Curso PLC_saber Electrónica

PLCCURSO D E AUTMATAS PROGRAMABLES

LECCIN N1: AUTMATAS Y AUTOMATISMOS

Saber Electrnica N 167 3

ARTICULO D E TAPA

El autmata programable (PLC) es elequipo que en un sistema automticonos permite elaborar y modificar lasfunciones que tradicionalmente se hanrealizado con rels, contactores, tempori-zadores, etc. Hay en el mercado autma-tas que se adaptan a casi todas las nece-sidades, con entradas/salidas digitalesy/o analgicas, pequeos y grandes. Laprogramacin suele ser sencilla, depen-diendo bsicamente de lo que se preten-da conseguir. A pesar de poder utilizar encada uno de los distintos lenguajes deprogramacin la misma simbologa (es-quema de contactos) no es fcil, apren-diendo uno de ellos, saber manejar el decualquier otro fabricante ya que es aqudonde radica el gran inconveniente, cada

fabricante tiene su propio lenguaje de pro-gramacin. Lo importante es conocer lasposibilidades de un autmata y saber co-mo llevarlas a la prctica con cualquierade los autmatas que existen en el merca-do. Con este curso pretendemos ensear-le qu es un PLC, cmo puede construirautmatas, cmo se programan estos ele-mentos, cules son las normas internacio-nales que versan sobre el tema, qu es laprogramacin LADDER, cmo se solucio-nan conflictos producidos por ruidos e in-terferencias, cmo se realiza el cableadoexterno, qu tipos de entradas y salidas seemplean, etc. Tambin daremos proyec-tos con PLCs de distinta ndole. Al finalizarcada captulo encontrar un cuestionariocorrespondiente a cada leccin. Ud. Po-dr realizar consultas por Internet, ingre-sando a nuestra pgina WEB.

Autor: Horacio D. Vallejoe-mail: [email protected]

En la Web:www.editorialquark.com.ar

INTRODUCCIN AL PLC

La sigla PLC significa Pro-gramable Logic Controler (eningls: Controlador Lgico Pro-gramable).

Es un equipo electrnico, uti-lizado para controlar automti-camente, a travs de secuenciaslgicas, mquinas y equipos. Ba-san su funcionamiento en las tc-nicas digitales con microprocesa-dores, empleando una estructurasimilar a la de una computadorahogarea.

En principio, el PLC deberasustituir a un conjunto de relscableados adecuadamente paraque cumplan una funcin deter-minada.

En forma general, podemosdecir que un rel es un electroi-mn que al ser alimentado en losextremos a y b empuja atravs de la armadura, a uncontacto inversor; y lo fuerzaa cambiar de estado: es decir,el contacto Normal Abier-to (NA) pasa a cer cerrado yel Normal Cerrado (NC),pasa a ser abierto; cumple deesta forma la funcin de in-versin lgica de estado (fun-cin NOT) y de multiplicacinde cantidad de contactos, paratener suficientes contactos li-bres para armar las combina-ciones Lgicas: AND (serie), OR(paralelo), etctera.

En muchas ocasiones es pre-ciso que el PLC aguarde deter-minados momentos para que seejecute un proceso, es decir,se requier un temporizador.

En procesos industrialesanteriores a la dcada del70 un temporizador era un ele-mento electromecnico quecambiaba el estado de un contac-

to libre de conexin internadespus de un tiempo de ser ali-mentado elctricamente; con elfin de proveer una seal de unretardo o aguardar un tiempoen medio de un proceso. Gene-ralmente se implementaba me-diante un motor, un electroimnde activacin embrague y unresorte que lo retornaba al ori-gen al ser desexcitado; produ-ciendo de esta forma el reset.

El disco giraba lentamentellegando a dar casi una vuelta enel mximo tiempo del rango, unaleva promontorio en el cami-no, empujaba a un contacto in-versor.

Note que para obtener un re-tardo se necesitaba un esquemaelectromecncio complejo queera fcil de sustituir con la elec-trnica del estado slido.

Sin embargo era necesariocrear un dispositivo que pudie-ra parecerse a una lgica a rel.

Y esto era as porque al ser laopcin de reemplazo de lgicas arel deba ser comprendido ymanejado por electricistas, yaque ellos entendan muy bien laslgicas electromecnicas existen-tes.

An hoy este problema de latransicin de tecnologa siguesiendo un tema candente, yaque los accionamienos de FuerzaMotriz como motores trifsicoscomunes (asincrnicos o de jaula

de ardilla) son controlados eco-nmicamente por contactores(que son rels ms grandes y es-pecializados para operar con ma-yor corriente y tensin).

Normalmente los electricis-tas entienden el funcionamietode un contactor pero no semeten con dispositivos elec-trnicos.

Ahora bien, el avance tecno-lgico no se detiene, la revolu-cin industrial en 1780 comenzcon el aumento de la produccina travs del automatismo delos procesos de fabricacin, tra-tando de depender cada vez me-nos de la mano humana porqueen realidad somos ms aptos pa-ra tareas inteligentes, como lainvestigacin, desarrollo y bs-

queda de fallas para la crea-cin; ms que para la mono-tona; que es la que produceuna fatiga muy grande, que aveces lleva a la muerte enforma directa como elstress, esta fatiga produce asu vez fallas humanas (lascuales producen cuantiosasprdidas materiales).La AUTOMATIZACION o

AUTOMACION se bas ini-cialmente en lgicas mecnicas,luego en electromecnicas (co-mo rels timers a motor sincr-nico y contadores electromec-nicos) e incluso se presentaroncomercialmente lgicas neum-ticas (AND, OR, NOT) quecompetan en velocidad con losrels.

Pero paulatinamente se impu-sieron los rels, luego los timers,los contadores, los programado-res electrnicos y hoy se utilizanmicrocontroladores lgicos pro-

4 Saber Electrnica N 167

Curso de PLC s

gramables que cumplen la mismafuncin lgica que los equiposde ms de 1.000 rels.

En este curso describiremosel funcionamiento de un PLCpaso a paso, comenzando a des-cribir procesos con rels ya queel sistema basado en microproce-sadores intentar emular lafuncin electromagntica; y porlo tanto la programacin se refe-rir a un elemento electromec-nico con todas sus limitaciones.

Si consideramos a un circuitoelectrnico que va a formar par-te de un autmata como el equi-valente a un rel, estaremospreparados a la hora de la pro-gramacin y no tendremos in-convenientes en realizar los pri-meros programas de nuestrosPLCs.

El PLC posee interfaces deentrada para la lectura de esta-dos, interfaces de salida para elmanejo de tensiones y corrientesque actuarn sobre un equipo oproceso industrial, y un micro-controlador con programa alma-cenado en su memoria. Leer lasentradas y de acuerdo a las ins-trucciones de procesamiento delprograma, se elaborarn las sali-das.

LA AUTOMATIZACIN

La automatizacin de unequipo o proceso industrial con-siste en la incorporacin de undispositivo tecnolgico que seencarga de controlar su funcio-namento en base a una serie deelementos definidos con anterio-ridad

El sistema que se crea con la

incorporacin del dispositivo,denominado genricamente au-tomatismo, es capaz de reaccio-nar ante las situaciones que sepresentan, ejerciendo la funcinde control para la que ha sidoconcebido.

Vea en la figura 1 el esquemaen bloques que representa a unsistema automtico. Existe unaunidad de control encargada derealizar todas las operaciones re-lacionadas con el proceso quedebe realizarse en forma auto-mtica; dicha UC recibe las in-formaciones procedentes de sen-sores o captores que informancambios fsicos que tienen lugarcomo consecuencia de la funcinpara la que se dise el sistemaautomtico. En funcin de la in-formacin recibida, la UC gene-ra una serie de rdenes que setransmiten al equipo o proceso atravs de accionadores que trans-forman las rdenes recibidas enmagnitudes o cambios fsicos enel sistema.

Esto quiere decir que la auto-matizacin consiste en un siste-

ma de lazo cerrado, en el queexiste un continuo flujo de infor-macin, desde el equipo o proce-so a la Unidad de Control, ydesde sta a aqul. La informa-cin recibida en la UC se proce-sa segn el programa que con-tenga el sistema (denominado al-goritmo), del que se obtienen lasrdenes que fijarn el funciona-miento del equipo o proceso in-dustrial.

Por otra parte, la Unidad deControl es capaz de proporcio-nar informacin ya elaborada so-bre el estado y evolucin del sis-tema, al operador mediante unsistema de monitoreo.

Por otra parte el operadorpuede intervenir en el desarrollodel control mediante las consig-nas que modifican los parme-tros del algoritmo de control, opuede tomar el mando total pa-sando el sistema a control ma-nual, con lo cual dejar de ope-rar automticamente (esto signi-fica que el sistema automticotambin puede operar en formamanual).

Leccin N 1: Autmatas y Automatismos


Figura 1

Todo sistema automtico per-sigue lo siguiente:

- Tener un buen sistema decalidad y confiabilidad.

- Interpretar cambios que seproduzcan, los que deben ocasio-nar acciones que debe realizar elproceso.

- Mejorar la productividad ydismimuir los costos.

- Adaptarse con facilidad yen breve tiempo a las cambiosdel mercado (nuevos productos).

La evolucin tecnolgica hapermitido la realizacin de auto-matismos cada vez ms comple-jos. El nivel de automatizacinno ha dejado de elevarse, recuer-do por ejemplo, que en 1978 tra-bajaba en una compaa telefni-ca en la que realizaba el mante-nimiento de una central electro-mecnica totalmente automtica;a dicha central se incorpor unanueva con tecnologa totalmenteelectrnica, de programa alma-cenado, que cost menos de lamitad que la primera, ocupaba laquinta parte del espacio que laprimera y tena 4 veces las pres-taciones de la electromecnica.En aquella poca desconoca losalcances de un autmata progra-mable, un PLC y ni que hablarde una computadora personal.Sin embargo, aprend rpida-mente que estaba en las puertasde un cambio importante, lastecnologas cableadas (que eranel corazn de la central electro-mecnica) ya estaban siendoreemplazadas por programas al-macenados.

Esto nos lleva a decir que lastecnologas empleadas en la au-tomatizacin pueden clasificarseen dos grandes grupos: tecnolo-

gas cableadas y tecnologas pro-gramadas o programables, tal co-mo puede apreciar en la figura 2.

Los automatismos cableadosse realizan en base a uniones fsi-cas de los elementos que consti-tuyen la Unidad de Control.Tanto los sensores como los ac-tuadores pueden ser neumticos,hidrulicos o electrnicos, yasean mediante rels o elementoselectrnicos pasivos.

De lo dicho hasta ahora, y to-mando como base el ejemplo da-do con una central electromec-nica, podemos decir que un au-tomatismo cableado posee las si-guientes desventas:

- Ocupa mucho espacio.- Es muy difcil realizar mo-

dificaciones o ampliaciones.- Es difcil la identificacin y

resolucin de problemas.- Es casi imposible realizar

funciones complejas con mode-rada cantidad de elementos.

Con el advenimiento de la

tecnologa programada, granparte de estos problemas fueronrpidamente superados. Los mi-niordenadores se aplicaron alldonde la cantidad de informa-cin y la complejidad del algorit-mo de control hacan extremada-mente complicado el empleo deequipos cableados; un campoparticularmente propicio fue elde la industria de proceso (qu-mica, petroqumica, etc.).

Cabe aclarar que la tecnologaprogramada se hizo factible gra-cias a la aparicin de los Aut-matas Programables entre losque se encuentran los PLC(Controladores Lgicos Progra-mables).

El autmata fue una alternati-va a la aplicacin de los equiposinformticos en la industria yaque stos, si bien paliaban los in-convenientes de las tcnicas ca-bleadas, aportaban una nuevaproblemtica para su empleo ge-neralizado en el control indus-trial debido a que se adaptabanpoco a las condiciones del medio


Curso de PLC s

Figura 2

industrial, requeran personal es-pecializado para la programa-cin, tenan un costo elevado delequipo, etc.

Los autmatas aportaron unadisminucin del costo del equipohaciendo posible la aplicacin deun equipo informtico en aplica-ciones relativamente pequeas,pero todava adoleca de la pro-blemtica de adaptacin al medioindustrial y la necesidad de espe-cialistas para su aplicacin ymantenimiento.

ANTECEDENTES DE LOS PLCS

A mediados de la dcada delos 60 la empresa General Mo-tors, preocupada por los costoselevados que implicaban los sis-temas de control a base de relsdecidi investigar en nuevas tec-nologas que se adaptara fcil-mente a la tecnologa reinanteen aquella poca (vea Saber

Electrnica N 166).El primer Autmata trabajaba

con una memoria de ferritas, f-cilmente reprogramable, y supe-raba las exigencias de la GeneralMotors. No tard en extendersesu empleo a otras industrias. ElAutmata se mostr particu-larmente adaptado al control enlas cadenas de montaje, es decir,en los procesos secuenciales. Pa-ra facilitar su programacin ymantenimiento por parte delpersonal de planta, el lenguajeempleado era el de las ecuacio-nes de Boole y posteriormente elesquema de contactos.

El Autmata Programable deuso industrial es un equipo elec-trnico, programable en lengua-je no informtico, diseado paracontrolar, en tiempo real y enambiente industrial, procesos se-cuenciales.

Hoy esta definicin ha queda-

do insuficiente por la evolu-cin del producto, paralela al de-sarrollo de los microprocesado-res, extendindose sus aplicacio-nes al campo del control de pro-cesos que requieren operacionesde regulacin, clculo, manipula-cin y transmisin de datos yhasta el control de equipos elec-trnicos de consumo a travs deInternet.

En la figura 3 podemos veruna grfica que describe cmofue evolucionando la aplicacinde autmatas programables con-forme al avance del tiempo.

EVOLUCIN DE LOSCONTROLADORES LGICOSPROGRAMABLES

Los primeros equipos apare-cen en 1968, emplean memoriade ferritas y un procesador ca-bleado a base de circuitos inte-grados para construir la UnidadCentral. Su aplicacin se centraen la sustitucin de maniobras derels que controlan mquinas oprocesos secuenciales (lneas demontaje, cadenas de transporte,almacenamiento de material,etc.).

A principios de los 70 se in-corpora la tecnologa del micro-procesador lo que permite au-mentar sus prestaciones.

As se logra mayor interac-cin entre el hombre y la mqui-na, aumentando los niveles deseguridad, se comienzan a mani-pular datos y con ello es ms f-cil controlar procesos, se hizoposible realizar operaciones arit-mticas.

La aplicacin de los primerosautmatas aument las prestacio-nes de la mquina ya que con la



Figura 3

capacidad de tratamiento num-rico el autmata pudo desarrollaracciones correctivas sin detenerel funcionamiento del proceso.

En la segunda mitad de la d-cada de los 70 se mejoran consi-derablemente las prestaciones yel desarrollo de elementos espe-cializados. Se consiguen diferen-tes prestaciones gracias al au-mento de la capacidad de memo-ria.

Los sistemas de transmisininalmbrico posibilitaron el ma-nejo de entrada/salidas (E/S) re-motas, tanto analgicas comonumricas, se consiguieron me-joras en el lenguaje de progra-macin (instrucciones potentes),etc.

Sus aplicaciones se extiendenal control de procesos, al poderefectuar lazos de regulacin tra-bajando con dispositivos de ins-trumentacin. En esta etapa, elautmata desarrolla el controladaptativo sin intervencin deloperador. Otros campos de apli-cacin son el posicionamientomediante entradas lectoras paracodificadores y salidas de controlde motores paso a paso, la gene-racin de informes de produc-

cin, el empleo de redes de co-municacin, etc.

En los 80 aparecen los micro-procesadores comerciales a bajocosto, el 6800 de Motorola o elZ80 de Intel (valuartes de la d-cada del 70) fueron rpidamentesuperados por prototipos indus-triales, as aparecen los PICs, losCOP, etc.

Con el empleo de microcon-troladores de estas caractersticasse consiguieron PLCs (autma-tas) con las siguientes caracters-ticas:

- Alta velocidad de respuesta.- Reduccin de las dimensio-

nes.- Entradas y salidas inteli-

gentes.- Mayor capacidad de diag-

nsticos de funcionamiento.- Mayor capacidad de alma-

cenamiento de datos.- Mejoras en el lenguaje: ins-

trucciones de bloque, instruccio-nes de clculo matemtica condatos en notacin de coma flo-tante.

- Lenguajes alternativos:Lenguaje de bloques funcionales,lenguajes de diagrama de fases

(GRAFCET), y lenguajes de al-to nivel (tipo BASIC).

As han aparecido equipos pe-queos y compactos que, juntocon la reduccin de los precios,ha hecho que la aplicacin se ex-tienda a todos los sectores indus-triales.

Los fabricanes han desarrolla-do familias de productos quecomprenden equipos desde 10entradas/salidas, hasta grandescontroladores capaces de gober-nar hasta 10.000 E/S y memoriasde 128kB. El campo de aplica-cin cubre desde el mnimo nivelde automatizacin de una se-cuencia de enclavamientos, hastael control completo de un proce-so de produccin continua.

En la tabla 1 encontramos da-tos tiles que podemos tener encuenta cuando hablamos de laclasificacin de los PLCs o aut-matas industriales.

CONSTITUCIN BSICADEL PLC

El Autmata Programable In-dustrial es una mquina electr-nica digital programable que estconstituida por dos elementosbsicos:

- La unidad Central de Pro-ceso (CPU).

- El sistema de Entradas ySalidas (E/S).

Con estos dos elementos, sepuede accionar sobre la mquinao proceso a controlar, pero exis-ten otros componentes que aun-que no forman parte del contro-lador como equipo, son necesa-rios para su aplicacin. Estos


Curso de PLC s

Tabla 1 Clasificacin de los PLCs comerciales

Factores cuantitativos- Equipos pequeos: hasta 128 E/S; memoria de 1 a 4kB.- Equipos medianos: 128

componentes, generalmente de-nominados perifricos, son losequipos de programacin, lasunidades de dilogo y prueba, lasimpresoras, etc. Tambin puedenformar parte del sistema de con-trol otros autmatas, equipos decontrol numrico (CNC), robotsy ordenadores.

En la figura 4 se da el diagra-ma que representa al PLC consu entorno, lo que configura elsistema automtico completo.

La Unidad Central de Proce-so, que se considera formada porel procesador y la memoria, es laparte inteligente o el corazndel sistema y se encarga de reali-zar las tareas de control internoy externo mediante la interpreta-cin de las instrucciones o cdi-gos de operacin almacenados enla memoria, y los datos que ob-tiene de las entradas y que gene-ra hacia las salidas.

El Sistema de Entradas y Sa-lidas se encarga de adaptar latensin de trabajo de los disposi-tivos de campo a la tensin conque trabajan los circuitos elec-trnicos del PLC y proporcionael medio de identificacin de esosdispositivos ante el procesador.

Como equipo electrnicoconstituido por circuitos que tra-bajan con niveles de tensin ba-jos, de 5 Vcc en general (aunquelos hay de 24V), en su diseo yfabricacin se tiene en cuentaque deben trabajar en un am-biente industrial, lo que significacondiciones adversas por la exis-tencia de vibraciones, ruidos, hu-medad, temperatura no controla-da, y perturbaciones elctricasproducidas por la interferenciaelectromagntica (EMI) debida a

la conmutacin de grandes car-gas, y la interferencia de radio-frecuencia (RFI).

CMO FUNCIONA UNCONTROLADOR PROGRAMABLE

Con el tiempo, los PLCs hanevolucionado para reducir losproblemas que causan las condi-ciones adversas que se presentanen la industria, con el objeto deaumentar al mximo la fiabilidaddel controlador. Para ello, en eldiseo y fabricacin de un PLCde uso industrial, se siguen entreotros los siguientes procedimien-tos:

- Se emplean componenteselectrnicos confiables, aptos pa-ra uso en la industria (no po-dra emplearse un CA555 co-mn, por ejemplo, dado que sedisparara slo cada vez queexiste una interferencia produci-da por el encendido de una m-

quina de potencia).- Se proyectan los equipos pa-

ra condiciones extremas de tra-bajo: pruebas de interferencias,pruebas de acoplamiento elec-trosttico, verificacin de funcio-namiento bajo condiciones lmi-tes de temperatura y humedad,etc.

- Se comprueban los compo-nentes con simuladores virtualesy computadoras.

- Se emplean mtodos demontaje automatizados.

- Se realiza la prueba con-trolada por computadora de to-dos los subconjuntos funcionalesy de los mdulos.

- Se proyectan operaciones deautodiagnstico.

- Una vez en funcionamien-to, se debe realizar una compro-bacin constante del sistema deentrada-salida de datos.

Dijimos que en los sistemascon tecnologa cableada, lasecuaciones de control (circuitos



Figura 4

lgicos), se realizan medianteuniones fsicas entre los compo-nentes, contactos de rel, resis-tencia-transistor, etc. En estatecnologa, el tratamiento de lainformacin se realiza en parale-lo de modo que todas las varia-bles ingresadas se procesan deacuerdo a una lgica establecidapor el programa con el objeto detener un resultado que definirel funcionamiento del sistema(figura 5).

Los controladores lgicosprogramables emplean un proce-sador binario que es capaz de in-terpretar una serie de cdigos oinstrucciones que especifican lasacciones a realizar en funcin delestado de las variables del siste-ma. El procesador puede inter-pretar una sla instruccin encada instante, aunque lo hace agran velocidad (microsegundos);esta forma de actuar introduce elconcepto de tratamiento secuen-cial de la informacin, que seilustra en la figura 6.

En el PLC las instruccionesse almacenan en una memoria,que recibe el nombre de memo-ria de programa y que, general-mente, es una EEPROM. Elprocesador recoge los estados delas seales de entrada y los alma-cena en otra memoria denomi-nada tabla de E/S.

Las instrucciones ingresa unaa continuacin de la otra paraejecutar operaciones de acuerdocon las sentencias grabadas en laEEPROM, arrojando resultadosque tambin sern volcados enposiciones de memoria de datospara formar la tabla de E/S. Unavez finalizada la lectura del pro-grama, tiene lugar la actualiza-cin de estados de E/S para loque se transfieren a las salidas los

resultados obtenidos y se vuelvena almacenar los estados de lasentradas.

En un Autmata Programableexiste un tiempo de respuesta,cuya magnitud es funcin de lacantidad y complejidad de lasinstrucciones que forman el pro-grama y de la velocidad con quese ejecutan; durante la resolucindel programa el equipo ignorala evolucin externa de la mqui-na o proceso. En ciertas aplica-ciones de evolucin muy rpidaesto puede llegar a ser un pro-

blema ya que llegar a perdersealguna informacin, y en conse-cuencia puede darse un funcio-namiento errneo.

PROYECTO DE UN PLC CON PIC

En el marco de este curso,estamos preparando distintosproyectos para controlar tantoeventos sencillos como procesosindustriales, empleando lengua-jes de programacin estndar y


Curso de PLC s

Figura 5

Figura 6

que sirvan comoentrenamientopara aprender a uti-lizar PLCs comer-ciales de diferentesempresas, talescomo OMRON,BOSCH, EBERLY,SIEMENS, etc.

Hasta la fechahemos confecciona-do el diseo de 3proyectos, todosutilizando PICs,dado que son losmicrocontroladoresque ms estamosempleando paradesarrollar las notasde SaberElectrnica.Recordamos que elhecho de que empleeemos PICscada vez que necesitamos micro-controladores no significa quepara nosotros sean los mejores,simplemente lo hacemos porquecreemos que son los que presen-tan una mejor relacin costo-beneficio, dado que existemucha bibliografa y utilitariosgratuitos que permiten su mane-jo. Por ejemplo, navegando porInternet, encontramos el proyec-to de un PLC con PIC desarrol-lado por Juan ManuelRodrguez, quien dise su sis-tema partiendo de las siguientespremisas:

- Deba tener un lenguaje deprogramacin compatible con elestndard y soportar todo tipode instrucciones, contadores ytemporizadores.

- La memoria del PLC ten-dra que ser no voltil para noperder el programa por un cortede tensin.

- Deba contemplar la posi-bilidad del volcado de los pro-gramas desde un PC o poder seren un entorno windows.

- Los componentes del hard-ware deberan ser baratos yfciles de localizar.

- El nmero de entradas ysalidas, en un principio sera de8 E/S, ampliable en el futuro.

- La alimentacin se hara apartir de la red elctrica de220V ac o 12V DC de unabatera.

En la figura 7 se da el diagra-ma circuital correspondiente a laCPU de dicho proyecto.

Cabe aclarar que an no con-tamos con la autorizacin delautor para la publicacin delautmata de su autora, raznpor la cual no podemos realizarla descripcin del mismo.

Sin embargo, quienes deseenconocer ms sobre el tema,pueden dirigirse a nuestra pginaWEB, donde encontrar un link

para el sitio del autor.En la prxima edicin publi-

caremos la leccin N 2 de estecurso de PLCs, en la que severn ejemplos sencillos de aut-matas con rels, veremos sis-temas lgicos y analizaremos elestndar IEC 1131-3 que definecaractersticas que Ud. debeconocer acerca de los PLCs.

CUESTIONARIO DE LALECCIN N1

1) Defina qu es un PLC2) Cul es la diferencia entre

un PLC y un microcontrolador.3) Un PLC siempre debe

tener entradas y salidas?, justi-fique la respuesta.

4) A qu se denomina aut-mata?

5) Qu tipo de progra-macin se emplea en los PLCscomerciales?

6) D 5 ejemplos en los queutilizara un PLC.



Figura 7

PLCLECCIN N2:

LGICA DEL P LC Y ES TNDAR INTERNACIONAL

Saber Electr nica N 168 99

CURSO D E AUTMATAS PROGRAMABLES

Luego de haber ledo la primera entre-ga ya tendr una idea clara de lo quees un PLC, es decir, no caben dudasque un autmata o un PLC es un dispositi-vo que realiza determinadas funciones enbase a instrucciones que estn almace-nadas en algn lado. Tambin sabemosque hoy es comn encontrar a micropro-cesadores que cumplen la funcin deguardar datos, recibir otros desde las en-tradas, procesar estas seales en funcindel programa (datos guardados) y arrojar

un resultado conforme con todo el proce-so y todo esto en forma automtica. Enesta nota veremos cmo es la lgica defuncionamiento de un PLC realizando unaanaloga con sistemas a rels y qu ele-mentos deben ser tenidos en cuenta paraque el autmata cumpla con especifica-ciones estandarizadas.

Por Horacio D. Vallejoe-mail:[email protected]

QU ES UN AUTMATA?

Hemos visto que los PLCsnacieron con la necesidad deemular a dispositivos construi-dos con rels.

El PLC ms elemental esquiz una compuerta AND co-mo la de la figura 1. En este casose tienen dos contactos que alaccionarlos en forma simultneaharn que se accione el rel desalida que comanda a algn sis-tema. Aqu la condicin es quelos dos contactos de entrada de-ban estar presionados en forma

simultnea, el programa diceque solo se activar el sistema sipresiono los contactos A y B si-multneamente.

Aunque parezca muy elemen-tal, es un caso tpico en que lasalida responde a una determina-da condicin. Es decir, si se pre-siona uno o el otro, entonces nopasa nada, precisamos que se ac-tiven ambos contactos para ha-cer accionar el sistema.

En la figura 2 tenemos unnuevo PLC elemental. Se tratade un circuito con memoria queposee dos entradas y una salida.

En este caso, basta con que seactive al menos una entrada paraque la salida ponga en marcha alsistema y, una vez que el sistemase ha activado, por ms que dejede presionar el pulsador de en-trada, la salida no cambiar deestado gracias a la accin delcontacto del rel de salida que lomantiene activado.

Se trata de una compuertaOR con memoria.

Ahora bien, hasta ahora estoparece muy fcil e incluso, debe-ra ser entendible por cualquierelectricista, sin embargo, nor-

malmente esto no es as ya quelos tcnicos poseen en una exce-siva especializacin que les impi-de abordar temas multidiscipli-narios del control automtico(mecnica hidrulica, neumtica,electromecnica, electrnica,matemticas superiores, conoci-mientos sobre el proceso en par-ticular a controlar papel, trata-miento de efluentes, etc.), a me-nos que reciban una formacinespecial.

Adems, el PLC requiere al-gunos conocimientos bsicos enelectrnica y el lenguaje requierehabilidad para la lectura de lgi-ca de contactos con el cual estnprogramados; y no poseen en ge-neral una formacin para manejode conceptos abstractos.

Las ventajas de los PLC res-pecto de los rels son las siguien-tes:

1) Tamao reducido2) Confiabilidad3) Fcil de reemplazar4) Fcil de programar5) Costo reducido

6) Fcil monitoreo de seales,tanto de entrada como de salida

7) Mantenimiento reducido8) Mnimo tiempo muerto

QU SE CONSIGUE CONESTAS VENTAJAS?

A los fines de dar un ejemplo,digamos que un PLC de 10 x 7

x 5 centmetros contiene el equi-valente a 16 "rels" de entrada, 8rels reales de salida, ms de 100rels ficticios internos (1 bit cadauno), 20 temporizadores ti-mers, o contadores , progra-madores de tambor de 16 bits,etc.

Los contactos de cada relficticio pueden utilizarse indefi-nidamente, por ejemplo hastacompletar la memoria de progra-ma, (ms de 500 veces). Encuanto a la confiabilidad, comolos PLC se fabrican en series, sepuede depurar la calidad del di-seo colocando gabinetes ade-cuados, borneras y conectoresadaptados a la necesidad indus-trial, etc.

Por otra parte, existen much-simos equipos similares comer-ciales, que con slo cargar elmismo programa guardado enun "disquette", funciona exacta-mente igual que el original.Tambin, como son equipos nor-malizados internacionalmente, seasegura continuidad en el tiempoy en cualquier parte del planeta.

100 Saber Electr nica N 168

Curso de PLC s

Figura 1

Figura 2

Durante la "puesta en marcha",casi siempre hace falta corregirla lgica, en estos casos intervie-ne slo el experto que opera so-bre el medio para programaciny no necesita generalmente hacercambios en cableado, como suce-de con las lgicas a rels. Esto, asu vez, reduce costos ya que eldesarrollo de la aplicacin re-quiere un experto, pero en lassucesivas mquinas se ahorra to-do el cableado de la lgica a re-ls, pues basta con cargar el pro-grama adecuado.

Otra ventaja que hemos enu-merado se refiere a que no es ne-cesario tener tiempos muertosde parada prolongados ya que sies preciso un mantenimiento, s-te normalmente ser un testeointerno, un cambio de programa,mejor adaptacin de los recursos,etc. No es preciso cambiar unrel porque se gastaron sus con-tactos.

Para el cambio de programapor preelaboracin, ste se pue-de estudiar y corregir mientras elPLC est corriendo el programaanterior (la mquina funcionan-do). El nuevo programa se guar-da en la PC, y se carga en unosminutos.

Si la nueva versin no funcio-na mejor, se para la mquina y serecarga el programa anterior enpoco tiempo.

Note que este trabajo de car-ga de programas es mucho msrpido y sencillo que el cableadoentre rels

En cuanto a la verificacin delos estados del sistema duranteun determinado proceso, diga-mos que todos los PLCs poseenLEDs para indicar los estadosde las entradas y salidas, no serequiere multmetro, ni punta

lgica y mediante un control deacceso por PC, se pueden saberlos estados de los rels internos yvalores acumulados como tiem-pos o cantidades (esto puedeapreciarlo mejor en el Artculode Tapa de esta edicin). El PLCtambin puede ejecutar una tareamucho ms rpido que una lgi-ca implementada con rels y estose entiende si pensamos que enlas lgicas a rel electromecni-cos, en un grupo de contactosNA de un mismo rel, "NOTODOS ABREN Y CIERRANAL MISMO TIEMPO", esto esconocido como "aleatorios deunos y ceros". Si cableo un NAen paralelo con un NC del mis-mo rel, el circuito no deberaabrirse, pero en la realidad elec-tromecnica puede abrirse; estovirtualmente no sucedera en unPLC ya que los tiempos de pro-pagacin en los distintos estadoses el mismo. Del mismo modo sicoloco un NA en serie con unNC del mismo rel, idealmenteel circuito no debera cerrarse,pero en la realidad se puede ce-rrar.

DESVENTAJA DEL PLC RESPECTO DE LA LGICA A RELS

Aqu tengo un gran proble-ma

Siendo poco catedrtico, diraque la nica desventaja que leveo al PLC respecto de un siste-ma automtico con rel es que alos primeros debo saber reparar-los cuando fallan, precisandopersonal especializado, mientrasque cuando hay problemas conun rel un buen electricista pue-de solucionarlo (en la jerga tc-nica, muchas veces decimos lo

atamos con alambres para que si-ga funcionando).

Es evidente que tambin de-bemos realizar comparacionesentre un PLC y un automatismorealizado con lgica digitalCMOS o con un microcontrola-dor, pero de esto nos ocupare-mos en la prxima edicin, ahoraavanzaremos en los estndar in-ternacionales.

EL ESTNDAR IEC 1131-3

La complejidad cada vez ma-yor en la programacin de losautmatas programables requierems que nunca de la estandariza-cin de la misma. El IEC definiel estndar 1131-3 (IEC 65) parala programacin de PLC's queha alcanzado el estado de Estn-dar Internacional en Agosto de1992. Los lenguajes grficos ytextuales definidos en el estndarconstituyen una base para entor-nos de programacin potentes enPLC's.

Con la idea de hacer el estn-dar adecuado para un gran n-mero de aplicaciones, se norma-lizaron cinco tipos lenguajes:

Diagrama de contactos.Diagrama de flujo. Grfico secuencial de funcio-

nes (grafcet). Lista de instrucciones (LDI o

AWL). Texto estructurado.

En cuanto a la estructura delos lenguajes, tenemos las si-guientes posibilidades:

Diagrama de contactos (LD)El diagrama de contactos

(ladder diagram LD) es un len-

Leccin N 2: Lgica del PLC y Estndar Internacional


guaje que utiliza un juego estan-darizado de smbolos de progra-macin. El estndar prevee unnmero reducido de smbolos.

Diagrama de funciones (FBD)El diagrama de funciones

(function block diagram o FBD)es un lenguaje grfico que per-mite programar elementos queaparecen como bloques para sercableados entre s de forma an-loga al esquema de un circuito.FBD es adecuado para muchasaplicaciones que involucren elflujo de informacin o datos en-tre componentes de control.

Texto estructurado (ST)El texto estructurado (struc-

tured text o ST) esun lenguaje de altonivel estructuradopor bloques que po-see una sintaxis pare-cida al PASCAL.Puede ser empleadopara realizar senten-cias complejas quemanejen variablescon un amplio rangode datos, incluyendovalores analgicos ydigitales. Tambin seespecifican los tiposde datos para el ma-nejo de horas, fechasy temporizaciones.

Grfico secuencial de funciones (SFC)El grfico secuencialde funciones (SFC oGrafcet) es un len-guaje que proporcio-na una representa-cin en forma dediagrama de las se-

cuencias del programa. Soportaselecciones alternativas de se-cuencias y secuencias paralelas.Los elementos bsicos del len-guaje son pasos y transiciones.Los pasos consisten de piezas deprograma que son inhibidas has-ta que se conoce una condicinespecificada por las transiciones.Como consecuencia de que lasaplicaciones industriales funcio-nan en forma de pasos, el SFC esla forma lgica de especificar yprogramar el ms alto nivel deun programa para PLC.

Lista de instrucciones (IL)La lista de instrucciones (IL o

AWL) es un lenguaje de bajo ni-vel, similar al lenguaje ensambla-dor. Con IL solo una operacin

es permitida por lnea (ej. alma-cenar un valor en un registro).Este lenguaje es adecuado parapequeas aplicaciones y para op-timizar partes de una aplicacin.

ORGANIZACIN DE TAREAS

El estndar tambin defineuna nueva arquitectura para laorganizacin e interaccin de ta-reas con PLC's. Una tarea con-trola la ejecucin de un progra-ma ejecutndolo peridicamenteo en respuesta a un evento espe-cfico. Para optimizar los recur-sos del controlador, se puedefragmentar una aplicacin en pe-queos programas concretos.Cada programa est bajo el con-trol de una tarea que se ejecuta ala velocidad que requiera la E/Sasociada.

BLOQUES DE FUNCIONES

Los bloques de funciones(FB's) son bloques estndar queejecutan algoritmos como regu-ladores PID. El estndar IECasegura que los FB's son defini-dos empleando una metodologaestndar. Hay controles em-pleando parmetros externos,mientras que los algoritmos in-ternos permanecen ocultos em-pleando Programacin Orienta-da a Objetos.

Lo dado hasta aqu es slouna gua para que Ud. com-prenda que un PLC comercialdebe reunir ciertos requisitos yque a la hora de disear un au-tmata, si ser para uso indus-trial, tendr que preveer las es-pecificaciones enmarcadas en elestndar IEC1131-3.


Curso de PLC sNuevo!!!Electrnica Audiovisual

Se compone de:1 Video de Electrnica General

1 Video de Smbolos Electrnicos1 Video sobre Transistores

1 Video sobre Circuitos Integrados4 Manuales del Mundo de la Electrnica

1 Manual Multimedia de 150 Circuitos Prcticos enDisquete

Todopor slo $50

Ideal para Estudiantes y Hobbistas4 Videos + 4 Manuales a todo color + 150 Circuitos por slo: $50

Pdalos en Editorial Quark, Herrera 761, Capital o enve un giro postal(cmprelo en el correo) o bancario a nombre de Editorial Quark SRL

por el valor de su pedido; agregue $5 por gastos de envo. No se olvi-de de detallar todos sus datos para que podamos remitirle el pedido.

PLCLECCIN N3:

COMPARACIN DEL P LC CON OTRAS TECNOLOGASY COMPONENTES DEL P LC



En la leccin anterior comenzamosa describir las ventajas y desven-tajas de un autmata programa-ble, comparndolo con otras tecnolo-gas, sin embargo, no evaluamos lasdiferencias conceptuales con lgicaCMOS o con los clsicos microcon-

troladores, por ello, veremos a conti-nuacin algunos de estos aspectospara poder describir los elementoscomponentes de un PLC.


PLC VERSUS CMOS

Cuando se disea un sistemaCMOS, normalmente se lo hacepara una determinada aplica-cin, es decir, no podemos tenerun componente a medida. Es-to muchas veces obliga a no uti-lizar componentes demasiadoespecficos, ya que stos puedenquedar en desuso y cuando selos debe reemplazar porqueexiste algn problema, nos enc-ontramos con una tarea dema-siado difcil. Por otra parte, sibien un sistema con lgica aCMOS se puede desarrollar so-bre cualquier elemento (placa

de circuito impreso, protoboard,montaje araa, etc.) los cambios"no siempre" se completan al100%; y los cambios finales, porley de Murphy, aparecen des-pus de terminado el circuitoimpreso. El costo del rediseo yel tiempo necesario para la re-construccin son los dos puntos"graves" que tiene en contra latecnologa CMOS, respecto deun PLC.

Ahora bien, cualquier siste-ma CMOS es rpido, muchoms rpido que el ms rpido delos PLC. La respuesta de unPLC puede ser a veces de 1s(los PLCs modernos trabajan en

el modo "interrupcin" lo quepermite acelerar la respuesta),en cambio con la lgica conCMOS an la ms lenta se lo-gran tiempos de solo 0,1S; y lams rpida: lnea 74HC, empleasolo 0,02S.

PLC VERSUSMICROCONTROLADOR

En realidad, como ya hemosdicho en otras oportunidades,con un microcontrolador puedoconstruir un PLC, pero de pors slo, un micro dista mucho deser un autmata.

En general, un autmataconstruido en base a estndaresinternacionales, se puede reem-plazar en el tiempo, mientrasque se debe conocer muy bienal micro para reemplazarlo porotro de una familia distinta. Porotra parte si el equipo con mi-crocomputador no est predesa-rrollado o no se amortiza engran cantidad, el costo de desa-rrollo es alto. Otra desventaja esque el programa en lenguaje en-samblador no es comprensiblepor los electricistas de planta, yno puede ser discutido o anali-zado por ellos en caso de falla.La dependencia del experto pro-gamador en lenguaje ensambla-dor es muy grande.

Sin embargo, hay que reco-nocer que es mucho ms fcilprogramar un micro que un au-tmata porque a estos ltimosse los debe programar en len-guaje de contactos.

Pero hay ciertas aplicacionesen las que los micro especfi-cos superan a los PLC:

En el caso de ascensores, conequipos programables con mi-croprocesadoren "macroas-sembler", paraaplicaciones enedificios cuyospasillos poseendos o ms equi-pos (elevado-res), que debentrabajar coordi-nadamente, pa-ra optimizar elservicio, redu-ciendo el tiem-po de espera yel viaje intil

del pasajero, debido a un pro-grama muy bien elaborado.

Otro caso particular son loscontroles numricos computa-dos en los que se emplea unmixer entre una interface in-dustrial y programas similares al"AutoCAD". En estos casos, elequipo tiene suficiente inteli-gencia como para hacer el me-canizado a mitad de camino, pe-dir al operador que verifiqueuna determinada magnitud, y apartir de ese dato evaluar el des-gaste de la herramienta para co-rregir su maniobra y as obtenerla pieza con la medida exacta.

En casos como stos, losequipos muy especficos se im-ponen sobre el PLC.

Componentes de un PLC

Los equipos que respondenal concepto de Autmata Pro-gramabe Industrial, se presentanen diversas formas de construc-cin fsica y organizacin inter-na, pero en todas ellas se distin-guen dos grandes grupos de

componentes: la Unidad Cen-tral de Proceso (CPU), y el Sis-tema de Entradas/Salidas (E/S).Estos elementos se complemen-tan con el conjunto de equiposde programacin y perifricos.

La Unidad Central de Proce-so de un Autmata se componede dos componentes principalesque son el microprocesador y lamemoria. La forma constructivacon que se presentan las CPUvara desde un mdulo nico(incluye procesador y memoria),pasando por un mdulo proce-sador y un mdulo de memoria,hasta un formato de rack o ar-mario. En algunos modelos launidad incorpora la fuente dealimentacin, y en los ms pe-queos se incluye tambin partedel sistema de E/S.

La Unidad Central de Proce-so es el corazn del PLC, puesrealiza todas las tareas de con-trol, tanto en lo que se refiere aadquisicin de informacin ycontrol de los accionadores delproceso a controlar, como en loque se refiere a funciones inter-nas de vigilancia del adecuadofuncionamiento de los compo-


Curso de PLC s

Figura 1

nentes del equipo. En las tareasque realiza la CPU tiene lugarun intercambio continuo de in-formacin entre los distintoscomponentes de la misma.

El procesador es el encarcar-gado de la adquisicin y actuali-zacin de los estados de las en-tradas y salidas, en base a la in-terpretacin de las instruccionesde la memoria de programa, ode usuario, y teniendo en cuentafunciones internas.

La memoria almacena lasinstrucciones del programa, es-tados de E/S estados internos ydatos.

En la figura 1 tenemos el dia-grama en bloques de un aut-mata programable. En dicho es-quema la Interconexin deE/S establece la comunicacinefectiva entre la Unidad Centraly el Sistema de E/S, mientrasque la Interconexin a perifri-cos establece la comunicacinefectiva entre la Unidad Centraly los equipos perifricos de pro-gramacin.

Generalmente, al procesadorlo constituyen una o varias pla-

cas de circuito impreso, en don-de alrededor de un microproce-sador se agrupan una serie decircuitos integrados (chips),principalmente memorias. Enesas memorias el fabricante hagrabado una serie de programasejecutivos denominados firm-ware, destinados a que el micro-procesador realice las tareaspropias de procesador del PLC.

Entre las tareas de las que setiene que encargar la CPU seencuentran las siguientes:

- Interpretacin de las ins-trucciones del programa del sis-tema.

- Revisin y actualizacin deestados de las seales de entraday salida.

- Vigilancia y diagnstico delfuncionamiento del sistema.

- Comunicaciones con el ex-terior a travs de perifricos.

En la figura 2 se ilustra unaposible configuracin de unaCPU, en este caso en formatode rack, que incorpora la fuentede alimentacin del sistema.

Se trata de una configuracincon procesador y memoria enun solo mdulo, que adems in-corpora circuitos de intercone-xin a E/S que pueden montarseen el mismo rack.

El procesador dispone de unconmutador/selector del modode trabajo que permite seleccio-nar la actividad del mismo, co-mo por ejemplo:

* Marcha* Parada* Programacin* Emergencia

La CPU posee uno o varioscanales de comunicacin serie, ylos indicadores de diagnsticodel sistema, que permiten la vi-sualizacin del resultado de lasoperaciones de vigilancia delprocesador:

* Memoria* Batera* Funcionamiento OK* Estados I/O

El procesador se comunicacon los distintos componentesde la Unidad Central medianteel bus, o barra de datos, direc-ciones y seales de control (fi-gura 1). Su tarea principal con-siste en la lectura de las instruc-ciones del programa de usuario,o de aplicacin, y su resolucinmediante el empleo de los esta-dos de las entradas y salidas delsistema.

Pero stas no son las nicasfunciones de la CPU, en la pr-xima entrega continuaremosanalizando las tareas de los dis-tintos bloques constituyentes deun PLC.

Leccin N 3: Comparacin entre Tecnologas


Figura 2

PLCLECCIN N4:

EL PROCESADOR Y LA MEMORIA

del Autmata



En la leccin N 3 de este curso co-menzamos a describir los compo-nentes de un autmata progra-mable. De ellos, los ms importantesson los encargados de guardar lainformacin tanto de datos como deprogramas y el encargado de llevar

las tareas en orden, es decir, el proce-sador. Veremos entonces estos doselementos.


EL PROCESADOR

Ya hemos dicho que la Uni-dad Central de Proceso es el co-razn del PLC y hemos descrip-to las tareas que debe realizareste componente. Si bien yamencionamos cules son lasfunciones principales de estebloque, diremos que el proce-sador se comunica con los dis-tintos componentes de la Uni-dad Central mediante el bus, obarra de datos, direcciones y se-ales de control.

Debe leer las instruccionesdel programa ya sea las corres-pondientes al usuario o las de

aplicacin y luego debe ejecutarel programa mediante el empleode los estados de las entradas ysalidas del sistema hasta obtenerlos datos de la resolucin.

Esta tarea se efecta cclica-mente ya que el tratamiento dela informacin se realiza de for-ma secuencial, es decir, instruc-cin por instruccin. Cada ope-racin se realiza en ciclo de

ejecucin del programa (scan)que queda definido por un con-junto de operaciones y un tiem-po de ejecucin o tiempo de ci-clo (scan time). Las operacionesque definen el ciclo de ejecu-cin de un autmata programa-ble se pueden llevar a cabo dedistintas formas.

En la figura 1 vemos una for-ma sencilla en la que se describe

Figura 1

que, en funcin del estado ini-cial de una entrada se realiza eltratamiento de la informacin yse enva una orden a una salida.Ahora bien, para la ejecucindel prximo ciclo, se tiene encuenta el estado que ha adopta-do cada salida para definir elnuevo estado de las entradas.

En las figuras 2 y 3 vemosotras sntesis de ejecucin deoperaciones.

Cabe aclarar entonces, quecuando debamos programar unautmata, encontraremos ins-trucciones que nos permitirn

alterar el ciclo de operacin.Son las instrucciones de "saltocondicional, salto a subrutinas osubprogramas, interrupciones, oactualizacin inmediata de esta-dos de E/S".

Tenga en cuenta que al fina-lizar cada ciclo, el procesadordebe actualizar el estado de lasentradas y salidas y debe atenderlas tareas de diagnstico internoy a las comunicaciones con peri-fricos (con el exterior). En lafigura 4 se ilustra el desarollo deun ciclo de ejecucin tpico deun PLC.

Cada vez que se realizauna puesta en marcha ouna parada del sistema,el procesador debe eje-cutar una serie de se-cuencias, conforme conel programa cargado en

su memoria. Algunas de estassecuencias son las siguientes:

- Primero se energiza alPLC, con lo cual se efectanuna serie de comprobaciones in-ternas, tales como comproba-ciones de la memoria, comuni-caciones correctas entre los com-ponentes, etc.

- Luego se verifica que estcorrecto el programa de aplica-cin.

- Se efecta una comproba-cin de los elementos de E/S pa-ra detectar posibles fallas.

- Tambin se chequea queexista comunicacin entre elPLC y los perifricos.

- Se debe comprobar que to-das las salidas estn desactiva-das.

Una vez que se realizan estas


Curso de PLC s

Figura 3

Figura 2

Figura 3

verificaciones internas se iniciael ciclo de exploracin del pro-grama. Cabe acotar que tambinexisten perodos de inhibicinen el momento de la parada delsistema, ya que en ese caso elprocesador deja de correr elprograma y se ponen a cero to-das las salidas, excepto aquellasvariables internas que han sidoseleccionadas como retentivas.

El tiempo total del ciclo deejecucin est determinado porlos tiempos empleados en lasdistintas operaciones. El tiempodedicado al final del ciclo para laactualizacin de E/S y el auto-diagnstico, suele estar en el or-den de los milisegundos al quehabr que sumar el de atencina las comunicaciones entre peri-fricos.

El tiempo de exploracin delprograma es variable en funcinde la cantidad y tipo de las ins-trucciones, y de la ejecucin desubrutinas o saltos condiciona-les.

El tiempo de ciclo es uno delos parmetros que caracterizana un PLC y se expresa general-mente en milisegundos por cadamil instrucciones (ms/K).

Para reducir los tiempos deejecucin, algunas CPU se cons-truyen alrededor de dos o msprocesadores dedicados a fun-ciones especficas, operacioneslgicas, trabajos especiales, etc.trabajando simultneamente.

Otra variante consiste en laincorporacin de mdulos inte-ligentes dedicados a tareas espe-cficas.

Ahora bien, durante el fun-cionamiento de un autmata,mientras se siguen los pasos es-tablecidos en el programa, se

realizan operaciones de auto-diagnstico, tales como:

- Si el tiempo de ciclo deejecucin supera cierto valor, elprocesador detiene la ejecucindel programa y realiza un che-queo completo de sus circuitospara verificar que no hay pro-blemas.

- Se verifica la memoria deprograma mediante el chequeode la paridad de los cdigos deinstruccin.

- Comprobacin de la opera-tividad del "bus" de E/S; cuan-do el procesador ordena la acti-vacin o desactivacin de unasalida, se comprueba que el m-dulo correspondiente respondeadecuadamente y ejecuta la or-den.

Cualquier problema detecta-do acciona los indicadores de

diagnstico del procesador y segenera un cdigo de error quese almacena en el procesador, yen su caso, dependiendo de laimportancia del fallo, se producela parada total del sistema.

LA MEMORIA

Todo PLC pose una memo-ria organizada en reas de traba-jo especficas, tal como se mues-tra el esquema de la figura 5.Dicha figura indica la organiza-cin tpica de la memoria de unautmata.

La memoria del sistemageneralmente no es accesiblepor el usuario y es en donde sealmacenan los programas ejecu-tivos o "firmware".

Scratch-Pad es una por-cin de memoria donde la infor-macin se almacena en forma

Leccin N 4: El Procesador y la Memoria del Autmata


Figura 5

temporal y es empleado por losprogramas ejecutivos (memoriaintermedia).

En la memoria de datosse almacena informacin del es-tado de las entradas y salidas (va-riables de E/S), los estados inter-nos intermedios originados porla ejecucin del programa (varia-bles internas), y los datos o n-meros a ser considerados pararealizar una operacin (variablesnumricas).

En la memoria de usuarioresiden las instrucciones que de-finen el algoritmo de control.

La memoria est organizadaen palabras y registros, consti-tuidos por palabras de determi-nada cantidad de bits (8, 12, 16 o32), dependiendo del tipo deprocesador que se emplee. Cadauna de las palabras, denominadasregistros, constituye una infor-macin completa que define unainstruccin o un dato numrico,en funcin del rea de memoriaa la que pertenezca.

La cantidad de palabras deque dispone la memoria se ex-presa en kilobytes (1kilobyte =

1kB = 1024 posiciones de me-moria).

En las caractersticas del PLCdebe quedar claramente especifi-cada la cantidad de memoria dis-ponible para el programa deusuario. El rea correspondientea la Memoria Ejecutiva son deslo Lectura, ROM (Read OnlyMemory).

Para las reas de Memoria"scratch-pad", tablas de variablesde entradas y salidas, variablesinternas y registro de datos, seemplean unidades de Memoriade Acceso Aleatorio - RAM(Random Access Memory), porsu facilidad de escritura y borra-do. Cabe aclarar que muchosPLCs emplean otro tipo de me-moria (EEPROM, por ejemplo)para que la informacin conteni-da en ella no se pierda cuando sequita la alimentacin al equipo.

La Memoria de Usuarionormalmente est constituidapor memorias permanentes deltipo EPROM (tambin llamadasUVPROMUltraviolet Reprogra-mable Read Only Memory) conborrado por radiacin ultraviole-

ta o del tipo EEPROM (Electri-cally Erasable Read Only Me-mory) reprogramables elctrica-mente, que tiene la ventaja de noprecisar batera para conservar elprograma pero adolecen de lafalta de flexibilidad de las me-morias RAM.

Cabe aclarar que las instruc-ciones que forman parte del pro-grama que debe ejecutar el aut-mata (el procesador), normal-mente tienen que ver con opera-ciones que deben tener en cuen-ta los estados tanto de las entra-das como de las salidas y comoestos datos normalmente se aso-cian a variables internas o a da-tos que se encuentran en regis-tros, adems del cdigo de ope-racin correspondiente a esa ins-truccin deben llevar asociadaslas direcciones de esas varia-bles.

En la prxima leccin vere-mos la correspondencia entre lasdirecciones de la tabla de entra-das y salidas (en la memoria) ylos bornes del equipo para su co-nexin, esto nos permitir el es-tudio del sistema E/S en sus di-ferentes variantes.


Curso de PLC s

PLCLECCIN N5:

EL SISTEMA D E ENTRADA/ SALIDA

del Autmata



Tal como hemos definido al co-mienzo de esta serie, un autmataprogramable es un sistema quebasa su funcionamiento en el uso decontroladores lgicos programablesque realizan tareas de acuerdo conun programa interno, en funcin dedeterminados estados que se en-cuentran en las entradas, sin descui-dar la informacin de dichas salidas.

De esta manera, la forma en que es-tn definidas tanto las entradas comolas salidas es fundamental para definirel funcionamiento del equipo. En estecaptulo nos ocuparemos del sistemaE/S (entradas y salidas).


Las entradas y las salidas deun PLC son los vnculoscon que se comunican losregistros de datos y las variablesdefinidas en la memoria de unPLC. Las instrucciones que de-be ejecutar la CPU, que se re-fieren a operaciones con estadostanto de las entradas como delas salidas, mediante el uso deregistros de datos y variables in-ternas, adems del cdigo quedefine la operacin a efectuarllevan asociada la direccin deuna variable.

Existe una correspondenciadirecta entre las direcciones dela tabla de E/S grabada en el in-terior del autmata y los bornesde los mdulos o tarjetas de en-tradas y salidas, tal como se ilus-tra en la figura 1. Los fabrican-tes de PLCs comerciales indicancul es la relacin, sealandoqu zonas corresponden a en-tradas y cules a salidas.

Es muy importante tenerpresente esta correspondenciaentre la tabla de datos de E/S ylos circuitos fsicos del sistema

de E/S, ya que segn como estdefinida ser el tipo de instruc-ciones que deberemos emplearpara la programacin; ya que alleer las instrucciones, el proce-sador acude a las direcciones dela tabla de E/S para tomar el es-tado de las variables asociadas alcdigo de operacin (operan-dos).

El estado de las variables sealmacena en la memoria de da-tos como "1" (activado/ON)cuando existe un nivel de ten-sin en el borne del circuito de

entrada, y como "0" (desactiva-do/OFF) cuando no hay ten-sin.

Vea en la figura 1 que en lasentradas asignadas al registro n,el valor del bit 12 correspondera 1 cuando se cierre el contac-to del contacto conectado alborne 12 del mdulo de entra-das (tambin llamado dispositivode campo en distintos pases delcontinente), y por tanto se apli-que tensin al mismo, del mis-mo modo, para las salidas asig-nadas al registro m, cuando elvalor del bit 5 sea 1 se activarel circuito correspondiente alborne 5 del mdulo de salidas ypor tanto se energizar el dispo-sitivo de salida asociado a eseterminal.

Normalmente se estableceque el procesador vigila el esta-do activado (ON) de las varia-bles. Si se especifica la funcininversa o como elemento de lavariable, el procesador examina-

r el estado desactivado (OFF)de la variable.

Para entender lo que estamosdiciendo, vea el dibujo de la fi-gura 2.

Sea el estado de una salida Yque corresponde a la ecuacinlgica:

Y = X1 (negado)

La salida Y est activada, ya

que al espe-cificar lafuncin in-versa, el pro-cesador exa-mina el esta-do desactiva-do de la va-riable asocia-da a la fun-cin (X1)que se cum-ple en dichasituacin dereposo.Cuando seaccione elinterruptorS1, se activa-r el circuitode entrada

(ON) tomando el valor 1 la va-riable X1 con lo que dejar decumplirse la condicin de exa-men programada (NO X1) y enconsecuencia se desactiva la sali-da al tomar Y el valor 0.

El lector puede deducir en-tonces, que el control de unproceso manejado por un aut-mata se basa en un continuo in-tercambio de informacin entreel equipo de control y dicho


Curso de PLC s

Figura 2

Figura 1

proceso. La informacin que serecoge del entorno recibe elnombre genrico de Entrada yllega al PLC por medio del sis-tema de ENTRADAS, mientrasque las acciones de control so-bre el proceso se denominan Sa-lida y se acciona mediantelas SALIDAS.

Los dispositivos de en-trada corresponden a unamplio conjunto de elemen-tos como, interruptores co-munes o tipo final de carre-ra, pulsadores, reostatos, pi-rmetros, detectores de hu-mo, detectores de posicin,sensores, etc., mientras quelos dispositivos de salida seencargan de energizar a losdispositivos constituyentesdel sistema de control y co-rresponden a rels, triacs,optoacopladores, electrovl-vulas, etc.

El Sistema de E/S de unAutmata Programable co-mercial o industrial est for-mado por un conjunto demdulos (rack) que tiene

las siguientes funciones:

1) Preparar los datos suminis-trados por los diferentes sensores deentrada (seales de entrada) a loselementos electrnicos del PLC.

2) Actuar con una debida sepa-racin (buffer) elctrica entre loscircuitos lgicos y los circuitos de po-tencia.

3) Identificar, mediante el so-porte fsico del "direccionamiento"la identificacin de los dispositivosde E/S para la correcta ejecucin de

las secuencias de control programa-das.

Los bastidores , o racks, pro-porcionan un soporte mecnicoa los mdulos donde se encuen-tra la denominada "placa base"en la que se encuentran los co-nectores del bus de datos. En lasfiguras 3, 4 y 5 se pueden obser-var diferentes modelos de aut-matas comerciales en los que sepuede apreciar el bastidor o rackde E/S. Note que se pueden ver

Leccin N 5: El Sistema de Entradas/Salidas del PLC


Fig. 3 Fig. 4

Fig. 5

Fig. 6

equipos compactos y equipos enel que el bastidor est separadodel resto del sistema.

Generalmente, los autmataspequeos poseen una configura-cin compacta que incluye laUnidad Central de Proceso yparte del Sistema de E/S en unslo gabinete, que a su vez sonexpandibles mediante unidadescompactas o mdulos de E/S.

SISTEMAS E/S DISCRETOS

La seal de entrada deun PLC puede ser la quesuministra un interruptorOn-Off o diferentes nive-les de tensin suministra-dos por un sensor de tem-peratura, por ejemplo. Lomismo ocurre con las sali-das, es decir, una sealprocedente del PLC puedeser simplemente un estado1 o 0, pero tambin

puede tratarse de unconjunto de bits querepresentan una pala-bra de informacin.Los sistemas discretosde E/S son aquellos enlos que, tanto las en-tradas como las salidas,pueden tener nica-mente dos niveles, esdecir presencia o au-sencia de un nivel detensin, ya sea en cc oca.Los mdulos de entra-das son tarjetas elec-trnicas enchufablesen un rack de E/S queen su parte frontal dis-ponen de una regletade bornes para el co-

nexionado de los dispositivos deentrada, tal como se muestra enla figura 6, y un conjunto deLeds que indican la presencia deseal de entrada.

En la figura 7 se muestra elesquema circuital tpico de loscircuitos de entrada de un m-dulo, en el que se puede obser-var el acoplador ptico que pro-porciona la separacin elctricaentre el circuito lgico y el decampo.

Los mdulos de entrada pue-

den ser de 8, 16, o 32 circuitos,y pueden trabajar con distintosniveles de tensin de trabajo, ta-les como: TTL, 24Vca/cc,48Vca/cc, 110Vca/cc, y 220Vca,etc.

Los mdulos de salidas sontarjetas electrnicas que al igualque las de entrada disponen deuna regleta de bornes enchufa-bles y de indicadores LED parala visualizacin del estado de lasalida. Normalmente incorporanalgn tipo de proteccin de laetapa de potencia, que puede serun circuito de deteccin de so-brecarga o simplemente un fusi-ble. El estado del fusible nor-malmente es indicado por el en-cendido de un Led mediante laconexin de un borne del mdu-lo con un punto comn de lascargas.

Los mdulos de salida pue-den ser de 8, 16, o 32 circuitos,y pueden trabajar con distintosniveles de tensin de trabajo, ta-les como: TTL, 24Vca/cc,48Vca/cc, 110Vca/cc, y 220Vca,etc. Tambin puede ser la activa-cin de un rel o un triac.

La corriente mxima de salidaes variable en funcin del modelodel autmata, pudiendo ser desde0,5A hasta 10A o ms.


Curso de PLC s

Fig. 7

Realmente quiere Aprender Electr nicaAprender Electr nica?

Esta es una nica oportunidad:

Enciclopedia Visual de Electrnica

CONTIENE:1) Enciclopedia de Electrnica a Color en 3 Tomos im-

presos en papel ilustracin a todo color.2) Video Kit de Electrnica con el que aprende esta

materia fcilmente sin cansarse.3) Video Kit de Computacin con el que aprende

computadoras y puede armar sus propios equipos.4) CD Manual de Electrnica 2001 con ms de 1000

pginas de informacin y 300 Montajes de Electrnica.

No lo piense m s, hasta agotar stock (300 unidades), compreeste paquete por s lo $25 si es socio del Club Saber Electr nica($40 si no es socio). En venta nicamente en nuestras oficinas.Tambi n se lo enviamos a su domicilio, pag ndolo cuando recibeesta obra (por contrarreembolso). Para adquirirlo llame al (011)4301-8804 o env e una carta a Herrera 761 (1295), CapitalFederal o escriba un e-mail a: [email protected]

PLCLECCIN N6:

CMO S E REALIZA E L CABLEADO D E LAS ENTRADAS / SALIDAS

del Autmata


Es bien sabido que un autmata vaa realizar una accin (mecnica,neumtica, hidrulica, etc.) apartir de determinadas seales en-contradas en su entrada y de acuerdocon un programa interno. Ya hemosanalizado una correspondencia entrelas tablas internas que definen elcomportamiento de las entradas/sali-das del PLC y comenzamos a analizarlos mdulos discretos. En esta leccin

veremos brevemente qu dicen lasdos normas internacionales que regu-lan el comportamiento de los aut-matas y daremos las caractersticasde los principales sistemas E/S quesuelen emplearse.


www.webelectronica.com.ar

EL CABLEADO EXTERNO DIN

Muchos problemas en insta-laciones industrials se producenen el diseo. Es imprescindibleprestar atencin a la confiabili-dad y facilidad de reparacin,ante eventuales fallas, del ca-bleado de un autmata. Porejemplo, segn sea la normaempleada para el cableado ex-terno del PLC, se deben teneren cuenta las posibles puesta a

masa de los contactos de un re-l o de cualquier elemento decontrol, dado que estaes la falla ms comnque suele presentarseen una instalacin, es-pecialmente cuando setrabaja en ambienteshmedos o de calor ex-cesivo. Si no se siguendeterminadas reglas b-sicas, la incertidumbreque puede generarse a

partir de una falla puede ser tangrande que a veces es hasta im-

Fig. 1


Curso de PLC s

posible reparar el sistema.Por ejemplo, en la figura 1 se

muestra un circuito tpico a re-ls en el cual no est definidaninguna masa (cableado acepta-do por normas ISO), es decir setiene un circuito de masa flo-tante. Si por cualquier motivose pusieran a masa los contactosdel interruptor S4 (figura 2),con el cierre de S3 se activarael rel K2, situacin no deseadaya que dicho rel solo se deberacerrar en el caso en que amboscontactos (S3 y S4 se cerraran).Al intentar verificar la falla, slola encontraramos cuando mi-diramos cada interruptor hastaencontrar uno en corto y si estose produce en un sistema demltiples contactos, podramosdemorar das en encontrar la fa-lla.

En la figura 3 se muestra una

nueva situacinen la que se hadefinido una ma-sa como cone-xin de uno delos bornes delgenerador peroexiste un errorde criterio alconectar los con-tactos del lado demasa. En este ca-

so, si se produce la puesta a ma-sa de S1, el rel se activa aunqueninguno de los dos contactos sehaya cerrado, lo que puede pro-ducir infinidad de inconvenien-tes y hasta accidentes lamenta-bles, dado que alguno de los in-terruptores podra haber sido deseguridad y, al no actuar correc-tamente, un motor se podra po-ner en marcha aunque un ope-rario est trabajando en el siste-ma. Por lo tanto, SIEMPRE,del lado de masa debe ir la bobi-na del rel, segn lo establece lanorma DIN.

En la figura 4 vemos la re-presentacin de un sistema decableado E/S segn la normaDIN. Tenemos un rel de su-pervisin de fuente que se en-cuentra siempre activado mien-tras la fuente no tenga proble-

mas; cuando el circuito poseeinconvenientes, salta el fusible yse corta el suministro. Un relde seguridad dejar activar alsistema de salida siempre que secumplan las condiciones de se-guridad que en nuestro esquemaestn representadas por un inte-rruptor de tal forma que en es-tas condiciones, cada vez que seacciona el interruptor de puestaen marcha (el autmata autom-ticamente puede realizar estafuncin) se permitir, por ejem-plo, el encendido de un motor.

Segn esta norma, si se ponea masa la bobina del rel demarcha, cuando ste se excitesaltar el fusible (figura 5).

Si se abre el cable del rel desupervisin, no habr tensin yla falla ser fcil de localizar. Sihay problemas con los sensoresde alarma tambin podremosdetectar la falla sin problemas,por ejemplo, si se pone un con-tacto a masa, saltar el fusible y,midiendo con el tster encon-traremos rpido el desperfecto.

En definitiva, un anlisis por-menorizado nos permitir com-prender que cualquier falla serfcil de localizar. Esto significaque al realizar el cableado de unsistema E/S, siempre las bobinas


Curso de PLC s

Figura 4

Figura 2

Fig. 3


de rel deber tener un contactode referencia a masa y que todoslos circuitos de seguridad debe-rn tener corriente en condicio-nes normales de funcionamientopara que el sistema haga saltarel fusible en caso de algunapuesta a masa involuntaria.

Ahora bien, analizando elcircuito de la figura 4, vemosque sera posible detectar dndese produjo falla a masa, realiza-ndo un reestablecimiento gra-dual del sistema (es decir, unavez apagado el autmata, sepueden colocar las fusibles y serealiza una puesta en marchagradual; hasta que vuelva a sal-tar y as aislar el circuitoque presenta inconvenien-tes).

Cuando se realiza el ca-bleado de un sistema, nor-malmente se deben poderabrir todos los interrupto-res de seguridad de modoque al energizar el sistemase puedan ir cerrando uno auno hasta detectar la falla.

Se deduce entonces quees aconsejable agrupar con-tactos por elementos deproteccin (5 elementos porfusible, por ejemplo) paraminimizar el tiempo de

reestablecimiento cuando seproduzca una falla.

Ahora bien, cuando se diseaun sistema es aconsejable quelas protecciones brinden in-formacin sobre su funciona-miento, esto significa que se po-dra incluir un contacto de su-pervisin que signifique una en-trada adicional de supervisindel PLC para que ste sepa quehay inconvenientes.

Este agregado simplifica mu-cho la bsqueda de fallas cuandotenemos un sistema con muchasentradas/salidas y, por lo tanto,gran cantidad de fusibles.

Si cada sensor tiene un con-

tacto de supervisin, entoncespodemos darle al PLC una in-formacin ALFA-NUMERICAde AUTO-DIAGNOSTICO talque en el display del PLC quedeindicada la posicin del fusibleen falla para que sea fcil de lo-calizar (tenga en cuenta que siestoy en una fbrica de grandesdimensiones, por ms que pon-ga un sensor luminoso, el en-contrarlo podra demandarnosun tiempo excesivo).

Ahora bien, es posible quenuestro autmata tenga pocasentradas y yo tenga varios ele-mentos de supervisin o seguri-dad, en ese caso se pueden com-binar los sensores mediante eluso de diodos, tal como semuestra en la figura 6. En estecaso, de producirse una falla, elPLC no sabr discriminar cules el sensor en falla, slo podrsaber cul es la entrada con pro-blemas, salvo que tengamos unsistema de supervisin con mo-dulacin tipo TDM, pero de esetema nos ocuparemos ms ade-lante.

Veamos entonces qu sucede

Leccin N 6: Cmo se Realiza el Cableado del PLC

Fig. 6

Figura 5

cuando en lugar de tener siste-mas DISCRETOS (interrupto-res), nuestro autmata manejaotros tipos de seales.

ENTRADAS/SALIDASNUMRICASLas E/S numricasson un conjunto demdulos que permi-ten adquirir o gene-rar informacin enformato de datos, esdecir, que empleanun registro completode la Memoria deDatos del Autmata.

ENTRADAS/SALIDASANALGICASSon mdulos destina-dos a la conversin deuna tensin o co-rriente correspon-diente a la medida deuna temperatura o de

una presin, que vara en eltiempo (convierten en electrici-dad variaciones de otro tipo demagnitud).

En general la conversin sehace a un cdigo binario de 11 a12 bits, al que corresponde unvalor numrico, o bien desde elvalor numrico al cdigo bina-rio.

En un mdulo de entradasanalgicas normalmente hay unslo conversor analgico/digital(A/D), y las magnitudes de en-trada son multiplexadas para suconversin.

Los mdulos suelen estarcontrolados por su propio mi-croprocesador, tal como pode-mos ver en la figura 7.

Los fabricantes ofrecen dis-tintas ejecuciones de los mdu-los, pero las ms empleadascorresponden a 4, 8, o 16 cana-les analgicos para las entradas,y cuatro canales para las salidas(que incorporan un conversordigital/analgico por cada canal).

Las bandas de trabajo que


Curso de PLC s

Fig. 7

Realmente quiere Aprender Electr nicaAprender Electr nica?

Esta es una nica oportunidad:

Enciclopedia Visual de Electrnica

CONTIENE:1) Enciclopedia de Electrnica a Color en 3 Tomos im-

presos en papel ilustracin a todo color.2) Video Kit de Electrnica con el que aprende esta ma-

teria fcilmente sin cansarse.3) Video Kit de Computacin con el que aprende com-

putadoras y puede armar sus propios equipos.4) CD Manual de Electrnica 2001 con ms de 1000

pginas de informacin y 300 Montajes de Electrnica.

No lo piense m s, hasta agotar stock (300 unidades), compre estepaquete por s lo $25 si es socio del Club Saber Electr nica ($40si no es socio). En venta nicamente en nuestras oficinas. Tambi nse lo enviamos a su domicilio, pag ndolo cuando recibe esta obra(por contrarreembolso). Para adquirirlo llame al (011) 4301-8804 oenv e una carta a Herrera 761 (1295), Capital Federal o escriba une-mail a: [email protected]

permiten estos sistemas son losusuales en instrumentacin.

ENTRADAS/SALIDAS DECDIGOS NUMRICOSPara la adquisicin de datos

proporcionados a travs de codi-ficadores rotativos (Thumbw-heel Switches) o instrumentoselectrnicos digitales, y para ge-nerar informacin numrica adispositivos visualizadores (dis-play de 7 segmentos) y otrosequipos electrnicos, los fabri-cantes ofrecen mdulos de E/Snumrica generalmente para elcdigo BCD (tambin Gray ocomplemento a 9). Estos mdu-los son multiplexados (figura 8).El mdulo adquiere la informa-cin de cada uno de los datos yla transfiere a los registros de lamemoria de datos del procesa-dor en forma secuencial a unafrecuencia que puede ser de100Hz.

Ahora bien, las E/S discretasy numricas permiten el empleodel PLC en un amplio campo deaplicaciones, pero algunas de s-

tas requieren ciertas funcionesespeciales, que si bien podranrealizarse con los elementos co-mentados, exigiran un empleoexcesivo, tanto de material comode instrucciones de programa.

Para la resolucin deestas funciones espe-ciales los fabricantesofrecen una serie demdulos "inteligen-tes con los que se re-duce la cantidad decomponentes del equi-po y se descarga el tra-bajo del procesador delPLC.En el caso particularde termopares trans-ductores de tempera-tura, algunos fabrican-tes ofrecen mdulosque aceptan directa-mente la seal dbil

(del orden de milivoltios) y ope-ran como si se tratara de entra-das analgicas. La figura 9muestra la forma en que se co-nectan los termopares a uno deesos mdulos.

Leccin N 6: Cmo se Realiza el Cableado del PLC


Figura 8

Figura 9

PLCLECCIN N7:

MDULO S ESPECIALES D E CONEXINPARA E L AUTMATA



En lecciones anteriores vimos c-mo es el sistema de entradas/sali-das de un autmata clsico y di-mos detalles de la forma en que sedebe realizar el cableado. Sin embar-go, el lector debe tener en cuentaque muchas veces el PLC debe con-trolar mdulos especiales como ser-vos, motores paso a paso, controlesproporcionales, etc.

En este captulo describiremos algu-nos de estos sistemas y veremos algu-nos aspectos a tener en cuenta sobrelas entradas en funcin de la tecnolo-ga empleada.

Por Horacio D. Vallejoe-mail: [email protected]


Mdulos Especiales

El control de un motor pasoa paso, el gobierno de un servoo el control de un proceso re-quiere del uso de mdulos espe-cficos que en la industria suelenvenderse para su uso en aut-matas.

El mdulo de control de unmotor paso a paso genera lostrenes de impulsos necesariospara el control del motor, a tra-

vs de un amplificador (driver).Este tipo de mdulo acepta da-tos desde el programa de con-trol que especifican la posicin,el sentido, la aceleracin y ladesaceleracin del movimientodel equipo. En la figura 1 semuestra un diagrama en bloquesde este sistema de control enforma simplificada.

Generalmente disponen deentradas de control manual delmovimiento para efectuar el po-

sicionado en las condiciones ini-ciales.

Un mdulo de servo controlpermite el control de posiciona-miento en un eje (o de variosejes), proporcionando tiemposcortos de posicionado, alta pre-cisin, buena fiabilidad y altarepetibilidad. Resultan una al-ternativa econmica al empleodel control numrico en peque-as aplicaciones que no requie-ren gran precisin, como m-

Curso de PLC s

quinas, herramientas, sis-temas de embalaje, etc.Los fabricantes de estosmdulos suelen dar deta-lles de conexionado que,en general, siguen linea-mientos bsicos.

Por otra parte, en apli-caciones de control deproceso en las que se re-quiere una alta precisinen el control de una fun-cin de regulacin, se hacenecesario la aplicacin deun Control Proporcional,Integral y Derivativo, deforma que la variable deproceso se mantenga loms ajustada posible alpunto de consigna, o a losdistintos puntos de consig-na que se establezcan a lolargo de la evolucin delproceso. Las desviaciones

de la variable de proceso respec-to del punto de consigna, pue-den producir una reduccin dela calidad del producto obtenidoadems de provocar la prdidade control del sistema. En la fi-gura 2 se puede ver el diagramaen bloques de un mdulo decontrol proporcional integral yderivativo donde la variable quepone en marcha el proceso seobtiene a travs de una entradaanalgica y despus de ser trata-da se compara con el valor dereferencia. La seal de error re-sultante (desviacin respecto alpunto de consigna), se procesa atravs de las componentes delmdulo, y los resultados se su-man para obtener la variable decontrol, que se aplica sobre elsistema para anular el error.

Como hemos supuesto unavariable analgica, note la forma


Curso de PLC s

Figura 2

Figura 1

en que se realiza el conexionadoentre el autmata y el mdulode control que incorpora unaentrada y una salida analgicacorrespondiente a la variable deproceso y a la variable de con-trol. Adems el sistema incorpo-ra una estacin de control ma-nual de la variable de control, deforma que el operador pueda ac-tuar a voluntad sobre el proceso.

Otra forma de ejecucin delcontrol PID es mediante el em-pleo de Unidades de Control deProceso independientes, que seconectan a la Unidad Centraldel Autmata mediante un enla-ce de comunicaciones como seindica en la parte inferior de lafigura.

El tcnico de procesos pro-gramar los parmetros de con-trol necesarios para la ecuacinde regulacin, y el mdulo pro-porcional, integral y derivativorealizar todos los clculos sinrecurrir a programas residentesen el PLC.

Tenga en cuenta que en todocaso dependemos de la forma enque el fabricante ha armado suequipo. Por eso, las posibilida-des de comunicacin de un au-tmata dependen del intercam-bio de informacin entre distin-tos proce-sadores deun mismofabricanteo con ter-minales in-teligentescapaces degenerar elmismoprotocoloque ellosutilizan.

Para permitir el intercambio dedatos con perifricos no inteli-gentes, los fabricantes ofrecenlos mdulos ASCII, con uno oms canales de comunicacin,configurables en cuanto a la ve-locidad de transmisin, estructu-ra de la informacin, y cdigosde control o protocolo. De estetema nos ocuparemos ms ade-lante pero da la sensacin quecada vez que debo tomar un da-to por medio de un sensor, stese limita a brindar una informa-cin binaria, por eso nos pre-guntamos: es lo mismo que se em-plee un circuito TTL u otro CMOSpara comunicar a los diversos blo-ques controladores conectados a laentrada y la salida de un PLC?.

A continuacin haremos unabreve comparacin entre tecno-logas.

Las Diferentes Tecnologas Empleadas para las Entradas del Autmata

Las seales binarias, son lasms utilizadas por la mayora delos sensores, que son las termi-nales nerviosas de un PLC. Co-nocer sus limitaciones y la formade solucionarlas, ayudar a dar

confiabilidad a la instalacin delautmata. En la figura 1 pode-mos observar las caractersticasprincipales de las distintas tec-nologas empleadas para la cons-truccin de circuitos integrados.

Cuando mayor es la frecuen-cia de trabajo, ms angosto pue-de ser el pulso que perturbe elfuncionamiento; por eso la tec-nologa ECL ( Emitter CoupledLogic, acoplamiento lgico poremisor ) que es muy rpida, estambin muy susceptible al rui-do razn por la cual no se em-plea en aplicaciones industrialesy, por ello, no aparece en la ta-bla 1.

Se debe comparar la "suscep-tibilidad" al ruido, note en la ta-bla que es decreciente (de iz-quierda a derecha), es decir, elmenor riesgo de que un estadolgico sea considerado errneo(que un 0 sea interpretado co-mo 1 y biceversa) en una me-moria, por una perturbacinelctrica externa se obtiene parala familia CMOS, que es muylenta.

Tenga en cuenta que en unequipo digital, una perturbacino ruido puede producir cambiosindeseados en los estados de sumemoria.

Leccin N 7: Mdulos Especiales de Conexin


Tabla 1

En un PLC con microproce-sador, la forma en que ste va aoperar depende del estado de lasentradas y del paso de programaque est ejecutando, luego si enuna memoria guard un datoerrneo como consecuencia deun ruido indeseado, entonces to-do el proceso que sigue estarequivocado.

Muchas veces esta alteracinen el programa, puede interpre-tarse errneamente como el co-mienzo de una instruccin, den-tro de una instruccin real dedos o ms bytes; y puede ser,que no llegue a "encarrilarse" ja-ms; a no ser por la accin del"watch dog" (perro guardin),ste espera un "estmulo" de

parte del micro y si no lo re-cibe enva un pulso de "re-set" sobre el micro indicandoque algo no anda bien. Peroeste proceso slo cubre eldescarrilamiento del progra-ma y no la alteracin de lasvariables, por ello debemossaber cmo se realiza la pro-gramacin de un PLC, paraluego explicar cmo se re-suelve el problema.Como el sistema menos rui-doso es aquel que emplea l-gica CMOS, en la figura 3vemos un circuito con entra-da directa a la compuerta deun PLC que emplea un con-ductor comn conectado amasa. Podramos decir que es elsistema menos ruidoso. Aho-ra bien, si a la entrada delequipo se conecta el sensorpor medio de un atenuadorque lleve la tensin del sen-sor a los 24V requeridos porel PLC y un filtro para evitarseales espreas, como semuestra en la figura 4, el sis-tema es algo ms vulnerableal ruido. Note que continuamos te-niendo un conductor comnde tierra.La figura 5 muestra una al-ternativa conocida comoaislacin galvnica que em-

plea un optoacoplador para co-nectar al sensor con la compuer-ta de entrada del PLC.

Este circuito posee mayorsusceptibilidad al ruido que losanteriores.

En la prxima edicin vere-mos detalles de cmo el ruidopuede interferir con el funciona-miento del autmata.


Curso de PLC s

Fig. 3

Fig. 4

Fig. 5

PLCLECCIN N8:

CIRCUITO UNIVERSAL PARA LAS

ENTRADAS DE LOS AUTMATAS

Saber Electrnica N 175

CURSO DE AUTMATAS PROGRAMABLES

Tal como hemos visto en leccio-nes anteriores, los PLC comer-ciales pueden operar con en-tradas y salidas tanto analgicascomo digitales, empleando dife-rentes tecnologas; sin embargo,existen configuraciones tpicas alas que el tcnico puede recurrir

en ms de una oportunidad. En es-ta seccin veremos circuitos paracorriente continua y corriente al-terna.

Por Horacio D. Vallejoe-mail: [email protected]


INTRODUCCIN

Un PLC precisa de sensoresque determinen estados en susentradas para que pueda proce-sar la informacin y activar lassalidas correspondientes. Ahorabien, entre las entradas propia-mente dichas del PLC y los sen-sores, pueden haber circuitosque acten de interfases, de mo-do que un problema en una en-trada no ponga en riesgo la vidadel autmata. Estas interfases

pueden alimentarse con tensio-nes de corriente continua o co-rriente alterna, por lo cual dare-mos sugerencias para ambos ca-sos.

CIRCUITO DE ENTRADA PARACORRIENTE CONTINUA

Vimos que los autmatas ge-neralmente disponen de tensio-nes de 5V, 12V y 24V para ali-mentar a sus perifricos. Si bien

en las entradas podemos tenerdiferentes circuitos, una buenasolucin para esquemas de co-rriente continua con una ali-mentacin de 24V es la mostra-da en la figura 1.

En todos los autmatas sen-cillos la fuente conmutada gene-ral que opera desde la lnea de220V entrega una salida de 24Vpara "auto-alimentar" los circui-tos de entrada; de modo que noes necesario armar una fuente

Curso de PLCs

externa, de ah que el sistema sesimplifica.

En el esquema, la resistenciaR EXT es generalmente de2200 (2k2), lo que por ley deOhm nos da una corriente deunos 10mA (descontando apro-ximadamente 1V de cada en elopto-acoplador y 1V en bornesdel Led indicador de encendi-do). Esta corriente es el 50% delvalor mximo que puede circularpor un opto-acoplador clsico ytambin por el LED, coinci-diendo con el criterio recomen-dado por IEEE. (Comit Inter-nacional de Ingenieros Electr-nicos y Elctricos) para lograrmxima confiabilidad en el dise-o del aparato.

R EXT junto con el capacitorC EXT forman un filtro pasabajoscon una frecuencia de corte de1kHz que se encarga de eliminarla posibilidad de disparo porseales espurias. Tenga en cuen-ta que si vamos a considerareventos muy rpidos, no podre-mos utilizar este filtro, debiendocolocar un esquema conforme alas circunstancias.

Volviendo al esquema de lafigura 1, el circuito representa eldispositivo que se colocar enuna entrada cuando el sensor atomar en cuenta se alimenta conuna tensin continua de 24V. Elsensor puede ser un simple inte-

rruptor (como el mostrado en lafigura) o un circuito que en defi-nitiva comandar a un interrup-tor.

El empleo de un optoacopla-dor cualquiera de usos genera-les y econmico, permite aislaral sensor de la entrada del PLCy, debido a la configuracin cir-cuital, se puede conectar tanto auna entrada analgica como di-gital, ya sea TTL o CMOS.

El diodo conectado en anti-paralelo protege al opto-acopla-dor de tensiones inversas, ya quela especificaciones de los fabri-cantes las fijan en 3V. En algu-nos PLC comerciales, D1 apare-ce luego del capacitor (D1 pro-tege al circuito de conexionesinversas).

La corriente en el opto-tran-sistor es del orden de los 5 mA.Cuando el opto-transistor se sa-tura , entre colector y emisor dedicho transistor habr una ten-sin (de saturacin) del orden de1V, de modo tal que al conectaruna resistencia de 820 y ali-mentando al optoacoplador con5V, se tiene una corriente deemisor de saturacin del ordende 5mA, lo que resulta un mar-gen adecuado de saturacin.

Como sabemos, cuando eltransistor del opto-acoplador es-t saturado, entre colector yemisor hay una tensin de 1V,

por tal motivo siem-pre el optoacopla-dor se debe colocarsobre el lado positivode la tensin de ali-mentacin y el resis-tor limitador de co-rriente (R IN) debeconectarse del ladode emisor.

Esto adquiere relevada im-portancia cuando trabajamoscon autmatas cuyas entradasposeen niveles TTL, es decir, siel nivel de transicin es el quemaneja un microcomputador8751 (lgica TTL), la coloca-cin del optoacoplador del ladode masa superara los 0,8V nece-sarios como mximo para queun 0 lgico sea consideradocomo tal.

Para que se entienda mejor, siel optoacoplador debe dar unaseal correspondiente a un 0lgico, en la familia TTL, el va-lor de tensin mximo deberaser 0,8V. En lgica CMOS nohay problema dado que el 0 esconsiderado como tal hasta el40% de la tensin de alimenta-cin, lo que significa que conuna tensin de alimentacin de5V, una tensin de 1V es consi-derada un 0 lgico (hasta 2Ves considerado como 0 lgico).

CIRCUITO DE ENTRADA PARACORRIENTE ALTERNA

Muchos PLCs utilizan senso-res que se alimentan directa-mente con la tensin de red de220V e, incluso, la falta de sumi-nistro de energa es una seal atener en cuenta. Tambin hayque considerar el caso en que no

Saber Electrnica N 175

Curso de PLCs

Figura 1

contamos con los 24V de co-rriente continua y para ello, laopcin disponible es una tensinde corriente alterna de 220V ode 117V segn la red local.

Si nos basamos en el circuitode la figura 1, ahora sobre la re-sistencia en serie con el optoa-coplador (R EXT) debera caercasi toda la tensin con una co-rriente de 10mA. Aplicando leyde Ohm, la resistencia sera de:

220VR = = 22.000

R = 22k

La potencia en el resistor se-ra de:

P = V x I = P = 220V x 0,01A = 2,2W

Esto implica que cada entra-da consumira una potencia de2,2W slo para limitar la ten-sin en el optoacoplador. Si tu-

viramos un PLC de 8 entradas,estaramos utilizando ms de17W slo para transformarlosen calor, lo que indica que no esuna buena opcin.

Para evitar este inconvenien-te se emplean configuracionescircuitales diferentes y comoejemplo podemos dar el circuitode la figura 2. Aqu, la limitacinde corriente se realiza por un ca-pacitor, luego del cual se colocaun puente rectificador que en-trega la tensin continua nece-saria para el funcionamiento deldiodo del optoacoplador. Comoen el caso anterior, el capacitorC EXT cumple la funcin de fil-tro de espreo

Curso PLC_saber Electrónica

Documents

Transcript of Curso PLC_saber Electrónica