1. Universidad de Oriente
Núcleo de Monagas
Ingeniería de Sistemas
Cursos Especiales de Grado
Automatización y Control de Procesos Industriales
PROGRAMACION DE PLCS: LENGUAJE ESCALERA (LADDER)
UNIDAD V – PLC
Seminario: Instrumentación y Control Industrial
Equipo SCADA
Vanessa A. Villalobos B. C.I.: 18.173.743
José D. Figuera M. C.I.: 16.516.398
Tutor: Edgar Goncalves
Maturín, Marzo 2014
2. ÍNDICE
INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 1
MARCO TEÓRICO.................................................................................................. 2
1. CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE (PLC) ................................ 2
2. LENGUAJE ESCALERA (LADDER) ......................................................... 2
3. CARACTERÍSTICAS DEL LENGUAJE LADDER..................................... 2
4. ELEMENTOS BÁSICOS DE LADDER ...................................................... 3
5. FUNCIONES LÓGICAS ............................................................................. 4
5.1.Los Temporizadores........................................................................... 4
5.2.Los Contadores .................................................................................. 4
5.3.Monoestables...................................................................................... 4
6. OPERACIONES EN UN LENGUAJE LADDER......................................... 5
6.1.Operaciones aritméticas .................................................................... 5
6.2.Operaciones de comparación............................................................ 5
6.3.Instrucciones SET y RESET............................................................... 5
7. EJEMPLOS. ............................................................................................... 6
DISCUSIÓN ............................................................................................................ 7
CONCLUSIONES.................................................................................................... 9
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS...................................................................... 10
3. 1
INTRODUCCIÓN
El desarrollo acelerado en el uso de nuevas tecnologías, sobre todo en los
campos de la electrónica, informática y comunicaciones constituyen un constante
desafío en la aplicación de estas en los sistemas automáticos de control,
provocando un profundo cambio en la concepción y diseño de los procesos,
obligándonos a una constante actualización de conocimientos y un continuo
replanteamiento de los métodos de diseño empleados.
La complejidad del sistema de control alcanzable con los autómatas, hace que
sea imprescindible el empleo de métodos de diseño sistemático, frente al método
intuitivo que se veía empleado anteriormente.
Los PLC’s por sus especiales características de diseño tiene un campo de
aplicación muy extenso. La constante evolución del hardware y software amplía
constantemente este campo para poder satisfacer las necesidades que se
detectan en el espectro de sus posibilidades reales, 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.Existen varios lenguajes de programación, en esta
oportunidad se profundizará específicamente en el lenguaje de programación
Ladder o Escalera para estos controladores.
4. 2
MARCO TEÓRICO
1. CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE (PLC)
Un PLC (Controlador Lógico Programable) es un dispositivo electrónico de
estado sólido que puede controlar un proceso o una máquina y que tiene la
capacidad de ser programado o reprogramado rápidamente según la demanda de
la aplicación. Fue inventado para remplazar los circuitos secuenciales basados en
relés que eran necesarios para el control de las máquinas. El PLC funciona
monitoreando sus entradas, y dependiendo de su estado, activando y
desactivando sus salidas. El usuario introduce al PLC un programa, usualmente
vía Software, lo que ocasiona que el PLC se comporte de la manera deseada. [1]
2. LENGUAJE ESCALERA (LADDER)
Es un lenguaje gráfico, derivado del lenguaje de relés. Mediante símbolos
representa contactos, bobinas, etc. Su principal ventaja es que los símbolos
básicos están normalizados según el estándar IEC y son empleados por todos los
fabricantes.
Los diagramas de escalera son esquemas de uso común para representar la
lógica de control de sistemas industriales. Se le llama diagrama "escalera" porque
se asemejan a una escalera, con dos rieles verticales (de alimentación) y
"escalones" (líneas horizontales), en las que hay circuitos de control que definen
la lógica a través de funciones.
Con este tipo de diagramas se describe normalmente la operación eléctrica
de distintos tipos de máquinas, y puede utilizarse para sintetizar un sistema de
control y, con las herramientas de software adecuadas, realizar la programación
del PLC. En el diagrama eléctrico todas las acciones ocurren simultáneamente, en
el programa se realizan en forma secuencial, siguiendo el orden en el que los
"escalones" fueron escritos, y que a diferencia de los relés y contactos reales
(cuyo número está determinado por la implementación física de estos
elementos), en el PLC se puede considerar que existen infinitos contactos
auxiliares para cada entrada, salida, relé auxiliar o interno, etc.
3. CARACTERÍSTICAS DEL LENGUAJE LADDER
Instrucciones de entrada se introducen a la izquierda.
Instruccionesdesalidasesituaránenelderecho.
5. 3
Los carriles de alimentación son las líneas de suministro de energía L1 y L2
para los circuitos de corriente alterna y 24 V y tierra para los circuitos de CC.
La mayoría de los PLC permiten más de una salida por cada renglón (Rung).
El procesador (o "controlador") explora peldaños de la escalera de arriba a
abajo y de izquierda a derecha. [2]
4. ELEMENTOS BÁSICOS DE LADDER
Contacto NA:Se activa cuando hay un uno lógico en el elemento que
representa, esto es, una entrada (paracaptarinformacióndelprocesoacontrolar),
unavariableinternao unbitdesistema.
Contacto NC: SufunciónessimilaralcontactoNAanterior,pero
enestecasoseactivacuandohay uncerológico,
cosaquedeberádetenersemuyencuentaala horadesuutilización.
Bobina NA:Seactivacuandolacombinaciónquehay asu entrada (izquierda) da
un uno lógico. Su activación equivale a decir que tiene un uno
lógico.Suelerepresentarelementosde salida, aunquea
vecespuedehacerelpapeldevariable interna.
Bobina NC: Seactivacuandolacombinaciónquehay asu entrada (izquierda) da
un cero lógico. Su activación equivale a decir que tiene un cero
lógico.Sucomportamientoescomplementarioal delabobinaNA.
Bobina SET (S): Unavezactiva(puestaa 1)nosepuededesactivar (puesta a 0) si
no es por su correspondiente bobinaenRESET.Sirveparamemorizarbits y
usadajuntoconlabobinaRESETdan una enorme potenciaenlaprogramación.
Bobina SET (R):Permite desactivar una bobina SET previamente activada.
Bobina JUMP: Permitesaltarseinstruccionesdelprogramae ir directamente a la
etiqueta que se desee. Sirve pararealizarsubprogramas.
Lasfuncioneslógicasmáscomplejascomo: Temporizadores, Contadores,
Registrosdedesplazamiento etc. Serepresentanenformatodebloques.
Estosnoestánnormalizados,aunqueguardanunagransimilitud
entresíparadistintosfabricantes.Resultanmuchomásexpresivosquesiseutilizapar
aelmismo finellenguajeenlistadeinstrucciones.
Sobreestosbloquessedefine:
La base de los tiempos y el tiempo final en el caso de temporizadores.
Elmódulodecontajeycondicionesdeparoyresetenelcasode contadores.
Existentambiénbloquesfuncionalescomplejosquepermitenla
manipulacióndedatosylasoperacionesconvariablesdigitales devariosbits.
6. 4
La presencia de estos bloques de ejecución dependiente de una o más
condiciones binarias, multiplica la potencia de programación sin dejar de mantener
las ventajas de la representación gráfica del programa. Así, pueden programarse
situaciones de automatización compleja que involucren variables digitales,
registros, transferencias, comparaciones, señales analógicas, etc.
Por supuesto, no todos los Autómatas, aun del mismo fabricante, pueden
manejar todas las posibilidades de programación con contactos: solo las gamas
más altas acceden a la totalidad de extensiones del lenguaje.
5. FUNCIONES LÓGICAS
5.1.Los Temporizadores
Como lo indica su nombre, cada vez que alcanzan cierto valor de tiempo
activan un contacto interno. Dicho valor de tiempo, denominado PRESET o meta,
debe ser declarado por el usuario. Luego de haberse indicado el tiempo de meta,
se le debe indicar con cuales condiciones debe empezar a temporizar, o sea a
contar el tiempo. Para ello, los temporizadores tienen una entrada denominada
START o inicio, a la cual deben llegar los contactos o entradas que sirven como
condición de arranque. Dichas condiciones, igual que cualquier otro renglón de
Ladder, pueden contener varios contactos en serie, en paralelo, normalmente
abiertos o normalmente cerrados.
Las operaciones de tiempo permiten programar los temporizadores internos del
autómata. Existen diversos tipos de temporizadores y para utilizarlos se deben
ajustar una serie de parámetros:
Arranque del temporizador: conjunto de contactos que activan el
temporizador, conectados como se desee.
Carga del tiempo: la forma habitual es mediante una constante de tiempo,
pero pueden haber otros ajustes, p.e. leyendo las entradas, un valor de una
base de datos, etc.
5.2.Los Contadores
Definidos como posiciones de memoria que almacenan un valor numérico,
mismo que se incrementa o decrementa según la configuración dada a dicho
contador. Como los temporizadores, un contador debe tener un valor prefijado
como meta o preset, el cual es un número que el usuario programa para que
dicho contador sea activo o inactivo según el valor alcanzado. Dependiendo del
software, puede ocurrir que el contador empiece en su valor de preset y cuente
hacia abajo hasta llegar a cero, momento en el cual entraría a ser activo. Nos
permitirán contar y/o descontar impulsos que enviemos al contacto que lo activa
(p.e. número de botes, sacos, piezas, etc.) entre 0 y 999.
5.3.Monoestables
7. 5
El monoestable es un elemento capaz de mantener activada una salida
durante el tiempo con el que se haya programado, desactivándola
automáticamente una vez concluido dicho tiempo. Una de sus principales ventajas
es su sencillez ya que sólo posee una entrada y una salida.
EntradaSTAR(S):Cuandoseactivaoseleproporcionaun
impulsocomienzalacuentaquetieneprogramada.
SalidaRUNNING(R):Semantieneactivadamientrasdurala cuentay
sedesactivaal finalizarla.Al igualqueconel temporizador,paraprogramarla
cuentahay queintroducirlos valoresde tiempo (Mip)y base de tiempo (Mib).
6. OPERACIONES EN UN LENGUAJE LADDER
6.1.Operaciones aritméticas
Puede haber operaciones matemáticas como sumas, restas, comparaciones,
multiplicaciones, divisiones, desplazamientos de bits, etc. Todas ellas utilizan
valores contenidos en registros de memoria referenciados a contadores, entradas,
salidas, temporizadores y demás. Las funciones matemáticas son usadas
especialmente para la manipulación de variables analógicas. Las operaciones
aritméticas con números enteros son representadas por cajas (Boxes) en las que
se indica la operación a efectuar y los operandos.
6.2.Operaciones de comparación
Un comparador es una instrucción que nos permitirá relacionar dos datos del
mismo formato (BYTE o WORD) entre sí.
6.3.Instrucciones SET yRESET
La instrucción SET activa la bobina correspondiente cada vez que enviamos un
IMPULSO, y sólo se desactivará al enviar otro a la instrucción RESET. Podemos
activar tanto salidas como marcas internas. [2]
8. 6
7. EJEMPLOS.
Figura 1. Descripción Lógica Ladder.
Fuente: http://www.rocatek.com/forum_programacion_ladder.php
Figura 2. Diagrama de Escalera.
Fuente: http://calculodeipet132.blogspot.com/2012/11/programacion-
escalera-o-scada.html
9. 7
DISCUSIÓN
La gran mayoría de los procesos industriales requieren algún tipo de
coordinación, supervisión o control. La necesaria automatización de estas
funciones puede ser llevada a cabo de muy diferentes formas, pero hasta hace
algunos años, la práctica común consistía en el control de secuencias de
operación en base a cuadros de relés y la utilización de módulos especiales para
control de variables continuas como la temperatura y tableros de indicadores
(luminosos, por ejemplo) para proveer la interfaz con un operador supervisor.
Lamentablemente, cuando tiene que cambiarse el proceso, es necesario realizar
modificaciones substanciales en el sistema de control del proceso lo cual implica
grandes costos y demoras. Se requiere algún tipo de reconfigurabilidad en el
mismo diseño inicial.
Para llevar más allá la idea de la flexibilidad, se concibe la posibilidad de
utilizar un computador especializado en el tipo de tareas que normalmente se
requiera de un control de un proceso industrial: Sensar contactos, actuación de
relés, conteo, temporización, procesamiento de señales continuas, etc. El hecho
de utilizar un computador permite, en la mayoría de los casos cambiar la
funcionalidad del control del proceso sin más que cambiar el programa, ya que en
general todos los componentes necesarios como relés auxiliares, temporizadores,
etc. se encuentran ya implementados en el software interno del mencionado
computador que es ahora el control del proceso industrial. En los casos en que las
modificaciones sean tantas que la capacidad de sistema inicial quede superada,
por lo común es posible expandirlo con hardware adicional para cumplir con las
nuevas exigencias. La especialización del computador es básicamente de dos
tipos: por un lado, y para facilitar su uso como control de proceso, debe ser
programable con facilidad por técnicos habituados al funcionamiento de los
controles más tradicionales y disponer de manera simple de todos los
componentes de un sistema de control, a los que se hacía referencia, listos para
ser utilizados. Por otra parte, el tipo de construcción y su tolerancia a condiciones
ambientales y eléctricas extremas, debe permitirle desempeñarse con
confiabilidad en todo tipo de montaje industrial. Este computador fácilmente
programable para tareas de control, y concebido para ser utilizado en un ambiente
industrial, es lo que se conoce como controlador lógico programable (PLC).
Existen diversos lenguajes de programación para los PLC, pero el llamado
Lenguaje en Escalera es el más común y prácticamente todos los fabricantes de
PLC lo incorporan como lenguaje básico de programación. El Lenguaje en
escalera es el mismo para todos los modelos existentes de PLC, lo que cambia de
fabricante a fabricante o de modelo a modelo es el micro controlador que emplea,
y por esta razón lo que difiere entre los PLC es la forma en que el software
interpreta los símbolos de los contactos en Lenguaje en Escalera.
10. 8
La clave principal para la aceptación de los PLC en la industria fue que el
lenguaje de programación inicial estaba basado en los diagramas de escalera y
símbolos electrónicos, comúnmente usados por los electricistas. Las industrias ya
estaban capacitadas en lógica de escalera y fácilmente la adoptaron para los PLC.
De hecho, la lógica de escalera todavía juega un papel muy importante en la
programación y en la localización y corrección de problemas, a pesar de que se
han desarrollado lenguajes de programación más avanzados.Con este tipo de
diagramas se describe normalmente la operación eléctrica de distinto tipo de
máquinas, y puede utilizarse para sintetizar un sistema de control y, con las
herramientas de software adecuadas, realizar la programación del PLC.
11. 9
CONCLUSIONES
El lenguaje de programación LADDER permite representar mediante el uso de
símbolos: contactos N.A. (normalmente abiertos), contactos N.C. (normalmente
cerrados), temporizadores, contadores, registros de desplazamiento, relés, etc. El
entorno de programación en ladder es el lenguaje elemental de los PLC. Estos
fueron desarrollados para reemplazar sistemas de control lógicos que utilizaban
relés, debido a esto el lenguaje inicial para su programación debería tener una
semejanza cercana con los diagramas utilizados en la lógica para relés, que
permite a los ingenieros entender este lenguaje de programación con una mínima
capacitación, ya que los símbolos básicos están normalizados según el estándar
IEC (Comisión Electrotécnica Internacional) y son empleados por todos los
fabricantes. Es por esto que es preferido por los electricistas debido a que generan
lista de instrucciones y programación por estados.
En general, es un lenguaje de programación gráfico muy popular dentro de los
Controladores Lógicos Programables (PLC), porque está basado en los esquemas
eléctricos de control clásicos, es decir, está basado en la representación grafica de
la lógica de relevadores. De este modo, con los conocimientos que todo técnico
eléctrico posee, es muy fácil adaptarse a la programación en este tipo de lenguaje.
12. 10
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] Navarro, D. (2009). PLC. [Documento en Línea]. Disponible en:
http://es.scribd.com/doc/12944471/30/Lenguaje-escalera-LADDER.
(Consultado el 20 de Marzo de 2014).
[2] Diagrama de contactos (Ladder). [Documento en Línea]. Disponible
en:http://www.ing.unlp.edu.ar/electrotecnia/procesos/apuntes/Diagrama%2
0Escalera.pdf. (Consultado el 20 de Marzo de 2014).
