AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLESEL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 AUTOMATISMO La automatización de una máquina o proceso productivo simple tiene como consecuencia la liberación física y mental del hombre de dicha labor. Se denomina automatismo al dispositivo físico que realiza esta función controlando su funcionamiento. AUTOMATIZACION INDUSTRIAL Hasta no hace mucho tiempo el control de procesos industriales se venía haciendo en forma cableada por medio de contactores y relés. Al operario que se encontraba a cargo de este tipo de instalaciones se le exigía tener altos conocimientos técnicos para poder realizarlas y posteriormente mantenerlas. Además, cualquier variación en el proceso suponía modificar físicamente gran parte de las conexiones de los montajes, siendo necesario para ello un gran esfuerzo técnico y un mayor desembolso económico. En la actualidad, no se puede entender un proceso complejo de alto nivel desarrollado por técnicas cableadas. El ordenador y los controladores lógicos programables (PLCs) han intervenido en forma considerable para que este tipo de instalaciones hayan sido sustituidas por instalaciones controladas de forma programada. El Autómata Programable (PLC) nació como solución al control de circuitos complejos de automatización. La automatización de una máquina o proceso productivo simple tiene como consecuencia la liberación física y mental del hombre de dicha labor. Se denomina automatismo al dispositivo físico que realiza esta función controlando su funcionamiento. TABLEROS ELECTRICOS DE AUTOMATIZACION A BASE DE RELES 1 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 Un tablero eléctrico de automatización constituido básicamente por equipos electromagnéticos como relés de control, contadores, temporizadores, etc., es denominado tablero eléctrico convencional. Esto se debe a que estos equipos, que gobiernan especialmente la lógica, datan de principios de siglo. Sin embargo, estos equipos aún constituyen en muchas empresas el soporte para la automatización de sus procesos industriales, especialmente en los países en vías de desarrollo. Ventajas - La totalidad de sus componentes pueden ser adquiridas rápidamente. Su estudio, fabricación e instalación está muy difundido desde hace décadas. - La adaptación de los responsables del mantenimiento es rápida debido a que todo es conocido. - Es fácil encontrar personas para su instalación, mantenimiento y reparación. - Se enseña en todas las universidades, institutos técnicos y escuelas técnicas. - Existe gran cantidad de material de consulta bibliográfica para aprender su lógica. - No existe inconveniente en cuanto al lugar de su instalación, ya que todos los equipos son de ambientes industriales, salvo aquellas zonas donde puede existir fugas de gases explosivos. Desventajas - El costo de estos tableros es alto, incrementándose de acuerdo al tamaño del proceso a automatizar. - Generalmente ocupan mucho espacio. - Requiere mantenimiento periódico debido a que gran parte de sus componentes están constituidas por piezas móviles sujetas a desgaste. - Cuando se origina una falla es muy laborioso su identificación y reparación. - No son versátiles, puesto que solamente se le pueden utilizar para una determinada aplicación. - Con el tiempo disminuye su disponibilidad debido al incremento de su probabilidad de fallar. - No es posible sensar señales de alta frecuencia, teniéndose que recurrir constantemente a la electrónica. - El consumo de energía es representativa en tableros grandes. - No permite una comunicación directa entre todos sus componentes, siendo necesario hacer varias modificaciones y adquirir equipos de interfaces, elevando de esta manera su costo. EL PLC COMO ALTERNATIVA EN EL AUTOMATISMO 2 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 El PLC es la denominación dada al Controlador Lógico Programable (Programmable Logic Controller) y se define como: Equipo electrónico inteligente diseñado en base a microprocesadores, que consta de unidades o módulos como Fuente de alimentación, Unidad central de proceso, Módulos de entrada, Módulos de salida y Módulos especiales, que permiten recibir información de todos los sensores y comandar todos los actuadores del sistema a controlar, con la ventaja adicional de poder agregarle otros módulos inteligentes que permitan el pre-procesamiento de información y la comunicación respectiva. El PLC se utiliza para automatizar sistemas eléctricos, electrónicos, neumáticos hidráulicos de control discreto o análogo. Las múltiples funciones que pueden asumir estos equipos de control se debe a la diversidad de operaciones a nivel discreto y análogo que maneja para realizar los programas lógicos sin la necesidad de contar con equipos adicionales. Es importante resaltar el bajo costo que representa un automatismo basado en PLCs comparado con la adquisición de una serie de equipos para un automatismo convencional, de tal forma que puedan realizar las mismas funciones, tales como relés auxiliares, contadores, temporizadores, controladores, etc. A las diversas ventajas que tiene el PLC respecto a la alternativa convencional, se suma la capacidad que tienen para integrarse con otros equipos a través de redes industriales de comunicación. Esta posibilidad cada día toma mayor aceptación en la industria, por el significado que tiene la comunicación entre equipos de tableros diferentes, acompañados de un costo adicional razonable. Estas son las razones que obligan a analizar, antes de tomar una decisión, cuando se requiere automatizar un sistema. Sin duda, hoy en día el PLC representa una buena alternativa como medio de una automatización moderna. EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE 3 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 PROCESO SENSORES ACTUADORES PLC OPERADOR 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. También se le puede definir como una “caja negra” en la que existen unos terminales de entrada a los que se conectarán pulsadores, finales de carrera, fotocélulas, detectores, etc.; unos terminales de salida a los que se conectarán bobinas de contactores, electroválvulas, lámparas, etc.; de tal forma que la actuación de estos últimos esté en función de las señales de entrada que estén activadas en cada momento, según el programa almacenado. Esto quiere decir que los elementos tradicionales como relés auxiliares, relés de enclavamiento, temporizadores, contadores, etc. son internos. 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. Antecedentes El desafío constante que toda industria tiene planteado para ser competitiva ha sido el motor impulsor del desarrollo de nuevas tecnologías para conseguir una mayor productividad. Debido a que ciertas etapas en los procesos de fabricación se realizan en ambientes nocivos para la salud, con gases tóxicos, ruidos, temperaturas extremadamente altas o bajas, etc., unido a consideraciones de productividad, surge la necesidad de pensar en la posibilidad de dejar ciertas tareas tediosas, repetitivas y peligrosas a un ente al que no pudiera afectarle las condiciones ambientales adversas: había nacido la máquina y con ella la automatización. En consecuencia, surgieron empresas dedicadas al desarrollo de los elementos que hicieran posible tal automatización. Y debido a que las máquinas eran diferentes y 4 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 diversas la maniobras a realizar, se hizo necesario crear unos elementos estándar que, mediante la combinación de los mismos, el usuario pudiera realizar la secuencia de movimientos deseada para solucionar su problema de aplicación particular. Los relés, temporizadores, contadores, etc. fueron y son los elementos con los que se cuenta para realizar el control de cualquier máquina. Y debido a la constante mejora de la calidad de estos elementos y a la demanda del mercado, que exigía mayor y mejor calidad en la producción, se fue incrementando el número de etapas en los procesos de fabricación controlados de forma automática. Luego, comenzaron a aparecer los problemas: los armarios de maniobra o cajas donde se colocaban el conjunto de relés, temporizadores, etc., constitutivos de un control, se hacían cada vez más y más grandes. La probabilidad de avería era enorme; su localización, larga y complicada; el stock que el usuario se veía obligado a soportar era numeroso; y el costo del mismo se incrementaba cada vez más. Finalmente, el desarrollo tecnológico que trajeron los semiconductores primero, y los circuitos integrados después, intentaron resolver el problema sustituyendo las funciones realizadas mediante relés por funciones realizadas con compuertas lógicas de estado sólido. Con estos nuevos elementos se ganó en fiabilidad y se redujo el problema de espacio, pero no así la detección de averías ni el problema de mantenimiento de un stock. De todas maneras subsistía un problema: la falta de flexibilidad de los sistemas. Debido a las constantes modificaciones que las industrias se veían obligadas a realizar en sus instalaciones para la mejora de la productividad, los armarios de maniobra tenían que ser cambiados, con la consiguiente pérdida de tiempo y el aumento del costo que ello producía. En 1968, las empresas Ford y General Motors impusieron a sus proveedores de automatismos unas especificaciones para la realización de un sistema de control electrónico para máquinas TRANSFER. ¡Los equipos tenían que ser fácilmente programables, sin recurrir a los computadores industriales que ya estaban en servicio en la industria! A medio camino, entre el desarrollo de los microcomputadores y la lógica cableada, aparecen los primeros modelos de Autómatas, también llamados controladores lógicos programables. Limitados originalmente a los tratamientos de lógica secuencial, los autómatas se desarrollaron rápidamente, y actualmente extienden sus aplicaciones al conjunto de sistemas de control de máquinas y procesos industriales. Los PCs están comenzando a reemplazar al PLC en algunas aplicaciones; incluso la compañía que introdujo el Modicon 084 ha cambiado al control basado en PCs. Por lo tanto, no sería de extrañar que en un futuro no muy lejano el PLC desaparezca frente a la cada vez más potente PC, debido a las posibilidades que pueden proporcionar. Campos de aplicación Un PLC suele emplearse en procesos industriales que tengan una o varias de las siguientes necesidades: - Espacio reducido 5 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 Procesos de producción periódicamente cambiantes - Procesos secuenciales - 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. Ventajas del PLC Menor costo Las razones que justifican una mayor economía en la alternativa del uso del PLC, especialmente en aplicaciones complejas, se da porque prescinde del uso de dispositivos electromecánicos y electrónicos, tales como relés auxiliares, temporizadores, contadores, algunos controladores, etc. Puesto que tales dispositivos se encuentran integrados en el PLC, solamente se necesita que sean programados, sin necesidad de realizar una inversión adicional. El costo que implicaría invertir en estos equipos convencionales es muy superior al del propio PLC. Menor espacio Un tablero de control que gobierna un sistema automático mediante un PLC es mucho más compacto que si lo hiciera mediante dispositivos convencionales (relés, temporizadores, contadores, controladores, etc.). Esto de debe a que el PLC está en capacidad de asumir todas las funciones de control necesarias. La diferencia de espacio se hace muy notable cuando se cuenta con varios tableros de control. Confiabilidad La probabilidad de que un PLC pueda fallar por razones constructivas es insignificante, exceptuando errores humanos que puedan surgir en algunas partes vulnerables (módulos de salida). Esto se debe a que los fabricantes realizan un riguroso control de calidad, permitiendo que llegue al cliente un óptimo producto. Además, dado que sus componentes son de estado sólido con pocas partes móviles, los PLCs se hacen partícipes de una inherente y elevada confiabilidad. Versatilidad La versatilidad de estos equipos radica en que es posible realizar grandes modificaciones en el funcionamiento del sistema automático controlado, con sólo realizar un nuevo programa y mínimos cambios en el cableado. Además, es importante resaltar que el tiempo empleado en realizar tales modificaciones es insignificante comparado con el que se emplearía en un automatismo convencional. Poco mantenimiento Por su constitución -son bastante compactos con respecto a la cantidad de trabajo que pueden realizar- y porque cuenta con muy pocos componentes electromecánicos, no requieren de un mantenimiento periódico, sino sólo lo necesario para mantenerlo limpio y con sus terminales ajustados a los conductores de control o de puesta a tierra. Fácil instalación 6 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 Debido a que el cableado de los dispositivos de entrada como los de salida se realizan de la misma forma y de la manera más simple -y que no se precisa de mucho cableado- su instalación resulta sumamente sencilla en comparación con la lógica convencional que sí requiere de conocimientos técnicos calificados. Compatibilidad con dispositivos sensores y actuadores Actualmente las normas establecen que los sistemas y equipos sean diseñados bajo un modelo abierto, de tal manera que para el caso de los PLCs, éstos puedan fácilmente conectarse con cualquier equipo sin importar la marca ni procedencia. Hoy en día, casi todas las marcas de PLCs están diseñadas bajo este modelo. Integración en redes industriales El avance acelerado de las comunicaciones conlleva a que los PLCs tengan la capacidad de comunicarse, vía una red LAN, entre ellos y con otros equipos, para de este modo trabajar en sistemas jerarquizados o distribuidos, lo que permitirá un mejor trabajo en los niveles técnicos y administrativos de la planta. Detección de fallas La detección de una falla resulta sencilla porque dispone de LEDs indicadores de diagnóstico, tales como: estado de la CPU, batería, terminales de E/S, etc. Además, mediante el módulo de programación, se puede acceder al modo dinámico del programa en representación gráfica, o también recurrir a la memoria de errores ubicada en la CPU del PLC. Fácil programación Programar los PLCs resulta fácil por la sencilla razón que no es necesario conocimientos avanzados en el manejo de PCs. Solamente es suficiente tener conceptos básicos de las PCs. Por otro lado, existen diversas representaciones de programación donde fácilmente el usuario se adapta a la representación con la que mejor se familiarice. Sus instrucciones y comandos son transparentes y entendibles, requiriendo poco tiempo para lograr ser un experto. Menor consumo de energía Como es de conocimiento general, cualquier equipo electromecánico y electrónico requiere de un consumo de energía para su funcionamiento, siendo dicho consumo representativo cuando se tiene gran cantidad de ellos. Sin embargo, el consumo del PLC es muy pequeña que con el tiempo se traduce en un ahorro sustancial. Lugar de instalación Por las características técnicas que presenta en cuanto a los requisitos que debe cumplir para su instalación, tales como nivel de temperatura, humedad, ruido, variaciones de tensión, distancias permisibles, etc., fácilmente se encuentra un lugar en la planta en donde instalarlo, aún en ambientes hostiles. Inconvenientes del PLC Adiestramiento de técnicos Hace falta un programador, lo que obliga a adiestrar a uno de los trabajadores en tal sentido. Costo 7 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 Este es otro factor importante, como el coste inicial, que puede ser o no un inconveniente, según las características del automatismo en cuestión. 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. Por tanto, aunque el coste inicial debe ser tenido en cuenta a la hora de decidirnos por uno u otro sistema, conviene analizar todos los demás factores para asegurarnos de una decisión acertada. COMPARACION TECNICA-ECOMOMICA DE AUTOMATIZACIONES A continuación se hace una comparación de los costos aproximados para un supuesto caso de requerimiento de inversión para automatizar un sistema empleando la alternativa de un automatismo convencional (por relés) y un automatismo por lógica programada (por PLCs). Supongamos que se desea automatizar una planta industrial, compuesto de arrancadores directos, estrella-triángulo, resistencias rotóricas, mandos secuenciales, etc., donde es necesario para su automatización los equipos detallados en las tablas 1 y 2. Es importante señalar que solamente se ha considerado los equipos representativos en el costo total, no figurando otros, tales como: conductores, terminales, canaletas, cintas de amarre, pernos, etc. Tabla 1 Requerimiento de equipos para un sistema automatizado por relés N° 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Descripción Contactor Relé térmico Relé auxiliar Temporizador (On Delay) Contador electromecánico Pulsador NA/NC Selector Seccionador Lámpara de señalización Fusible y portafusible Transformador aislador 220/220V Tablero 2200 x 1000 x 500 mm Cantidad 100 47 52 47 3 36 10 16 24 140 3 3 Costo US$ Unitario Total 60 6000 70 3290 25 1300 80 3760 40 120 15 540 20 200 40 640 18 432 25 3500 150 450 800 2400 TOTAL 22 632 La zona sombreada de la Tabla 1 indica los equipos que no se requieren o que son necesarios en una cantidad inferior cuando se considera la opción de automatismo por PLC, ya que los dispositivos de lógica vienen integrados en el PLC. Observe que los equipos que proporcionan las señales de entrada (sensores), los equipos que proporcionan las señales de salida (actuadores) y otros, como los de protección, son los mismos para ambas alternativas de automatización. Por consiguiente, la evaluación de los costos variables representados por los dispositivos de lógica, cantidad de transformadores aisladores y cantidad de tableros, representa una diferencia de US $ 3930 de ahorro, un 17% aproximadamente del monto total para 8 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 este caso en particular. Los márgenes de ahorro pueden ser mayores para algunos sistemas de regulación tales como los controladores, que también pueden ser asumidos por el PLC. Tabla 2 Requerimiento de equipos para un sistema automatizado por PLC N° 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Descripción PLC Contactor Relé térmico Pulsador NA/NC Selector Seccionador Lámpara de señalización Fusible y portafusible Transformador aislador 220/220V Tablero 1000 x 500 x 200 mm Cantidad 1 100 47 36 10 16 24 140 1 1 Costo US$ Unitario Total 3500 3500 60 6000 70 3290 15 540 20 200 40 640 18 432 25 3500 150 150 150 150 TOTAL 18 402 Por otro lado, desde el punto de vista técnico, además de reemplazar relés, temporizadores, contadores, etc., un PLC puede proporcionar otras funciones que no podría realizarse con lógica convencional, lo que permite automatizar sistemas muy complejos. En conclusión, el uso del PLC permite ventajas técnicas y económicas inclusive en sistemas no muy complejos, donde el nivel de ahorro lo determina el sistema, siendo mayor cuando es necesario utilizar muchos dispositivos de lógica convencional. Además, entre otras ventajas, tenemos: fácil diagnóstico ante fallas, poco mantenimiento, reducido espacio para su instalación, poco cableado, etc. ESTRUCTURA BASICA DE UN PLC La estructura básica del hardware de un controlador programable propiamente dicho está constituido por: - Fuente de alimentación - Unidad de procesamiento central (CPU) - Módulos o interfases de entrada/salida (E/S) - Memoria - Unidad de programación - Periféricos - Interfaces En algunos casos, cuando el trabajo que debe realizar es muy exigente, se incluyen a módulos inteligentes. En la siguiente figura se muestra un diagrama de bloques de la estructura básica de un automatismo gobernado por PLC. 9 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 UB I CACI ÓN DEL P LC EN UN AUTOMATI SM O TRANSDUCTORES PROCESO ACTUADORES PLC INTERFASES DE ENTRADA uP INTERFASES DE SALIDA MANDO DE POTENCIA DIÁLOGO HOMBRE / MAQUINA Respecto a su disposición externa, los autómatas pueden contener varias de estas secciones en un mismo módulo o cada una de ellas separadas por diferentes módulos. ESTRUCTURA EXTERNA El término estructura externa se refiere al aspecto físico exterior del mismo, bloques o elementos en que está dividido, 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 al que pertenece: europea o norteamericana. Cuando los fabricantes diseñan sus equipos, no lo hacen pensando en la necesidad específica del cliente; esto es, para una determinada aplicación de un proceso. En consecuencia, es el cliente quien tiene la responsabilidad de seleccionar el equipo para sus necesidades. Sin embargo, los fabricantes aplican criterios técnicos y económicos para lograr una flexibilidad en el uso del PLC en lo que respecta al hardware. Es decir, existen equipos que satisfacen pequeñas aplicaciones y equipos para grandes aplicaciones, donde se manejan miles de E/S discretas, cientos de señales análogas y hasta unidades remotas. Por lo tanto, es importante conocer las diferentes configuraciones existentes de PLCs, así como sus bondades para una buena adaptación al proceso a controlar, a fin de lograr una óptima selección en tecnología y economía. 10 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 Configuración compacta Se denomina así a los PLCs que reúnen en el poco espacio de su construcción la estructura básica del hardware de un controlador programable, tales como la fuente de alimentación, la CPU, la memoria y las interfases de E/S. Las principales ventajas que presentan estos PLCs compactos, denominados por su tamaño minicontroladores o microcontroladores, son: - Son económicos dentro de su variedad. - Ocupan un menor espacio. - En algunas marcas se cuenta con una fuente destinada para alimentar las entradas discretas y análogas. - Su programación es bastante sencilla. - Pueden controlar lógicamente procesos de alarmas, conteos rápidos, así como aquellos donde se requieran funciones como regulación, posicionamiento, etc. - No se requiere de conocimientos profundos para su selección. - Es de fácil instalación. - Soportan contingencias extremas de funcionamiento tales como temperaturas (de hasta 60°C), fluctuaciones de tensión, vibraciones mecánicas, humedad, etc. Actualmente se diseñan equipos de tamaño reducido pero con características de funcionamiento cada vez más completos, tales como el Nano PLC de Telemecanique, Micrologix 1000 de Allen Bradley, D50 de Cutler Hammer, TWIDO de Schneider, S7 200 de Siemens, etc. Por otro lado, su bajo costo les permite ser los más solicitados del mercado, utilizándose inclusive en viviendas inteligentes. Algunos especialistas consideran que esta configuración es rentable cuando remplazan a unos 5 relés. Su uso radica en aplicaciones simples y en numerosos sectores, tales como: - Mando de arrancadores de motores - Mando de electrobombas - Máquinas de embolsado - Mando de compuertas - Centros de formación - Calefacción, climatización, ventilación - Embotelladoras - Transporte - Túneles de lavado - Domótica - Sistemas automáticos de equipos, etc. 11 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 Tabla 3. configuración compacta MARCA PAIS Valores comparativos de 4 marcas de PLCs en SERIE S7-200 CAPACIDAD DE MEMORIA (Kb) 4 16 4 0,7 3,6 1,77 1 8 24 SCAN TIME* (ms/Kb) 0,8 2 2 43 5 15 10 6 5 12 SIEMENS (Simatic) S5-95U ALEMAN S5-90U TI 305 KLOKNER MOELLER ALLEN BRADLEY USA SUCOS PS3 SLC-100 SLC-500 TSX07 TSX17-10 TSX17-20 TELEMECANIQUE FRANCES * Tiempo de ejecución en promedio para 1K de instrucciones de aproximadamente 65% de operaciones binarias y 35% de operaciones tipo palabra. Configuración modular Esta configuración se caracteriza por su modularidad, esto es, que pueden ser armados de acuerdo a las necesidades, lográndose una mayor flexibilidad. En consecuencia cada configuración es diferente, al igual que cada tarea de automatización. Cuando se decide instalar controladores modulares, hay que seleccionar cada uno de sus componentes empezando en primer lugar por la CPU que varía de acuerdo con la capacidad de memoria del usuario, tiempo de ejecución y software requerido. En segundo lugar hay que tener presente el tipo y cantidad de módulos de E/S digitales y análogas, módulos inteligentes, etc. de acuerdo a los requerimientos de la automatización. En tercer lugar hay que seleccionar la fuente de alimentación según la potencia que consumen la CPU, los módulos de E/S, los periféricos, los módulos futuros, etc. Finalmente, hay que considerar el tamaño del rack, conociendo de antemano todos los módulos involucrados y las expansiones futuras. Las ventajas y desventajas de la configuración modular son: 12 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 - Son más caros que los compactos y varían de acuerdo a la configuración del PLC. - Las ampliaciones van de acuerdo con las necesidades, por lo general en cuanto se refiere a módulos de E/S discreto o análogo. - En caso de avería puede aislarse el problema, cambiando el módulo averiado sin interrupción de las demás. - Utiliza mayor espacio que los compactos. - Su mantenimiento requiere de mayor tiempo. Tabla 4. Valores comparativos de 3 marcas de PLCs en configuración modular PAIS DE ORIGEN CAPACIDAD DE MEMORIA (Kb) 20 4 2 24 4 4 80 16 6 SCAN TIME* (ms/Kb) 10 15 75 1 4,8 8 0,3 0,4 0,6 MARCA SERIE CPU 103 SIEMENS (Simatic) ALEMAN S5-100U 102 100 5/03 5/02 5/01 341 334 313/323 ALLEN BRADLEY USA GENERAL ELECTRIC SLC-500 90-30 * Tiempo de ejecución en promedio para 1K de instrucciones de aproximadamente 65% de operaciones binarias y 35% de operaciones tipo palabra. Las aplicaciones que se pueden desarrollar con estos tipos de PLCs son más versátiles, y van desde pequeñas tareas como las del tipo compacto, hasta procesos muy sofisticados. Configuración compacto-modular La configuración compacto-modular está constituida básicamente por un PLC compacto con expansiones de E/S discretas o análogas, módulos inteligentes, etc. El uso de las expansiones se debe a que la unidad básica que contiene a la CPU está diseñada generalmente con pocas E/S, de modo que, cuando la aplicación a automatizar contiene muchos captadores y actuadores, es necesario ampliar el controlador utilizando solamente módulos de E/S gobernados por la misma CPU. 13 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 Esta configuración se destaca por las siguientes características: - Son más económicos que los PLCs de tipo modular - La selección es sencilla ya que la CPU está seleccionada - Soportan contingencias extremas de funcionamiento - Su programación es sencilla, donde solamente se debe tener en cuenta el direccionamiento de las instrucciones según la unidad de extensión referida. ESTRUCTURA INTERNA I / O BUS Memoria de Programa Fuente de Alimentación Procesador Memoria de Datos Circuitos de I/O Fuente Externa IN 14 OUT AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 Los autómatas programables se componen esencialmente de tres bloques: la sección de entradas (I), el procesador (unidad central de procesos) y la sección de salidas (O), tal y como se representa en la siguiente figura. Fuente de alimentación La función de la fuente de alimentación en un controlador programable es suministrar la energía eléctrica a la CPU y demás tarjetas según la configuración del PLC. La fuente, en una configuración modular del PLC, ocupa generalmente el primer lugar de izquierda a derecha en el bastidor central, y está diseñada a base de componentes eléctricos y electrónicos. Su objetivo fundamental es transformar la tensión alterna de la red en tensión continua, en niveles compatibles que garanticen el funcionamiento del hardware del controlador. Como valores referenciales se indican a continuación algunos niveles de tensión suministrados por una fuente de alimentación de una marca determinada: +5V +5,2V +24V para alimentar a todas las tarjetas para alimentar al programador para los canales de lazo de corriente de 20mA. Todas las fuentes están protegidas contra sobrecargas mediante fusibles que pueden ser reemplazados fácilmente en caso de avería. Los fabricantes de estos equipos lo diseñan generalmente con diferentes características en cuanto a nivel de tensón y capacidad de corriente. La elección de la fuente apropiada dependerá básicamente de la complejidad y magnitud del controlador para manejar un determinado número de tarjetas de E/S, tarjetas de comunicación, etc. Por consiguiente, para seleccionar la fuente alimentación adecuada es importante conocer la potencia de todas las tarjetas involucradas y prever expansiones futuras. Unidad Central de Procesos La Unidad Central de Procesos (Central Processing Unit) es el auténtico cerebro del sistema. Es la parte más compleja e imprescindible del controlador programable. Se encarga de recibir las ordenes del operario, por medio de la consola de programación, y del modulo 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. La unidad central está diseñada a base de microprocesadores y memorias. Contiene una unidad de control, la memoria interna del programa RAM, temporizadores, contadores, memorias internas tipo relé, imágenes del proceso de E/S, etc. Su misión es leer los estados de las señales de entrada, ejecutar el programa de control y gobernar las salidas. El procesamiento es permanente y lo realiza a gran velocidad. Una de sus funciones es, antes de la elaboración del programa, depositar los estados de señal de todas las entradas en una memoria denominada imagen del proceso de entradas; asimismo, otra de sus funciones es, durante la ejecución del programa, guardar los resultados de las combinaciones en otra memoria denominada imagen del proceso de salidas. 15 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 Al igual que para las computadores, la CPU puede clasificarse de acuerdo a su capacidad de memoria, las funciones que puede realizar y la velocidad de procesamiento. El tiempo de lectura del programa está en función del número y tipo de instrucciones y, por lo general, es del orden de los milisegundos. Este tiempo tan pequeño significa que cualquier modificación del estado de una entrada genera casi instantáneamente una señal de salida. La mayoría de los fabricantes dan a conocer, en sus especificaciones técnicas de la CPU, la velocidad de procesamiento en unidades de milisegundos por kilobyte (ms/Kb), denominándolo Scan time del procesador. Lógicamente, este parámetro dependerá del tipo de instrucciones que contiene el programa. Esto significa que es muy diferente escanear operaciones del tipo binario que operaciones del tipo palabras. En algunos casos, consideran porcentajes de cada uno de ellos para indicar el scan time. Así, por ejemplo, un PLC Simatic S5 – 115U con CPU 944 utiliza 1,6 ms de scan time por 1 kilobyte de instrucciones binarias y 3 ms por 1 kilobtyte, en promedio, de instrucciones con el 65% del tipo binario y 35% del tipo palabra, aproximadamente. 16 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 Imagen o estado de las entradas 0ó1 Entradas Elaboración de las instrucciones del programa Ejecución del estado de las salidas 0 ó 1 Entradas Scanning El ciclo básico de trabajo en la elaboración del programa por parte de la CPU es el siguiente: Antes de iniciar el ciclo de ejecución, el procesador, a través del bus de datos, consulta el estado 0 ó 1 de la señal de cada una de las entradas y las almacena en los registros de la memoria de entradas, esto es, en la zona de entradas de la memoria de la tabla de datos. Esta situación se mantiene durante todo el ciclo del programa. A continuación, el procesador accede y elabora las sucesivas instrucciones del programa, realizando las concatenaciones correspondientes de los operandos de estas instrucciones. Seguidamente asigna el estado de señal a los registros de las salidas de acuerdo a la concatenación anterior, indicando si dicha salida ha o no de activarse, situándola en la zona de salida de la tabla de datos. Al final del ciclo, una vez concluida la elaboración del programa, asigna los estados de las señales de entrada a los terminales de entrada y los de salida a las salidas, ejecutando el estado 0 ó 1 en estas últimas. Esta asignación se mantiene hasta el final del siguiente ciclo, en el que se actualizan las mismas. 17 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 Dada la velocidad con que se realiza cada ciclo, del orden de 5 a 10 milisegundos por cada 1024 instrucciones, se puede decir que las salidas se ejecutan en función de las variables de entrada prácticamente en tiempo real. Módulo de entradas A este módulo se unen eléctricamente los captadores (interruptores, finales de carrera, pulsadores, etc.). La información recibida en él es enviada a la CPU para ser procesada de acuerdo a la programación residente. Se pueden diferenciar dos tipos de captadores conectables al módulo de entradas: los Pasivos y los Activos. 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, etc. 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 detectores (Inductivos, Capacitivos, Fotoeléctricos, etc). Muchos de estos aparatos pueden ser alimentados por la propia fuente de alimentación del autómata. Los módulos de entrada transforman las señales de entrada provenientes de los captadores, que se transmiten hacia el controlador, a niveles permitidos por la CPU. Mediante el uso del optoacoplador, los módulos de entrada aíslan eléctricamente las señales externas de la sección lógica del controlador, protegiéndola a ésta contra tensiones peligrosamente altas, ruidos eléctricos y señales parásitas. Los módulos de entrada son fácilmente identificables, ya que se caracterizan físicamente por sus bornes para acoplar los dispositivos de entradas, por su numeración, y 18 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 por su identificación INPUT o ENTRADA. Llevan además una indicación luminosa de activado por medio de un diodo LED. a) Módulos de entrada discreta Corresponden a una señal de entrada de todo o nada, esto es, a un nivel de tensión o ausencia de la misma. La siguiente figura representa el esquema simplificado de una interfase de entrada discreta en el que destaca, como elemento principal, el optpoacoplador. INTERFASE PARA ENTRADA DISCRETA EN D.C. RESI STEN CIA LI MI TA DORA DI ODO SENAL IZADO R FI LTRO RC TR ANSDUCTOR DI SCR ETO OPTO AC OPLA DOR I NTERFASE Se usan como interfase entre los captadores y la CPU del PLC. Estos captadores son los encargados de la adquisición de datos del sistema, que para este caso deben ser del tipo discreto. Estos captadores tienen la característica de comunicar dos estados lógicos: activado o desactivado, o lo que es lo mismo, permitir el paso o no de la señal digital (1 ó 0). Estos captadores discretos pueden ser a su vez del tipo manual (pulsadores, conmutadores, selectores, etc.) o del tipo automático (finales de carrera, detectores de proximidad, interruptores de nivel, etc.) Estos módulos están diseñados mediante una estructura de 4 funciones operacionales para el sistema del controlador, que son: - Adquisición: Consiste en el cableado de los captadores desde la máquina o proceso hacia el módulo de entrada. - Acondicionamiento de la señal: Establece los niveles de tensión de entrada de la máquina a niveles lógicos convenientes, mediante resistencias limitadoras o puentes rectificadores para el caso en que la adquisición sea en alterna. - Señalización: Se disponen de indicadores luminosos (LEDs) que permiten la función de diagnóstico más rápido. La tensión para el indicador puede provenir del sistema o del mismo controlador. - Aislamiento: Las señales son aisladas eléctrica y físicamente mediante dispositivos electrónicos optoacopladores. Todos los módulos tienen también circuitos de filtrado que suprimen las señales parásitas perjudiciales al funcionamiento del controlador. En la figura anterior se puede 19 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 visualizar las 4 funciones operacionales: se empieza por la adquisición de señal, luego es acondicionada por un rectificador o resistencia limitadora, en seguida se señaliza mediante un LED y finalmente se acopla ópticamente. Obsérvese también que se cuenta con un filtro R-C. En los módulos de entrada discreta AC se incluye una etapa previa de rectificación. Principio de funcionamiento Tal y como se observa en la siguiente figura y en el caso del contacto cerrado “b”, sucede que queda aplicada la tensión de la batería al elemento interno del autómata (designado por el símbolo de rectángulo en negrita) lo que desencadena una señal hacia el circuito de control de entrada del autómata. Por el contrario, el contacto “a” no ocasiona fenómeno alguno al estar éste en posición de abierto. En el caso de que la b a 24V 0 V 1 2 3 4 n Circuitos internos de entrada señal que se va a aplicar a la entrada sea de tipo analógico, la entrada ha de ser del mismo tipo. En este tipo de entradas existe un circuito analógico/digital A/D, que transforma dichas señales en digitales, ya que éste es el lenguaje que entiende el procesador. Dos son los tipos de captadores posibles desde el punto de vista de la tensión: - Captadores libres de tensión - Captadores con tensión Conexionado de captadores libres de tensión Los captadores sin tensión que se pueden conectar a un autómata pueden ser de varios tipos y, entre otros, se podría citar a los siguientes: pulsadores, interruptores, finales de carrera, contactos de relés, etc. 20 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 En la siguiente figura se puede observar su forma de conexión. 0 24V 0 V 1 0 2 1 3 1 4 Entrada s n Conexionado de captadores con tensión Los elementos de este tipo pueden ser: detector de proximidad, célula fotoeléctrica, sensor de caudal, sensor de nivel, sensor de temperatura, etc. Al elegirlos en el mercado, lo haremos de tal forma que su tensión de trabajo coincida con la tensión de + _ Entrada s 24V 0 V 1 2 3 4 n entrada al autómata, en nuestro caso 24 VDC. En la siguiente figura se puede observar la disposición del conexionado de este tipo de entrada al canal 4. b) Módulos de entrada analógica Cuando la magnitud que se acopla corresponde a una medida de, por ejemplo, presión, temperatura, velocidad, etc., esto es, a una señal analógica, es necesario disponer de este tipo de módulo de entrada. 21 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 Su principio de funcionamiento se basa en la conversión de la señal analógica a código binario mediante un convertidor analógico-digital (A/D). Los módulos de entrada analógica son tarjetas electrónicas que tienen como función digitalizar las señales analógicas para que puedan ser procesadas por la CPU. Estas señales analógicas, que varían continuamente, pueden ser magnitudes de temperaturas, presiones, tensiones, corrientes, etc. Estos módulos están constituidos generalmente por un convertidor análogo-digital (ADC) y un multiplexor. Además, según su diseño, puede conectársele un número determinado de sensores analógicos. A sus terminales de conexión se les conoce también como canales. Existen tarjetas de 4, 8, 16 y 32 canales de entrada analógica. El principio de funcionamiento de este módulo consiste, en su primera etapa, en la adquisición de la información analógica del proceso vía los sensores de entrada, teniendo presente el tipo de señal física que se desea procesar. Un ejemplo de tal sensor es la termocupla, la misma que puede ir conectada en cualquier canal del módulo analógico. En una segunda etapa entra a tallar el multiplexor. El multiplexor hace las veces de un conmutador para seleccionar un canal al cual está conectado un captador analógico cuya señal se desea procesar. Una vez escogida la señal, ésta se transmite al convertidor análogo-digital (ADC). El convertidor análogo-digital se encargará de digitalizar la señal, la misma que estará en función del nivel de la señal analógica. Finalmente, esta información es transmitida al controlador para ser depositada en una memoria denominada imagen del proceso de entrada, para que pueda ser accesada por el programa del usuario. Es importante señalar que cualquier magnitud analógica que se desea procesar vía los módulos de entrada analógica, tiene que estar representada por una señal de tensión, corriente o resistencia. Este trabajo es realizado por el mismo captador o a través de un transductor. Los módulos analógicos se distinguen por el tipo de señal que reciben, pudiendo ser éstas de tensión (V) o de corriente (mA), las mismas que se han de encontrar dentro de ciertos rangos estandarizados, que son: - Señal de corriente: 0 a 20mA, 4 a 20mA, -10 a +10mA - Señal de tensión: 0 a 10V, 0 a 5V, 0 a 2V, -10 a +10V 22 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 La ventaja de trabajar con señales de corriente radica en que no presentan los problemas del ruido eléctrico y la caída de tensión. Por último, en lo que respecta a la calidad de la lectura de la información, estos módulos se caracterizan por dos parámetros importantes: - La resolución: Se refiere a la cantidad de bits que utiliza el convertidor A/D para representar el valor analógico, lo que significa que, a mayor número de bits, existirá mayor precisión. Las resoluciones típicas son de 8, 12 y 16 bits. - El tiempo de escrutinio: Resulta obvio que si se realiza un mayor número de muestreos en un mismo intervalo de tiempo, se reproduce la forma de onda de un modo más preciso. Por lo tanto, es conveniente un menor tiempo de escrutinio. Módulo de salidas El modulo de salidas del autómata es el encargado de activar y desactivar los actuadores (bobinas de contactores, lámparas, motores pequeños, etc.). Con el uso del optoacoplador y un relé de impulso, se asegura el aislamiento de los circuitos electrónicos del controlador de las tensiones externas que alimentan a los actuadores. La identificación de los módulos de salida se realiza igual que con las entradas, figurando en este caso la indicación de OUTPUT o SALIDA. Es en las salidas donde se conectan o acoplan los dispositivos de salida o actuadores, e incluyen un indicador luminoso LED de activado. La información enviada por las entradas a la CPU, una vez procesada, se envía al módulo de salidas para que éstas sean activadas y a la vez los actuadores que en ellas están conectados. Tipos de módulos de salida En cuanto a su tensión, las salidas pueden ser de dos tipos: - a corriente continua - a corriente alterna. En cuanto al tipo de señal que reciben, pueden ser: - discretas - analógicas. a) Módulos de salida discreta 23 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 Al igual que los módulos de entrada discreta, estos módulos se usan como interfase entre la CPU del controlador y los actuadores, a los que sólo es necesario transmitirle dos estados lógicos: activado o desactivado. Los actuadotes que se conectan a estas interfases pueden ser contactores, relés, lámparas indicadoras, electroválvulas, displays, anunciadores, etc. La estructura de estos módulos contempla también las 4 funciones operacionales: - Terminación: Alambrado desde el módulo hacia los actuadores que se encuentran cerca de la máquina o proceso. - Acondicionamiento de la señal: Convierte las señales provenientes de la CPU de cierto nivel lógico a un estado de conexión o desconexión. - Aislamiento: Las señales son aisladas mediante dispositivos optoacopladores. - Señalización: Se disponen de indicadores luminosos (LEDs) que permiten la función de diagnóstico más rápido. La tensión para el indicador proviene del mismo controlador. Existen diversos tipos de módulos de salida discretos según el tipo de corriente que ha de manejar. Módulos de salidas a relés 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. Módulos de salidas a Transistores a colector abierto El uso de este tipo de módulos es exclusivo de los circuitos de c.c. Al igual que en los de TRIACs, es utilizado en circuitos que necesiten maniobras de conexión / desconexión muy rápidas. En cuanto a las intensidades que soportan cada una de las salidas, esta es variable, pero suele oscilar entre 0,5 y 2A. Módulos de salidas a TRIAC Se utilizan en circuitos de corriente continua y corriente alterna que necesiten maniobras de conmutación muy rápidas. Conexionado 24 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 En los contactos de salida del autómata se conectan las cargas o actuadores bien directamente o bien a través de otros elementos de mando, como pueden ser los contactores por medio de sus bobinas. La forma de conectar los actuadores a los módulos de salidas, dependerá del tipo de módulo utilizado. A continuación se muestran algunos ejemplos: b) Módulos de salida analógica Estos módulos son usados cuando se desea transmitir hacia los actuadores análogos señales de tensión o corriente que varían continuamente. Están constituidos básicamente por dispositivos multiplexores, convertidores digital-análogo (DAC), optoacopladores, etc. Su principio de funcionamiento puede considerarse como el de un proceso inverso al de los módulos de entrada analógica. Esto quiere decir que la información proveniente del procesador, elaborada por el programa del usuario, es optoacoplada por estas interfases para asegurar su aislamiento galvánico. A continuación, un multiplexor se encargará de enviar los datos al convertidor digital-análogo (DAC) para su conversión a señal analógica, para luego ser aplicada al actuador respectivo. Estos módulos pueden tener uno o más DAC, dependiendo ello de la cantidad de canales de salida que tenga el módulo. Debe tenerse presente también que la uniformidad o regularidad de la señal está supeditada a la resolución del DAC, lo que significa que es importante en estos módulos el nivel de resolución y el tiempo de escrutinio. 25 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 Las señales analógicas de salida pueden ser de corriente o de tensión. Las estandarizaciones son: - Señal de corriente: 0 a 20mA, 4 a 20mA, -20 a +20mA. - Señal de tensión: 0 a 10V, -10 a +10V. Memorias Llamamos memoria a cualquier dispositivo electrónico enchufable que nos permita almacenar información en forma de bits (ceros y unos) de manera provisional o permanente. Tipos de memorias Se cuentan con dos tipos de memorias: volátiles (RAM) y no volátiles (EPROM y EEPROM), según requieran o no de energía eléctrica para la conservación de su información. a) Memoria RAM (Random Access Memory) Este tipo de memoria sirve para almacenar el programa de usuario durante su elaboración y prueba, donde es posible su modificación constante. El contenido de la memoria RAM, ya sea la del módulo enchufable o la que posee la CPU, es volátil; es decir, su contenido se pierde si el suministro de energía proporcionado por la fuente de alimentación se corta. Por consiguiente, para evitar perder la información ante fallas del suministro, es necesario salvaguardarlo mediante una batería de larga duración enchufable en la CPU. Estas baterías están disponibles en todos los controladores y tienen una duración que varía entre 2 a 5 años, dependiendo del tipo de CPU. Por consiguiente, es importante que esta batería se mantenga en perfectas condiciones durante todo el tiempo de funcionamiento del PLC. b) Memoria ROM (Read Only Memory) Memoria de sólo 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 energía eléctrica. c) Memoria EPROM (Enable Programmable Read Only Memory) Es un modulo de memoria enchufable del tipo no volátil; es decir, la información contenida se conserva aún cuando se pierde el suministro de energía. Se utiliza normalmente para guardar programas definitivos ya probados y debidamente depurados; además, pueden ser transportados y utilizados en cualquier controlador de su marca y tipo. Para grabar en este módulo es necesario utilizar aparatos de programación destinados para este propósito, mientras que para su borrado deben ser sometidos a rayos ultravioletas durante 15 a 45 minutos. Por lo tanto, se requiere de una unidad para la escritura y otra para el borrado. d) Memoria EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) Este modulo tiene las mismas características que el módulo EPROM, con la única diferencia que el borrado se realiza eléctricamente; es por ello que se denomina memoria de sólo lectura eléctricamente programable y borrable. 26 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 Para estos tipos de módulos, los aparatos de programación realizan las dos funciones, tanto de programación como de borrado. Utilización de las memorias Dependiendo de la función asignada, así se utilizará un tipo de memoria u otra: a) Memoria de usuario El programa de usuario normalmente se graba en memoria RAM, ya que no sólo ha de ser leído por el microprocesador, sino que ha de poder ser variado cuando el usuario lo desee, utilizando la unidad de programación. En algunos autómatas, la memoria RAM se auxilia de una memoria sombra del tipo EPROM. La desconexión de la alimentación o un fallo de la misma borraría esta memoria, ya que al ser la RAM una memoria volátil necesita estar constantemente alimentada y es por ello que los autómatas que la utilizan llevan incorporada una batería tampón que impide su borrado. b) Memoria de la tabla de datos La memoria de esta área también es del tipo RAM, y en ella se encuentra, por un lado, la imagen de los estados de las entradas y salidas y, por otro, los datos numéricos y variables internas, como contadores, temporizadores, marcas, etc. c) Memoria y programa del sistema Esta memoria, que junto con el procesador componen la CPU, se encuentra dividida en dos áreas: la llamada memoria del sistema, que utiliza la memoria RAM, y la que corresponde al programa del sistema o firmware, que lógicamente es un programa fijo grabado por el fabricante y que por tanto corresponde al tipo ROM. En algunos autómatas se utiliza únicamente la EPROM, de tal forma que se puede modificar el programa memoria del sistema previo borrado del anterior con UV. Estructuración de las memorias Los chips de memoria suelen estar organizados en octetos y, a su vez, éstos en palabras; cada palabra es normalmente de 16 bits, esto es, 2 bytes, es decir, cada posición de memoria suele contener 16 bits de información, o lo que es lo mismo, dos bytes. Cada palabra o registro define una instrucción o dato numérico o un grupo de estados de E/S. La cantidad de palabras de que dispone una memoria se expresa en K, y 1K representa 1024 bytes. La capacidad de las memorias recaen en valores típicos de 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256Kb o más, excepcionalmente. Unidad de programación Las unidades de programación, denominados también terminales de programación, constituyen el medio de comunicación entre el hombre y la máquina, a través de la escritura, lectura, modificación, monitoreo, forzado, diagnóstico y puesta a punto de los programas. Estos aparatos están constituidos por un teclado y un dispositivo de visualización. El teclado muestra todos los símbolos (números, letras, instrucciones, etc.) necesarios para la escritura del programa y otras acciones ya señaladas. El visualizador o pantalla 27 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 pone a la vista todas las instrucciones programadas o registradas en la memoria. Existen tres tipos de unidades de programación: los manuales (Hand held) tipo calculadora, los de video (tipo PC) y la computadora. Los programadores manuales son de fácil programación (lista de instrucciones) y son portátiles y económicos. Generalmente están destinados para PLCs pequeños. El medio más completo de programación, incluyendo la detección de fallas, son los programadores de video y las computadoras personales. Estas permiten emplear todos los lenguajes de programación. Cuando se usa la computadora es necesario el software de programación. Las unidades de programación constituyen una herramienta necesaria para el diálogo con el PLC, y no obstante ser físicamente independiente del PLC, permite: - Escribir los programas, a través de la lista de instrucciones o mediante el método gráfico, así como modificar o borrarlos de manera total o parcial. - Leer o borrar los programas contenidos en la memoria RAM de la CPU o también de las memorias EPROM o EEPROM. - Simular la ejecución de las instrucciones del programa a través del forzado de las entradas y salidas. - Detectar y visualizar las fallas del programa o fallas originadas en los dispositivos de campo, ya sea en los de entrada o en los de salida. - Visualizar en todo momento el estado lógico de los captadores y actuadotes en tiempo real. - Realizar la transferencia de los programas contenidos en la memoria volátil o permanente a los diferentes periféricos, tal como la impresora. - Permite acceder a instrucciones tales como: copiar, buscar, insertar, guardar, etc. que sirven de ayuda para un mejor manejo y análisis de la programación. Tipos a) Unidades tipo calculadora (Hand held) Son las más comúnmente usadas en los autómatas de la gama baja; constan del correspondiente teclado, conmutador de modos, display de cristal líquido o siete segmentos de dos o más líneas, así como de las entradas para la grabación del programa de usuario. Puede ser totalmente independiente, ser enchufada directamente en la CPU, o con ambas posibilidades. En las de pocas líneas (2,4) sólo es posible escribir mnemónicos, pero en aquellas llamadas de programación gráfica pueden visualizarse algunas líneas de programa de lenguajes gráficos, datos del programa, etc. 28 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES Programación con Terminal (Hand EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE Held ) 2008 ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I b) Consola de programación Está en una posición intermedia entre la unidad tipo calculadora y el PC. Consta de pantalla de plasma o tipo similar y tamaño suficiente para 20-30 líneas y 60-80 caracteres por línea, así como teclado. Al igual que el PC utiliza el software de programación preciso para los lenguajes utilizados en el PLC, almacenando los programas en disquete. c) Unidad con PC Esta unidad que se adapta al autómata mediante el interfaz correspondiente lleva incorporado un monitor de tubos de rayos catódicos (TRC), y realiza la misma función que la unidad de programación normal, pero con mayores prestaciones, permitiendo visualizar los esquemas o diagramas completos o partes importantes de los mismos. Este equipo incorpora el software necesario para poder trabajar en más de un lenguaje de programación, incluso realizar la transformación de lenguajes. La grabación de programas se realiza en disquete o disco duro, según modelos del PC. Periféricos Los periféricos no intervienen directamente en el funcionamiento del PLC. Como elementos auxiliares y físicamente independientes del autómata, los equipos periféricos realizan funciones concretas de gran importancia. 29 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 El incremento que experimenta las prestaciones de los autómatas hace que el número de periféricos aumente día a día para equipos de la misma gama, pero en general para un equipo de la gama baja podría decirse que son: - Impresora, que permite obtener en papel el listado de instrucciones o programa de usuario, el de temporizadores, contadores, etc., utilizados, así como los esquemas respectivos. - Unidades de cinta o memoria, por medio de las cuales grabamos los programas en cinta cassete o chips de memoria EPROM o EPROM, respectivamente. Otros equipos que se utilizarían en la gama media o en algún caso en la gama baja serían: - Monitores de tipo TRC - Lectores de código de barras - Displays y teclados alfanuméricos - Unidad de teclado y tests. Interfases 00 . XXB L1100 0 Son circuitos que permiten la comunicación deBTT--Lla 0 CPU con el exterior llevando la información acerca del estado de las entradas y transmitiendo las órdenes de activación de las salidas. Constan de enlaces del tipo RS-232 o RS-485, y efectúan la comunicación mediante el código ASCII. 30 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 Asimismo, permiten la introducción, verificación y depuración del programa mediante la consola de programación, así como la grabación del programa a casete, en memoria EPROM, comunicación con TRC (monitor), impresora, etc. CIRCUITOS PROTECTORES Contacto de relé interno C = 220 nF Contacto de relé interno R = 100 Ω Salidas VDR C 0 1 2 3 4 n Circuito protector RC en paralelo con el contacto del relé Salidas de salida. n C 0 1 2 3 4 Circuito protector con VDR en paralelo con el contacto del relé de salida. Como sabemos, las cargas en las salidas se pueden clasificar en: cargas DC y cargas AC. En la mayoría de los casos, las cargas aplicadas a las salidas suelen ser circuitos inductivos como, por ejemplo, bobinas de contactores. La desconexión de una bobina da lugar a picos de tensión transitorios de alto valor. Para proteger los circuitos internos y los contactos de relés, los fabricantes acoplan internamente un circuito R-C de protección, o bien un varistor. 31 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 Como en ocasiones estos circuitos internos no proporcionan suficiente protección, lo que se hace es acoplar circuitos adicionales exteriores para que supriman mejor y más rápidamente dichas tensiones transitorias. Salidas n C 0 1 2 3 4 Z D = 1N4004 Protección mediante diodo de cargas inductivas en DC con bajo número de maniobras. En el caso de cargas DC los circuitos a acoplar serían los que correspondan a las siguientes figuras. Cuando las cargas son del tipo resistivo puro, no es necesario acoplar circuito alguno. Salidas 3 4 C 0 1 2 n + Z _ R (Ω) = Z (Ω) D = 1N4004 Protección mediante diodo y resistencia de cargas inductivas en DC con bajo número de maniobras. 32 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 En el caso de cargas AC podemos encontrar, generalmente, dos casos: de alta inductancia y de alta impedancia. En el primer caso, los valores de R y C son típicos. Salidas En el segundo caso, puede ocurrir que la intensidad de fuga del circuito R-C interno se mantenga circulando durante unos segundos y así mantenga a su vez alimentada la bobina de alta impedancia del contactor de salida. En este caso existe la necesidad de calcular los valores de R y C. n C 0 1 2 3 4 Salidas + CZ 0 1 VDR 2 3 4 n _ Diodo Salidas Los valores de R R y VDR de cargas inductivas en DC cony C Protección mediante diodo elevado K VDR pueden ser: número de maniobras. R = 100Ω n C 0 1 C 2 3 4 Χ = 0,1uF K Circuito de protección para carga en AC de alta inductancia. R Los valores de R y C deben ser calculados C 33 Circuito de protección para carga en AC de alta impedancia. AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 Contactos de relés térmicos Dos son las posibilidades de conexión de los contactos de los relés térmicos de protección contra sobreintensidades: - En las entradas con los captadores - En las salidas con los actuadores. Las ventajas e inconvenientes que presentan ambas posibilidades son las siguientes: - La conexión en el circuito de captadores es la más técnica y segura desde el punto de vista de control, ya que su apertura desactivará los correspondientes circuitos de entrada y, como consecuencia, la salida que ha dado origen a dicha sobreintensidad, quedando señalizado en ambos diodos LEDs (E/S) del PLC. - Otra ventaja a tener en cuenta es que en función del programa establecido un contacto de un relé térmico puede detener únicamente el proceso del actuador al cual esté protegiendo o detener el proceso completo. En este último caso y conectando todos en serie - en el caso de contactos NC - o paralelo si NA, es suficiente con un solo contacto de entrada, según puede apreciarse en la siguiente figura. Las posibilidades que nos ofrecen los relés térmicos son dos: - Utilizar el contacto normalmente cerrado, NC - Utilizar el contacto normalmente abierto, NA. 34 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 F1 24 V 0V 0 1 2 3 Entradas s C 0 1 2 3 4 Salidas K A1 Un contacto de relé térmico es conectado a una entrada. A2 1 En el primer caso, la bobina del contactor se alimentará directamente, ya que el contacto NC se utiliza en la entrada. En el segundo caso, al utilizar en la entrada el contacto NA, el contacto NC puede o no ser utilizado en la salida. Si se utiliza tendremos doble protección. Como desventaja podemos citar el que necesitamos una entrada por cada relé térmico, o grupo en paralelo o serie, lo que nos puede incrementar éstas considerablemente y, como consecuencia, necesitaremos un PLC con más entradas y, por tanto, de mayor precio. La conexión en el circuito de actuadores significa ahorrarse el correspondiente circuito de entrada, pero no nos dará indicación de avería en la señalización de salida o LED, aunque lógicamente la bobina del contactor quede desactivada. En este caso sólo se detendrá el actuador que esté protegiendo. 35 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 C 0 1 2 3 4 Salidas F1 K A1 A2 El contacto del relé térmico es conectado en la salida en serie con la bobina de su relé. 1 POSIBILIDADES DE CONEXIÓN DE LAS SALIDAS A continuación figuran algunas posibilidades de conexión de los actuadores en las salidas del autómata. La comprensión de estos ejemplos hará que nos encontremos en F1 F2 F3 condiciones de dar solución a cualquier otra necesidad que se nos presente. a) Conexión en un grupo de cuatro salidas comunes o de igual tensión En este caso, tal y como se muestra en la siguiente figura, es necesario que: Las tensiones de los elementos acoplados sean iguales, y que esta tensión esté Entradas dentro de los márgenes indicados por las especificaciones del autómata. 0 2 24V 1 3 0V - Que la intensidad total y las intensidades parciales se encuentren también dentro de los mismos márgenes. C 0 1 2 3 4 Salidas A1 A1 K1 A2 K2 A2 K3 A2 A1 U 36 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 C 0 1 2 3 Salidas It I1 I2 I3 I4 F5 F3 F1 K1 K2 K2 K1 U F2 F4 K3 K4 K3 K4 F6 F2 F4 M M Circuitos de salida PLC. Bobinas de igual tensión. It = I1 + I2 + I3 + I4 = < I (del fabricante) Nota: El contacto del relé Térmico F6 se supone Situado en la entrada. M Circuito de potencia, U = 380 / 220 V b) Acoplamiento directo e indirecto de cargas 37 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 En algunos casos, cuando el consumo de una carga es muy pequeño se puede acoplar ésta directamente a la salida, como es el caso del tubo fluorescente y de la lámpara de la siguiente figura. En el resto de los casos el mando ha de hacerse a través de relés, contactores, electroválvulas, etc. C 0 1 2 3 Salidas K1 K1 C K2 U 0 E1 60W 1 Salidas H1 40W E2 K2 7 x 100W H2 F1 K1 12 x 60W U I1 K2 I1 < I2 I2 UK1 = UK2 Salidas F2 C 0 1 c) Acoplamiento de actuadores de gran consumo M Cuando el consumo de intensidad, por ejemplo, de la bobina de un contactor que controla un determinado motor es superior a la que F1 puede soportar un contacto Cuando el valor de la tensión en ambas bobinas es idéntico, el circuito asiguientes: de salida del autómata, los procedimientos que se pueden seguir son los utilizar sería el de U1 figura anterior. Si las tensiones son distintas nos encontraremos con el la K1 circuito de la siguiente figura. I1 - Utilizar dos o más contactos de salida puenteados. Este procedimiento no I1 < I2 es recomendable, en general, debido al valor que económicamente representa un contacto de salida. UK1 UK2 K2 IsiguienteK2 -U2 Situar un relé intermedio, K1 en la 2 figura, y cuyo consumo de intensidad sea asumible por el contacto de salida del autómata; el contacto de dicho F2 relé en serie con la bobina del contactor K2 sí puede soportar dicha intensidad. 38 M AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 3N 50 Hz 380 / 220 V P E Q 1 Q 2 PE : Toma de tierra. Q1 : Interruptor general CIRCUITO DE PARA ALIMENTACION DE UN PLCcon accionamiento manual girando. Q2 : Interruptor general automático. CONCEPTOS GENERALES DE PROGRAMACION Q3 : Interruptor diferencial Desde el punto de vista del procesador, un programa es un conjunto de instrucciones o Q4 : Interruptor automático alimentación PLC. Q POTENCIA 3 T1 proposiciones bien definidas que le dicen lo que tiene que hacer. Cada instrucción le indica: - Qué operación realizará a continuación. - De dónde obtendrá los datos que necesita para realizarla. - Dónde guardará los resultados de la operación. Desde el punto de vista del usuario, un programa constituye las especificaciones de un conjunto de operaciones que debe llevar a cabo el computador para lograr resolver una K K determinada tarea. 3 2 Q 5 Q 4 Un programa se escribe en un lenguaje de programación. Estos lenguajes permiten simplificar la creación de programas debido a su fácil descripción de las instrucciones U2 que ha de ejecutar el procesador. En algunos casos, agrupando varias instrucciones y dando un solo nombre al conjunto, se consigue que la lista de operaciones se reduzca considerablemente, obteniéndose una comprensión y resolución sencillas de los T2 programas. Asimismo, varios cientos de instrucciones simples se pueden expresar con Entradas una lista de unas cuantas líneas. Por último, el término programación se refiere a la U1 acción de realizar un programa. En conclusión, reuniendo estos tres conceptos, podemos CPU que: un programa se decir escribe en un lenguaje de programación, y a la actividad de expresar un algoritmo en forma de programa se le denomina programación. A menudo, al lenguaje de programación se le denomina software de programación cuando se emplea un término genérico, con el fin de distinguirlo del hardware. Salidas CLASIFICACION DE PROGRAMAS Parte : Transformador protector de interferencias de línea de relación ejecutar tareas que deben T1 de un programa lo escriben los usuarios para 1:1. automatizar. Sin embargo, existen otros protector de las salidas del PLC cuando éstas procesar T2 : Transformador adaptador de tensión y/o programas ya escritos que permiten no los programas del usuario. A continuación se definen estos dos tipos de programas. están protegidas de cortocircuito (si fuera necesario). K2 / K3 : Contactores circuitos de alimentación fuente de alimentación PLC y salidas. U1 : Fuente de alimentación 24 / 48 / 110 V para salidas DC. 39 U2 : Fuente de alimentación auxiliar AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 Programas del sistema Existen cierto número de programas que proporcionan servicios vitales a los programas de usuario, esto es, programas que realizan funciones operativas internas del controlador. Estos programas, incluyendo los traductores de lenguaje, reciben la denominación colectiva de programas del sistema o software del sistema. Un elemento notable de éste es el sistema operativo, cuyos servicios incluyen el manejo de los dispositivos de entrada y salida del PLC, el almacenamiento de la información durante largos períodos, organizar el procesamiento de los programas de usuario, etc. Estos programas están almacenados en memoria EPROM dentro de la CPU y, por lo tanto, no se pierden ni se alteran en caso de pérdida de alimentación del equipo. El usuario no tiene acceso a ellos (no puede modificarlos). Programas del usuario Denominados también programas de aplicación, es el conjunto de instrucciones o proposiciones que programa el usuario con el fin de resolver tareas de automatización específica. Para ello, el usuario escribe el programa de acuerdo a la representación del lenguaje de programación que mejor se adapte a su trabajo. Es importante señalar que algunos fabricantes no emplean todos los tipos de representaciones de los lenguajes de programación, por lo que el usuario tendría que adaptarse a la representación que se disponga. REPRESENTACION DE LOS LENGUAJES DE PROGRAMACION Cuando surgieron los autómatas programables, lo hicieron con la necesidad de sustituir a los enormes cuadros de maniobra constituidos con contactores y relés. Por lo tanto, la comunicación hombre-máquina debería ser similar a la utilizada hasta ese momento; el lenguaje usado debería ser interpretado, con facilidad, por los mismos técnicos electricistas que anteriormente estaban en contacto con la instalación. Estos lenguajes han evolucionado en los últimos tiempos, de tal forma que algunos de ellos ya no tienen nada que ver con el típico plano eléctrico a relés. En la actualidad cada fabricante diseña su propio lenguaje de programación, lo que significa que existe una gran variedad de lenguajes de programación. Las formas que adopta el lenguaje de programación usado para realizar programas se denomina representación del lenguaje de programación. Hasta el momento existen tres tipos de representaciones a nivel mundial, como las más difundidas, que son: - Lista de instrucciones (AWL) - Plano de funciones (FUP) - Diagrama de contactos (KOP). Es obvio que la gran diversidad de lenguajes de programación da lugar a que cada fabricante tenga su propia representación, originando cierta incomodidad al usuario cuando programe en diferentes marcas de PLCs. Con el objetivo de uniformizar estas representaciones se ha establecido la norma internacional IEC 1131-3 que se encarga de estandarizar los lenguajes de programación. Esta norma contempla dos tipos de lenguajes de programación: 40 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 Lenguajes gráficos - Lenguajes textuales. LENGUAJES GRAFICOS Se denomina lenguaje gráfico a la representación basada en símbolos gráficos de tal forma que, según la disposición en que se encuentren cada uno de estos símbolos y en conformidad con sus sintaxis, expresa una lógica de mando y control. Dentro de estos lenguajes gráficos, tenemos a: - Grafcet - Plano de funciones (FUP) - Diagrama de contactos (KOP). Carta de funciones secuenciales (Grafcet) Es el llamado Gráfico de Orden Etapa Transición. Ha sido especialmente diseñado para resolver problemas de automatismos secuenciales. Las acciones son asociadas a las etapas y las condiciones a cumplir a las transiciones. Este lenguaje resulta enormemente sencillo de interpretar por operarios sin conocimientos de automatismos eléctricos. Muchos de los autómatas que existen en el mercado permiten la programación en GRAFCET, tanto en modo gráfico o como por lista de instrucciones. También podemos utilizarlo para resolver problemas de automatización de forma teórica y posteriormente convertirlo a lenguaje a contactos. Plano de funciones Es una representación gráfica orientada a las puertas lógicas AND, OR 41 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 y sus combinaciones. Las funciones individuales se representan con un símbolo, donde al lado izquierdo se ubican las entradas y al lado derecho las salidas. El plano de funciones lógicas resulta especialmente cómodo de utilizar a técnicos habituados a trabajar con circuitos de puertas lógicas, ya que la simbología usada en ambos es equivalente. Diagrama de contactos (Ladder) Es la representación gráfica que tiene cierta analogía a los esquemas de contactos según la norma NEMA (USA). Su estructura obedece a la semejanza que existe con los circuitos de control de lógica cableada, es decir, utiliza la misma representación de los contactos normalmente abiertos y normalmente cerrados, con la diferencia que su interpretación es diferente. Además de los simples contactos que dispone, existen otros elementos que permiten realizar cálculos aritméticos, operaciones de comparación, algoritmos de regulación, etc. Su gran difusión se debe porque facilita el trabajo de los usuarios. Es el que más similitudes tiene con el utilizado por un electricista al elaborar cuadros de automatismos. Muchos autómatas incluyen módulos especiales de software para poder programar gráficamente de esta forma. LENGUAJES TEXTUALES Este tipo de lenguaje se refiere básicamente al conjunto de instrucciones compuesto de letras, códigos y números de acuerdo a una sintaxis establecida. Se considera un lenguaje de menor nivel que los gráficos y por lo general se utilizan para programar pequeños PLCs cuyos programas no son muy complejos, o para programar instrucciones no programables en modo gráfico. Existen dos tipos, que son: - Lista de instrucciones - Texto estructurado. Lista de instrucciones Son instrucciones de tipo Booleanas que utilizan letras y números para su representación. Dado que se usan abreviaturas mnemotécnicas no se 42 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 requiere gran memoria para tareas de automatización. Su desventaja radica en la magnitud del trabajo que es necesario para su programación, especialmente si el programa consta de unos cientos de instrucciones. En los autómatas de gama baja, es el único modo de programación. También hay que decir que este tipo de lenguaje es, en algunos casos, la forma más rápida de programación e incluso la más potente. Texto estructurado Es un lenguaje del tipo Booleano de alto nivel y estructurado, que incluye las típicas sentencias de selección IF – THEN – ELSE y de interacción FOR, WHILE y REPEAT, además de otras funciones específicas para aplicaciones de control. Su uso es ideal para aplicaciones en las que se requiere realizar cálculos matemáticos, comparaciones, emular protocolos, etc. DENOMINACION DE LOS LENGUAJES DE PROGRAMACION Cada fabricante ha nombrado mediante siglas o palabras compuestas a su lenguaje de programación o software de programación que lo diferencia de los demás. A continuación se presenta una tabla donde se indican estos nombres. Tabla 7. Denominación de algunos lenguajes de programación GRAFICO MARCA PLANO DE FUNCIONES SIEMENS (Simatic) DIAGRAMA DE CONTACTOS STEP 5, STEP 7 GRAFCET LISTA DE INSTRUCCIONES STEP 5, STEP 7 TEXTO ESTRUCTURADO TEXTUAL STEP 5 GRAPH 5, S7-GRAPH TISOFT (Machine-Stage) - STEP 7 SIEMENS (TI) TISOFT (RLL) - - AEG (modicon) KLOCKNER MOELLER (Sucos PS30-Serie) TELEMECANIQUE ALLEN BRADLEY GENERAL ELECTRIC (Fanuc) MODSOFT MODSOFT - - SUCOSOFT 30 - SUCOSOFT 30 - - PL7-2 APS LOGICMASTER 90 PL7-2 - PL7-1 - PL7-0 - - - - LOGICMASTER 90 43 AUTOMATISMO POR CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ELECTRICIDAD CAPITULO 1 I LOGO INDUSTRIAL 2008 CAP I 2008 44