AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL CON PLC´S.pdf

AUTOMATIZACIÓN
INDUSTRIAL CON PLC´s

INTRODUCCIÓN
⇒¿Sabes que las empresas en nuestro país están
automatizando sus procesos productivos?
⇒¿Serás capaz de contribuir a la automatización
de la empresa para la cual tú trabajes?
⇒¿Sabes que el PLC es una herramienta muy útil
para modernizar una planta industrial?

INTRODUCCIÓN
Tu responsabilidad como profesional técnico es
estar al tanto del desarrollo de las últimas
tecnologías y poderlas aplicar a la solución de los
múltiples retos que enfrenta la industria nacional.

OBJETIVOS
„ Diferenciar la lógica cableada de la lógica programable.
„ Diferenciar las ventajas y desventajas de un tablero
eléctrico convencional.
„ Conocer el funcionamiento y arquitectura de los PLC´s
„ Identificar al Controlador Lógico Programable (PLC) como
un dispositivo electrónico utilizado para la automatización.
„ Conocer los tipos de Lenguajes de Programación, así
como el direccionamiento de las entradas y las salidas
„ Plantear soluciones a problemas básicos mediante el uso
de: Plano de Funciones y Diagrama Escalera

CONTENIDO
„ Sistema de Control
„ El Tablero Eléctrico ventajas y desventajas de la
Lógica Convencional.
„ El Controlador Lógico Programable “PLC”.
„ Funciones lógicas básicas.

Antes de continuar definamos un
“Sistema de Control”

Un sistema de control es el
procesamiento lógico de
señales de entradas para
activar salidas deseadas.
Entrada
Entrada
L
Ló
ógica
gica
Salida
Salida

El cuerpo humano es un ejemplo de
un Sistema de Control
Entrada
Entrada
L
Ló
ógica
gica
Salida
Salida
Ver
Ver –
– Ojos
Ojos
O
Oí
ír
r –
– O
Oí
ídos
dos
Probar
Probar –
– Lengua
Lengua
Sentir
Sentir –
– Piel
Piel
Oler
Oler –
– Nariz
Nariz
Hablar
Hablar
Caminar
Caminar
Mover
Mover
Cerebro
Cerebro

En la industria tradicional un sistema
de control está compuesto de la
siguiente manera:
Lógica Salidas
Entradas
Temporiza-
dores.
Contadores
Relés.
Pulsador
Marcha
Pulsador
Paro
Interruptor
de posición
Contactord
e Fuerza
Lamparas
Display

..donde las funciones lógicas están
determinadas por la forma del
cableado
TABLERO DE CONTROL
DISPOSITIVOS DE
ENTRADA Y
SALIDA Cableado

TABLEROS ELÉCTRICOS
Un tablero eléctrico
convencional es aquel
que está constituido,
básicamente, por
equipos
electromagnéticos

COMPONENTES DE UN TABLERO
Contactores, relés de protección, relés
auxiliares, fusibles, temporizadores,
contadores, etc.

COMPONENTES DE UN TABLERO
Lámparas
Pulsadores
Selectores
Interruptores
de límite

„ Los tableros eléctricos a base de relés
son aún, en muchas empresas, el
soporte para la automatización de sus
procesos industriales.
Tablero Eléctrico Convencional
Tablero Eléctrico Convencional

… y ¿Cómo se ve?

TABLEROS ELECTRICOS: AUTOMATIZACION BASADA EN LA LÒGICA
CABLEADA.

„ Es fácil encontrar personas para
su instalación, mantenimiento y
reparación.
„ Existe gran cantidad de material
de consulta .
„ Y aprender su lógica resulta
sencilla.
¿Por qué son tan populares los
tableros a base de relés?
¿Por qué son tan populares los
tableros a base de relés?

L1 L2
1PB
1CR
1CR 2CR 3CR
4CR
2CR
1LS
3CR
1PS
1
4
2
3
4
4
4
Además ...
Además ...
„
„ Sus componentes son
Sus componentes son
f
fá
áciles de adquirir.
ciles de adquirir.
„
„ Se cablean empleando
Se cablean empleando
diagramas tipo escalera.
diagramas tipo escalera.
„
„ Para aplicaciones peque
Para aplicaciones pequeñ
ñas
as
es menos costoso.
es menos costoso.

„
„ Ocupan mucho espacio.
Ocupan mucho espacio.
„
„ Generalmente implican altos
Generalmente implican altos
costos.
costos.
„
„ Es muy laboriosa la
Es muy laboriosa la
identificaci
identificació
ón y reparaci
n y reparació
ón de
n de
una falla.
una falla.
„
„ Requiere mantenimiento
Requiere mantenimiento
peri
perió
ódico.
dico.
… y ¿Cuáles son sus
desventajas?
… y ¿Cuáles son sus
desventajas?

„ No son muy versátiles a
nuevas situaciones.
„ Tienen un mayor consumo de
energía.
„ Con el tiempo se incrementan
las probabilidades de fallas.
Además...
Además...

En las plantas modernas ...
En las plantas modernas ...
„ Muchos componentes de
estos tableros han sido
reemplazados por equipos
electrónicos...

LOS PLC´s COMO ALTERNATIVA
PARA LA AUTOMATIZACIÓN
INDUSTRIAL

¿ Qué es un PLC´s?
Definición de NEMA
“Es un aparato digital electrónico con una memoria
programable para el almacenamiento de
instrucciones, que permite la implementación de
funciones especificas (tales como lógica,
secuencias, temporizados, conteos, aritmética)
con el objeto de controlar máquinas y procesos”

Funcionamiento
Para explicar el funcionamiento del PLC, se
pueden distinguir las siguientes partes:
„ Interfaces de entradas y salidas
„ CPU (Unidad Central de Proceso)
„ Memoria
„ Dispositivos de Programación

„ El usuario ingresa el programa a través del dispositivo
adecuado (un cargador de programa o PC) y éste es
almacenado en la memoria de la CPU.
„ La CPU, que es el "cerebro" del PLC, procesa la
información que recibe del exterior a través de la
interfaz de entrada y de acuerdo con el programa,
activa una salida a través de la correspondiente
interfaz de salida.
„ Evidentemente, las interfaces de entrada y salida se
encargan de adaptar las señales internas a niveles del
la CPU. Por ejemplo, cuando la CPU ordena la
activación de una salida, la interfaz adapta la señal y
acciona un componente (transistor, relé, etc.)
Funcionamiento

„ Al comenzar el ciclo, la CPU lee el estado de las entradas.
„ A continuación ejecuta la aplicación empleando el último estado
leído.
„ Una vez completado el programa, la CPU ejecuta tareas internas
de diagnóstico y comunicación.
„ Al final del ciclo se actualizan las salidas.
„ El tiempo de ciclo depende del tamaño del programa, del número
de E/S y de la cantidad de comunicación requerida.
Funcionamiento

Ejecución Cíclica del Programa
Módulo de
Entrada
Módulo de
Salida
Se vuelca el contenido de la Imagen de Proceso de Salida
(PAA) en los Módulos de Salidas
Ejecución del OB1
(ejecución cíclica)
Eventos (interrupción de tiempo, hardware, etc.)
Rutinas de Interrupción.
Lectura de los Estados de los Módulos de Entrada,
Almacenando los datos en la Imagen de Proceso de Entrada (PAE)
Comienzo del Ciclo de Autómata
Ciclo
de
la
CPU
max.
300ms
Bloque
OB 1
LD E 0.1
A E 0.2
= A 0.0

Programa de
Usuario
:
:
A E 2.0
= A 4.3
:
:
:
:
Byte 0
Byte 1
Byte 2
:
:
:
Memoria de la CPU
PAA
1
Byte 0
Byte 1
Byte 2
:
:
:
PAE
Memoria de la CPU
1
Imágenes de Proceso

Ventajas en el uso del PLC comparado con
sistemas electromecánicos
„ Menor costo.
„ Fácil Programación
„ Tiempo: Ahorro de tiempo de trabajo en las conexiones a realizar, en
la puesta en marcha y en el ajuste del sistema.
„ Cambios: Facilidad para realizar cambios durante la operación del
sistema.
„ Confiabilidad: La probabilidad que un PLC falle por razones
constructivas es insignificante
„ Espacio:
„ Modularidad
„ Estandarización
„ Versatilidad
„ Integración en Redes Industriales

„ Los autómatas programables no se limitan a
funciones de control lógico sino que también
permiten
• Regular,
• Posicionar,
• Contar, dosificar,
• Mandar válvulas y mucho más.
„ Para ello se ofrecen los módulos/tarjetas
inteligentes adecuadas: controladas por
microprocesador, realizan de forma completamente
autónoma tareas especiales de tiempo crítico, y
están unidas al proceso a través de canales de E/S
propios. Esto alivia a la CPU de carga adicional.
Campo de aplicación

„ Sistemas de transporte: por ejemplo cintas
transportadoras.
„ Controles de entrada y salida: integración fácil en
dispositivos de espacio reducido, como por ejemplo en
barreras de aparcamientos o entradas.
„ Sistemas de elevación
„ Otras aplicaciones: Líneas de ensamblaje / Sistemas
de embalaje / Máquinas expendedoras / Controles
de bombas / Mezclador / Equipos de tratamiento y
manipulación de material / Maquinaria para trabajar
madera / Paletizadoras / Máquinas textiles /
Máquinas herramientas
Campo de aplicación

AUTOMATIZACIÓN DE VIVIENDAS DOMÓTICA
Gestión de alarmas
Detección y aviso de incendios
Detección, corte de suministro y aviso de fugas de gas
Detección, corte de suministro y aviso de fugas de agua
Detección y aviso de intrusos (interior, exterior)
Calefacción
Grupos, horarios, termostatos, sonda de
temperatura, visualización, ventanas abiertas
Control de cargas
Con./descon. de tomas de red, asignación de
grupos, gestión horaria, presencia, temperatura
Iluminación
Asignación de grupos, gestión horaria,
presencia, luminosidad
Comunicaciones
Aviso de alarmas y conex./descon. de:
alarmas, calefacción, simulación de
presencia, iluminación y cargas.
Toldos y persianas
Grupos, horarios y
condiciones climáticas
Riego del jardín
Asignación de zonas, horarios,
secuencialidad y condiciones climáticas
Simulación de presencia
Mediante iluminación, cargas y
persianas. Gestión aleatoria.

La Familia SIMATIC S7
S7-200
Autómatas de gama baja: microautómatas
S7-300
Autómatas de gama media
S7-400
Autómatas de gama
alta

Funciones Lógicas
Funciones Lógicas
Un diagrama
eléctrico
representa la
conexión entre
los diferentes
componentes
del tablero
eléctrico.
L1 L2
Start
Stop
1CR
1CR
1M OL
2M
2TD
1CR
1TD
OL
1M
1CR
2TD
1TD
1TD
Set at
15 sec
Off Delay
Set at
30 sec
On Delay
1
3
2
4
5
6
7
2
7
7
5, 6
R

Funciones Lógicas
Funciones Lógicas
Esta conexi
Esta conexió
ón se realiza cumpliendo
n se realiza cumpliendo
ciertas reglas l
ciertas reglas ló
ógicas, las que se
gicas, las que se
basan en el
basan en el á
álgebra
lgebra booleana
booleana, y que
, y que
veremos a continuaci
veremos a continuació
ón.
n.

Funciones Lógicas
Funciones Lógicas
Las señales eléctricas son
señales binarias, y estas se
pueden procesar empleando
las tres operaciones:
L1 L2
Start
Stop
1CR
1CR
1M OL
2M
2TD
1CR
1TD
OL
1M
1CR
2TD
1TD
1TD
Set at
15 sec
Off Delay
Set at
30 sec
On Delay
1
3
2
4
5
6
7
2
7
7
5, 6
R
Y (AND)
O (OR)
NO (NOT)

Operaciones Lógicas
La señal de salida es 1 únicamente si
todas las señales de entrada son 1.
Lógica “Y” AND
&
a
b
y
L1 L2
Circuitos Series
a b
y
a
b
y
L1
L2
a . b y
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
a . b y
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
Símbolo:
Lógica:

Se conoce también como producto de boole “ ^ ”
Lógica “Y” AND L1 L2
Circuitos Series
a b
y
a
b
y
L1
L2
Ecuación:
y = a.b y = a ^ b

La señal de salida es 1 si al menos
una de las señales de entrada es 1.
Lógica “O” OR
≥
a
b
y
a + b y
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
a + b y
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
L1 L2
Circuitos paralelos
a
y
a
b
y
L1
L2
b
Símbolo:
Lógica:

Se conoce también como suma de boole “ + ”
Lógica “O” OR L1 L2
Circuitos paralelos
a
y
a
b
y
L1
L2
b
Ecuación:
y = a + b y = a v b

La señal de salida es 1 si la señal de
entrada es 0. Si esta es 1, la salida es
0
Lógica NO NOT
a y
0 1
1 0
a y
0 1
1 0
1
a y
Contacto negado
L1 L2
a
y
a
y
L1
L2
Símbolo: Lógica:

Se conoce también como complemento de boole
“ ¬ ”
Lógica NO NOT Contacto negado
L1 L2
a
y
a
y
L1
L2
Ecuación:
y = a

Ejemplo 1:
Se tienen tres pulsadores a, b, c.
El vástago de un cilindro de doble efecto
debe salir siempre que se accionen
solamente dos de ellos. Al soltar uno o los
dos, el vástago regresa a su posición inicial.
Se pide:
• El circuito eléctrico de mando.
• El plano de funciones.
… veamos un ejemplo de
operaciones lógicas
… veamos un ejemplo de
operaciones lógicas
Y1
a b c

Ejemplo de Operaciones Lógicas
a b c
K1 K3 K3
K2 K3
K3
K1 K2
K1
Y1
L1
L2
1° Empleando relés auxiliares:
Solución:
Tenemos dos alternativas eléctricas

Solución:
2° Simplificando, empleando
pulsadores con doble contacto:
Y1
a
b
c
L1
L2

Y1
&
&
&
1
a
b
c
Y1
a
b
c
Solución en plano de funciones:
Su ecuación booleana:
a.b + a.c + b.c = Y1

Si no se presiona ningún pulsador entonces no se
energizará el solenoide Y1.
Y1
a
b
c
&
&
&
1
0
0
0 Y1
0
0
0
0

Si sólo se presiona uno de ellos (cualquiera), no se activa
el solenoide, y no saldrá el vástago.
Y1
a
b
c
&
&
&
1
0
1
0 Y1
0
0
0
0

Si se acciona dos pulsadores, entonces el solenoide se
energiza y el vástago del cilindro sale.
&
&
&
1
1
1
0 Y1
1
1
0
0
a
b
c Y1

Y1
&
&
&
1
1
1
0 Y1
1
1
0
0
a
b
c
&
&
&
1
0
1
1 Y1
1
0
0
1
a
b
c
&
&
&
1
1
0
1 Y1
1
0
1
0
a
b
c
estas son todas las alternativas:

MÉTODO DEL MAPA DE KARNAUGH
El mapa de Karnaugh es un método gráfico que se
utiliza para simplificar una ecuación lógica y
convertir una tabla de verdad a su circuito lógico
correspondiente un proceso simple y ordenado.
La cantidad de casillas está dado por la cantidad
De entradas n
2 N= número de entradas

Programación
LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN PARA PLC´s BASADOS EN LA
NORMA IEC 1131-3
La norma IEC 1131-3 establece los estándares para la programación de
los PLC´s, los fabricantes de estos deben contar con un software en
el que se puedan realizar la programación manteniendo estos
estándares, los Lenguajes de Programación que están
normalizados son:
„ Lenguajes Textuales
„ Lista de Instrucciones (AWL)
„ Lenguajes Gráficos
„ Plano de Funciones (FUC)
„ Esquemas de Contactos (KOP o LD)
„ Diagrama Funcional Secuencial (GRAFCET)

Programación
U E 0.0
U E 0.1
= A0.0
AWL
E 0.0 E 0.1 A 0.0
KOP
El esquema de contactos (KOP) es
un lenguaje de programación
gráfico con componentes similares
a los elementos de un esquema de
circuitos.
La lista de instrucciones (AWL)
comprende un juego de
operaciones nemotécnicas que
representan las funciones de la
CPU.
AND A 0.0
E 0.0
E 0.1
FUP
El Esquema de Funciones
Lógicas utiliza “cajas” para cada
función. El símbolo que se
encuentra dentro de la caja indica
su función (p.e. & --> operación
AND).

Operaciones Lógicas a Nivel de Bit: AND, OR
KOP FUP AWL
Esquema del
Circuito
E 0.0 E 0.1 A 0.0
=
A 0.0
AND
E 0.0
E 0.1
U E 0.0
U E 0.1
= A 0.0
L1
(A 0.0)
S1 (E 0.0)
S2 (E 0.1)
OR
AND
E 0.2
E 0.3
OR
=
A 0.2 O E 0.2
O E 0.3
= A 0.2
E 0.2
E 0.3
A 0.2
L3 (A 0.2)
S3
(E 0.2)
S4
(E 0.3)

Direccionamiento
„ La designación de un bit se debe hacer de la siguiente manera según
sea la señal:
E ó I Entrada I
A ó Q Salida O
M Marca (Bit interno) B
„ Luego se debe indicar la dirección separando con un punto el número
de byte y el número de bit, por ejemplo: una entrada llega al grupo del
byte 124, y al bit 5
TIPO DE SEÑAL
NÚMERO DE BYTE
NÚMERO DE BIT
E 124.5 E 124 . 5
SIEMEN
AB

Direccionamiento
SIEMNES AB
ENTRADA
E 10.5
I 124.1
I:10/5
I:15/2
SALIDA
A 124.5
Q 12.5
O:6/5
O:2/7
MARCA/BIT M 1.6 B1/0

Contactos NA y NC. Sensores y Símbolos
Estado de
la Señal
en la
Salida
Comprobar el estado “1”
Símbolo /
Instrucción
Resultado
Comprobar el estado “0”
Símbolo /
Instrucción
Resultado
Presente
Voltaje
en la
Entrada
No
Presente
Presente
No
Presente
Tipo de
sensor
Estado del
Sensor
1
0
0
1
“Si”
1
KOP:
“Normalmente
Abierto”
&
FUP:
&
FUP:
KOP:
“Normalmente
Cerrado”
“No”
0
“No”
0
“No”
0
“No”
0
Proceso Evaluación del Programa en el PLC
Activado
No
Activado
Activado
No
Activado
Contacto
NA
Contacto
NC
“Si”
1
“Si”
1
“Si”
1

F1 Interruptor normalmente cerrado relé térmico I:1/0
S1 pulsador normalmente cerrado de parada I:1/1
S2 pulsador normalmente abierto marcha I:1/2
S3 pulsador normalmente cerrado I:1/3
S4 interruptor mecánico de fin de carrera NC I:1/4
S5 interruptor mecánico de fin de carrera NC I:1/5
K1B bobina del contactor K1B O:2/0
K2B bobina del contactor K2B O:2/1
LABORATORIO Nº 1

SEG 1
UN "F1"
UN "S1"
U(
U "S2"
UN "S3"
O "K1B"
)
UN "S4"
UN "K2B"
= "K1B"
SEG 2
UN "F1"
UN "S1"
U(
UN "S2"
U "S3"
O "K2B"
)
UN "S5"
UN "K1B"
= "K2B"
DIAGRAMA DE CONTACTOS LISTA DE INSTRUCCIONES
DIAGRAMA DE CONTACTOS USANDO LÓGICA INVERSA

+ 24 -
DC OUT
DC
COM I/0 I/1 I/2 I/3 DC
COM I/4 I/5 I/6 I/7 I/8 I/9 I/10 I/11
L1 L2
85-264VAC
VAC
VDC
VAC
VDC
VAC
VDC
VAC
VDC
O/0 O/1 O/2 O/3 O/4 O/5 O/6 O/7 NOT
USED
MicroLogix
1000
ANALOG
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
0 1 2 3 4 5 6 7
OA
SHD
OA/0
V(+)
OA/0
I(+)
OA
(-)
NOT
USED
IA
SHD
IA/0
V(+)
IA/1
V(+)
IA
(-)
IA
SHD
IA/2
I(+)
IA/3
I(+)
IA
(-)
LABORATORIO Nº 1
220V
AC
K1B
F1 S1 S2 S3
S4 S5
K2B

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