Introducción de conceptos básicos del Automata Industrial

1. Programa PLC´s empleados
en sistemas electrónicos
Ing. Sergio Antonio Villarreal Pérez
2013

2. ¿Que es un autómata industrial ó PLC?
El autómata es un dispositivo de control
de estado solido.
Contiene memoria reprogramable para salvar instrucciones
y puede hacer las siguientes funciones:
Control de entradas y salidas, temporizar, contar,
hacer aritmética, manipular datos en registros, etc.
Sergio Villarreal Pérez

3. En otras palabras:
Un PLC capta señales provenientes de una máquina
ó un proceso las compara contra un programa y activa las
salidas pertinentes de acuerdo al proceso.
Sergio Villarreal Pérez

4. Básicamente el PLC se puede dividir a dos partes.
El CPU y el interface de Entrada y Salida (E/S).
Esquema básico
Esquema completo
FUENTE DE
ALIMENTACIÓN
CPU
ENTRADAS SALIDAS
MEMORIA
RAM ROM
PROGRAMADOR
Sergio Villarreal Pérez

5. ¿Ahora bien……Por qué se necesita un PLC?
Se puede decir con certeza que un PLC fue diseñado para
reemplazar bancos de relevadores electromecánicos que
controlaban máquinas y procesos industriales en la época
de los años setenta.
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6. Historia del PLC
Una división de la compañía General Motors (Hidramatic)
en el año de 1968 especificó el criterio de diseño del primer
autómata programable industrial ó PLC.
En aquellos años, si se quería cambiar
el proceso, tenían que cambiar
físicamente las conexiones entre relés
para lograr adaptar las máquinas al
nuevo proceso.
Era muy costoso hacer cambios en
los tableros que contenían cientos de
relevadores cada vez que el producto
cambiaba en las líneas de producción.
Se buscó solucionar este problema
utilizando tecnología de estado solido y
el resultado fue el desarrollo de un PLC.
Sergio Villarreal Pérez

7. Los primeros PLC solo podían manejar instrucciones de
apagado y encendido (on/off). Sus aplicaciones se limitaban
a máquinas simples y procesos repetitivos.
Innovaciones al PLC
En los años de 1970 a 1974 aparecieron los primeros PLC en
el mercado, a estos se les añadió flexibilidad e instrucciones,
algunas mejoras fueron:
1.- Una pantalla (CRT): esto hizo que el técnico tuviera la
oportunidad de programar, monitorear y diagnosticar el
PLC con rapidez y facilidad.
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8. 2.- Mas instrucciones
se agregaron.
Instrucciones de
temporizador y
contador así como
operaciones básicas
de aritmética.
3.- Comunicación: Se logró que el PLC pudiera comunicarse
con módulos de expansión localizados a distancia.
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9. Durante los años de 1975 a 1979 el desarrollo de nuevos
microprocesadores y programas de software facilitó más el
desarrollo y le dio mayor flexibilidad a las unidades PLC.
4.- Mas capacidad de memoria: Se hizo mas fácil hacer
programas más largos y también añadir más puntos
de entrada/salida.
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10. 5.- Entradas y salidas analógicas: Ahora era posible
monitorear y controlar señales continuas
(0-10 volts y 4-24 mA) así también variables
como presión y temperatura.
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11. 6.- Interface para operador: El desarrollo de programadores
portátiles o de bolsillo con teclas y exhibidor digital facilitó
al técnico aun más la programación, monitoreo y diagnostico
del PLC.
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12. Los PLC en el presente:
Se puede decir que los PLC ahora son
poderosos sistemas de control.
Han llegado a un nivel inimaginado
por los diseñadores originales.
Ventajas del PLC
• Bajo costo y flexibilidad
• Mayor capacidad de entradas y salidas remotas
• Manipulación de datos y salvado de los mismos
• Diseño modular que facilita el crecimiento
• Capacidad para diagnosticarse a si mismos
• Comunicación serial
• Instrucciones matemáticas avanzadas
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13. Elementos del PLC:
El PLC consiste de 5 componentes básicos.
Fuente de alimentación
Procesador ó CPU
Memoria (RAM y ROM)
Interface de entrada
Interface de salida
FUENTE DE ALIMENTACIÓN
INTERFACE CPU INTERFACE
DE DE
ENTRADAS MEMORIA SALIDAS
RAM ROM
PROGRAMADOR
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14. Fuente de alimentación
La fuente toma el voltaje de línea (120V AC) y lo convierte a
valores tales como 24, 12 y 5 Volts DC. Estos niveles son los
que requieren los otros componentes para realizar su trabajo.
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15. Esta sección del PLC puede estar integrada en el equipo
cuando es del tipo “todo en uno” (All in one) o bien puede
ser un módulo separado el cual se integra al sistema
mediante inserción y posterior conexión en un estante (Rack).
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16. Procesador ó CPU
Es considerado el cerebro de la unidad, aquí es donde se
llevan a cabo la toma de decisiones y para ello es necesario
contar con un programa el cual es una lista de instrucciones
las cuales son comparadas con las condiciones de la sección
de entrada y como resultado genera señales que son las que
manejan las salidas.
Sergio Villarreal Pérez

17. Esta sección del PLC puede estar integrada en el equipo
si es del tipo “todo en uno” (All in one) o bien puede ser
un módulo separado el cual se integra al sistema mediante
inserción y posterior conexión en un estante (Rack).
Sergio Villarreal Pérez

18. Memoria
Esta área del PLC básicamente se conforma de dos tipos
de memoria, cada una con funciones especificas.
El Micro cubo de Idec salva los programas en memoria
no volátil (EEPROM).
La memoria RAM es volátil y en ella se salva temporalmente
los valores de registro, tiempo y cuenta del PLC.
Un capacitor conserva los datos hasta por 30 días.
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19. Interface de entrada
Es la sección encargada de proveer la comunicación entre
los dispositivos externos llamados captadores y la lógica
interna del procesador.
Los dispositivos mas comunes utilizados para captar
información son los interruptores, y los sensores de todo tipo
de variable física (luz, presión, campo magnético, etc.)
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20. Interface de salida
El procesador emite señales como resultado de la
comparación de las señales de entrada y el programa.
Estas son acopladas a los dispositivos externos llamados
actuadores por medio de esta interface.
Generalmente se valen del uso de un relevador
electromecánico o un fototransistor.
Los elementos actuadores más comunes son entre otros: Luz
piloto, relé, alarma, arrancador de motor, válvulas, motor, etc.
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21. Equipo programador
El Micro Cubo de Idec puede programarse de dos maneras.
Con un equipo ordenador personal (PC) y un software de
programación llamado WindLDR.
Con un equipo manual conocido como botonera (Handheld).
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22. CONEXIÓN DE ELEMENTOS CAPTADORES
EN EL MODULO DE ENTRADAS
1.- Al módulo de entradas se conectan elementos
captadores
2.- Los captadores pueden ser ACTIVOS
o PASIVOS
3.- Un ejemplo de captador pasivo es un SWITCH
(interruptor)
4.- Un ejemplo de captador activo es un SENSOR
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23. CONEXIÓN DE ELEMENTOS CAPTADORES
EN EL MODULO DE ENTRADAS
5.- Los sensores pueden ser de dos tipos;
NPN o PNP
6.- En el módulo de entradas una de las terminales
es llamada común (COM)
7.- Cuando se conectan sensores al módulo de
entrada, la letra intermedia del tipo indica cual de las
terminales de la fuente se conecta a la terminal
común (COM)

24. 8.- La letra intermedia NPN nos indica que
el positivo de la fuente se conecta a
la terminal común del modulo de entradas

25. 9.- La letra intermedia PNP nos indica que
el negativo de la fuente se conecta a
la terminal común del modulo de entradas.

26. Principio de operación del PLC:
La operación es muy sencilla, primero se hace la lectura
del estado de cada uno de los captadores de campo
conectados al interface de entrada del PLC.
El estado se envía al CPU, este ejecuta el diagrama
escalera de izquierda a derecha de arriba abajo como se
muestra.
Posteriormente se procede a actualizar las salidas
dependiendo del estado lógico de cada renglón del
programa establecido.
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27. El tiempo Scan
Al proceso de lectura de entradas, ejecución de programa
y actualización de estado de salidas se le denomina
tiempo Scan.
El tiempo promedio del Micro Cubo es de
aproximadamente 2.9 milisegundos por cada 100 pasos.
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Sergio Villarreal Pérez

28. LÓGICA DE ESCALERA
Los Autómatas ó PLC son principalmente
programados con lógica de escalera.
Es solamente una representación
simbólica de un circuito eléctrico.
Se han escogido símbolos que se parecen a los
símbolos esquemáticos de los dispositivos
eléctricos, esto hace más fácil de programar
PLC´s a los técnicos electricistas
Los electricistas aunque nunca hayan
programado pueden interpretar
un diagrama escalera.

29. La función principal de un programa
de PLC es la de controlar las salidas
basándose en las condiciones
ó estados de las entradas. .
Los símbolos usados en la programación
lógica de escalera pueden ser divididos
en:
Contactos y Bobinas.

30. CONTACTOS
La mayoría de las entradas a un PLC
son dispositivos simples que están
encendidos o apagados.
Estas entradas pueden ser elementos
tales como sensores o bien interruptores
de todo tipo de accionamiento
Sirven para detectar presencia, ausencia, vacio,
lleno, etc., o sea:
Un cambio en el estado inicial del elemento.

31. Se suele utilizar las siglas en inglés para
denotar los contactos, entonces tenemos:
NO para normalmente abierto
NC para normalmente cerrado.
Un tipo NO (normalmente abierto) no
permitirá el paso de la corriente a través de el
hasta que sea cambiado de estado.
Un tipo NC (normalmente cerrado) permitirá
que la corriente esté fluyendo a través de el
hasta que sea cambiado de estado.

32. Se puede pensar en los contactos
como interruptores.
Pensemos en un ejemplo práctico para uso
de interruptores, sea:
Un circuito eléctrico de un timbre de casa.
La pregunta que se haría es:
Qué tipo de interruptor utilizar: ¿Abierto o Cerrado??

33. BOBINA
Una bobina en diagrama escalera
simplemente representa una salida.
El PLC examina el estado de los contactos
(entradas) y mueve las bobinas (salidas)
al estado de encendido o apagado
dependiendo de la programación.
Una salida puede estar asociada
con cualquier elemento actuador o ser
una bobina de un relevador interno.

34. DIAGRAMAS ESCALERA
El diagrama de escalera básico es similar
a una escalera. Está compuesto de dos
barras paralelas y entre ellas un conjunto
de contactos y bobina que forman un
escalón.

35. Un escalón a su vez puede estar formado
por una o varias líneas.
Las barras paralelas representan el voltaje
de alimentación necesario para producir
la corriente que correrá por el escalón.
Normalmente para el análisis de un diagrama
se toma el convencionalismo
de hacerlo leyendo:
de izquierda a derecha
y
del renglón superior al renglón inferior.

36. Bibliografía
. - Fundamentals of Programmable Logic
Controllers, sensors & communications.
Jon Sterenson
Regents, Prentice Hall
. - Introductory Guide to Programmable Controllers
Mitsubishi Electric Corporation
. - Programmable Logic Controllers
Frank Petruzella
Mc Graw Hill
. - Micro3, Micro Programmable Logic Controller,
User´s Manual
Idec Company
Autor de la presentación: Ing. Sergio Villarreal Pérez
triac135@hotmail.com
CBTIS 135
Matamoros, Tamaulipas, México