad de almacenamiento del módulo de memoria es lo suficientemente grande. - La lista de materiales queda sensiblemente reducida, y al elaborar el presupuesto correspondiente eliminaremos parte del problema que supone el contar con diferentes proveedores, distintos plazos de entrega, etc. b) Posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar el cableado ni añadir aparatos. c) Mínimo espacio de ocupación. d) Menor costo de mano de obra de la instalación. e) Economía de mantenimiento. Además de aumentar la fiabilidad del sistema, al eliminar contactos móviles, los mismos autómatas pueden detectar e indicar averías. f) Posibilidad de gobernar varias máquinas con un mismo autómata. g) Menor tiempo para la puesta en funcionamiento del proceso al quedar reducido el tiempo de cableado. h) Si por alguna razón la máquina queda fuera de servicio, el autómata sigue siendo útil para otra máquina o sistema de producción. 2. DESVENTAJAS DEL PLC: a) Como inconvenientes podríamos decir, en primer lugar, que hace falta un programador, lo que obliga a uno de los técnicos capacitarse en tal sentido. b) Pero hay otro factor importante, como el costo inicial, que puede o no ser un inconveniente, según las características del automatismo en cuestión. c) Dado que el PLC cubre ventajosamente un amplio espacio entre la lógica cableada y el microprocesador, es preciso que el proyectista lo conozca tanto en su amplitud como en sus limitaciones. d) Por tanto, aunque el costo inicial debe ser tenido en cuenta a la hora de decidirnos por uno u otro sistema, conviene analizar todos los demás factores para asegurarnos una decisión acertada. 5
APLICACIONES INDUSTRIALES DE UN PLC 1. MANIOBRAS DE MÁQUINAS: - Maquinaria industrial del mueble y la madera. - Maquinaria en proceso de grava, arena y cemento. - Maquinaria en la industria del plástico. - Maquinas-herramientas complejas. - Maquinaria de ensamblaje. - Maquinas de transferencia. 2. MANIOBRA DE INSTALACIONES: - Instalaciones de aire acondicionado y calefacción. - Instalaciones de seguridad. - Instalaciones de almacenamiento y transporte. - Instalaciones de plantas embotelladoras. - Instalaciones en la industria automotriz. - Instalación de tratamientos térmicos. - Instalaciones de la industria azucarera. 6