Introducción a los automatismos programables y sus componentes

TEMA I.
CONTENIDO:
Introducción a los automatismos.
Controlador Lógico Programable (PLC)
Breve Historia.
Clasificación de sistemas y señales.
Lógica cableada vs. Programada.
Ventajas y desventajas.
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Asig. PLC - Prof. José Borjas

Componentes de un lazo
automático de control
PROCESO
ALARMA
SALIDA
TRANSMISOR
REGISTRADOR INDICADOR
Controlador
PUNTO DE OPERACIÓN
(CONSIGNA)
ENTRADA
AGENTE
PERTURBACION
ELEMENTO FINAL DE
CONTROL
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Componentes de un lazo
automático de control
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Autómatas programables
Dispositivos programables orientados
a implementar funciones lógicas y
secuenciales conectados a un proceso
•CPU
•Comunicaciones
•Tarjetas I/O
•Alimentación
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Desarrollo histórico de los PLC.
.- Los PLC fueron inventados en respuesta a las necesidades de la automatización
de la industria automotriz norteamericana por el ingeniero Estadounidense
Dick Morley.
.- En 1969, el primer controlador programable entro al mercado en la
industria automotriz. La empresa Bedford Associates (Bedford, MA) propuso un
sistema al que llamó Modular Digital Controller o MODICON.
El MODICON 084 fue el primer PLC producido comercialmente
.- En 1974 – 1975. El desarrollo de los microprocesadores incremento el
poder de los PLC.
Operaciones aritmeticas.
Manipulación de datos.
Unidades de programación con CRTs.
Lenguajes de programación.
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.- La habilidad de comunicación entre ellos apareció aproximadamente en el año 1973.
El primer sistema que lo hacía fue el Modbus de Modicon
.- En 1976 – 1979. En esta etapa se tuvieron mejoras en:
Manejo de memoria, control de posicionamiento, manejo de señales
analogicas, I/O remotas, mejoras en el software.
.- En los años 80 se intentó estandarizar la comunicación entre PLCs.
.- En los años 90 se introdujeron nuevos protocolos y se mejoraron algunos anteriores.
El estándar IEC 1131-3 intentó combinar los lenguajes de programación de los PLC
en un solo estándar internacional.
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.- Hoy en día, los PLC's no sólo controlan la lógica de funcionamiento de máquinas,
plantas y procesos industriales, sino que también pueden realizar operaciones
aritméticas, manejar señales analógicas para realizar estrategias de control, tales
los controladores proporcional integral derivativo (PID).
.- Los PLC's actuales pueden comunicarse con otros controladores y computadoras en
redes de área local, y son una parte fundamental de los modernos sistemas de control
distribuido.
.
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Funciones que puede realizar un PLC.
.- Remplazar sistemas de control.
.- Remplaza timer y contadores electromecanicos.
.- Realiza operaciones de comparación.
.- Realiza operaciones matematicas complejas.
.- Remplaza controladores analogicos.
.- Realiza diagnosticos de fallas.
.- Realiza autodiagnostico del hardware.
.- Realiza manejo de información.
.- Monitoreo y supervisión de procesos.
.- Control de alarmas.
-
-
-
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Ventajas
Menor tiempo empleado en la elaboración de proyectos debido a que:
No es necesario dibujar el esquema de contactos
No es necesario simplificar las ecuaciones lógicas, ya que, por lo general la
capacidad de almacenamiento del módulo de memoria es lo suficientemente grande.
La lista de materiales queda sensiblemente reducida, y al elaborar el
presupuesto correspondiente eliminaremos parte del problema que supone el contar con
diferentes proveedores, distintos plazos de entrega.
 Posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar el cableado ni añadir aparatos.
Mínimo espacio de ocupación.
Menor coste de mano de obra de la instalación.
Economía de mantenimiento.
Además de aumentar la fiabilidad del sistema, al eliminar contactos móviles, los mismos
autómatas pueden indicar y detectar averías.
Posibilidad de gobernar varias máquinas con un mismo autómata.
Menor tiempo para la puesta en funcionamiento del proceso al quedar reducido el tiempo
cableado.
Si por alguna razón la máquina queda fuera de servicio, el autómata sigue siendo útil para
otra máquina o sistema de producción.
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Inconvenientes
Como inconvenientes podríamos hablar, en primer lugar, de que hace falta un programador, lo
que obliga a adiestrar a uno de los técnicos en tal sentido, pero hoy en día ese inconveniente esta
solucionado porque las universidades ya se encargan de dicho adiestramiento.
El coste inicial también puede ser un inconveniente.
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Sistemas de eventos discretos
 Muchos procesos no son continuos
 Sus variables solo admiten un número
finito de valores
 Los valores de las variables no cambian
de forma continua en el tiempo, sino en
instantes determinados.
 Problemas de control lógicos y
secuenciales
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ALGUNOS TIPOS DE SEÑALES
Señales Análogas
Señales Discretas
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Estados discretos
Motor:
En marcha o
parado
Depósito:
Con líquido o
vacio
Válvula:
Abierta o
cerrada
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Instrumentación
Circuito
cerrado
Circuito
abierto
Detector de nivel
mínimo: cuando
el nivel
desciende del
valor mínimo se
activa / o
desactiva la
señal del sensor
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Instrumentación
Proceso
PS
TS
Termostato:
Cuando la
temperatura
supera un
límite se
activa/desactiva
el sensor
Presostato
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Instrumentación
Detector de
presencia
Emisor
Receptor
Final de
carrera
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Instrumentación
Válvula on/off
Electroválvula
Arrancador de
motor
~
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Sistemas combinacionales
 Asociados a alarmas o lógicas de
operación
 Las respuestas dependen solo de las
entradas a través de las funciones lógicas
Y, O, NO
 SI ( condiciones lógicas )
ENTONCES ( acciones)
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Lógica combinacional
AND 1 0
1 1 0
0 0 0
OR 1 0
1 1 1
0 1 0
NOT 1 0
0 1
A.B AND
A+B OR
A NOT
B
A
B
.
A
B
.
A
)
B
A
(




Leyes de
Morgan
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Puertas lógicas
&
A
B
 1
A
B
A.B
A+B
 1
A A
Nomenclatura
DIN
Las expresiones lógicas pueden asimilarse a circuitos
eléctricos en que las condiciones cierto o falso
corresponden a presencia o ausencia de señal y la
conclusión se expresa en términos de la señal de salida
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Circuitos lógicos
&
 1
B
C (C+B).A
 1
&
A
B
D
&
C
A.B + C.D
 1
A A
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Diagramas de contactos
Contacto normalmente
abierto
Contacto normalmente
cerrado
Las expresiones lógicas pueden asimilarse a circuitos
eléctricos en que las condiciones cierto o falso
corresponden a contactos cerrados o abiertos y la
conclusión se expresa en términos de circula corriente o no
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A
A
B
B
A.B
A+B
La lampara se
enciende si A y
B están cerrados
La lampara
se enciende
si A ó B
están
cerrados
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A
B
C D
+ -
Función lógica: (A+B).C. D
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Relés
Dispositivo que permite implementar acciones
lógicas y actuar sobre elementos físicos
~
Carga
S1
S2
SI (S1= cerrado y S2= cerrado)
ENTONCES carga activada
bobina
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Diagrama de contactos
bobina de relé
S1 S2
X1
Pulsador normalmente
abierto
Pulsador normalmente
cerrado
S1 ó S2 no tienen
por que ser
contactos, sino
cualquier otro
elemento:
temporizadores,
contadores,
pulsadores, etc.
que de una señal
lógica 0 - 1
+ -
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Ejemplo
M
~
relé
S1 P1
X1
+
-
S1
P1
X1
X1 X2
X2
S2
S2
La botella debe
detenerse al final
de la cinta y
recibir la dosis de
producto
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Logica Cableada o a relé.
Ejm. Control de la puerta de un garage.
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Logica Programada.
Ejm. Control de la puerta de un garage.
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Lógica cableada vs lógica programada.
LOGICA CABLEADA (Lógica a relé).
.- Se refiere a el control de equipos o sistemas a través de la conexión de dispositivos
lógicos como, contactores, relés , push buttons, etc.
.- Este término describe los extensos paneles de control a relés que existían o existen
antes de la era de los PLCs.
.- Lógica cableada es fija y puede ser alterada solo con el recableado de los relés en el
panel de control.
El PLC ( Lógica programada) utiliza un lenguaje de programación que monitorea las
entradas de los dispositivos lógicos, toma decisiones lógicas, y activa o desactiva los
dispositivos de salida.
.- El cambio en las condiciones o decisiones lógicas se realiza modificando el
programa que el PLC ejecuta. No es necesario cambiar las interconexiones
entre los dispositivos.
31

Procesos Secuenciales
A
B
Descarga
Sucesión de etapas
de operación con
acciones específicas
y condiciones de
transición entre ellas
1 Espera
2 Carga
3 Operación
4 Descarga
M
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Grafos de transición de estados
A B
M
1
2
3
4
Arranque
Tanque lleno
Operación
terminada
Tanque
vacio
Estados
Transiciones
Espera
Carga
Operación
Descarga
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TEMA II.
CONTENIDO:
Estructura Física de los PLC.
Arquitectura interna.
Fuente. CPU. Tarjetas I/O.
Comunicación.
Tarjetas específicas.
Modos de funcionamiento: Cíclico,
Por interrupciones.
Introducción a los controladores S7
de Siemens.
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Estructura Física de los PLC:
1.- Autómatas Compactos.
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1.- Autómatas Semimodulares.
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1.- Autómatas modulares.
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Controladores Lógicos Programables . Prof. José Borjas 05/04/2022 42

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-32-
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Modulos o tarjetas de Entrada/Salida (I/O).
Realizan las siguientes funciones basicas:
1.- Terminales de conexión.
2.- Acondicionamiento de las señales.
3.- Aislamiento.
4.- Indicación.
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Esquema de conexiones y de principio del módulo SM
321; DI 16 DC 24 V
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Esquema de conexiones y de principio del módulo
SM 322; DO 16 DC 24 V/0,5 A
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Fuente de Alimentación.
Función: Adapta la tensión de red de 120/220 volt.
a la de funcionamiento de los circuitos
electrónicos internos del PLC.
Esquema de principio de PS 307; 5 A
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Ejecución cíclica de programas
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Ejecución del programa controlada por alarmas
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