control lógico programable

Ing. Héctor Chire Ramírez
1

 Un PLC es un equipo electrónico de control basado en un
microprocesador con un cableado interno (hardware)
independiente del proceso a controlar, que se adapta a dicho
proceso mediante un programa (software) que contiene la
secuencia de operaciones a realizar. Esta secuencia se define
sobre señales de entrada y salida al proceso, cableadas
directamente en los bornes de conexión del PLC.
 Las señales de entrada provienen de sensores. Las señales de
salida son digitales todo o nada o analógicas que se envían a los
elementos indicadores y actuadores del proceso.
 El PLC gobierna las señales de salida según el programa de
control previamente almacenado en una memoria, a partir del
estado de las señales de entrada.

Controladores Lógicos Programables/MASB 2

 Un PLC se compone esencialmente de los siguientes bloques:
› Unidad central de proceso (CPU).
› Módulos de memorias: internas y de programa.
› Interfaces de entrada y salida.
› Fuente de alimentación.
 Las interfaces E/S están diseñadas para interconectar al PLC con
procesos industriales, con señales de diversos tipos:
› tensiones continuas 12/24/48 V dc,
› tensiones alternas 110/220 V ac,
› analógicas de 0 -10 V o 4 - 20 mA,
› por relé, entre otras.


 Todos los controladores lógicos programables, poseen un de las
siguientes estructuras.
 Compacta: En un solo módulo están todos los bloques (micro
PLC).
 Modular:
› Estructura americana: Separa los bloques de entrada/salida del resto
del PLC.
› Estructura europea: Cada módulo es una función (fuente de
alimentación, CPU, E/S, etc.).


S7-400
Autómatas de gama
alta

S7-300
Autómatas de gama media
+ Herramientas de
programación

S7-200
+ Software STEP 7/
STEP 7 Micro/WIN
+ Comunicación
Autómatas de gama baja: microautómatas + Manejo y visualización


PS CPU SM: SM: SM: SM: CP FM SM IM
DI DO AI AO


S7-400: Diseño de la CPU (1ª Parte)

D I 32xD C 24V C P U 4 1 4 -2
X 2 X 2
3 4 3 4
421 - 1BL00 - 0AA0 414 - 2XG 00 - 0AB0

IN T F IN T F DP IN T F
EXTF EXTF EXTF
BUSF

FRCE FRCE
CRST CRST

RUN RUN
STO P STO P
CRST
W RST Selector de Tipo de CRST
W RST

R U N -P
RUN Arranque R U N -P
RUN

STO P
CM R ES
Selector de Modo STO P
CM RES

X3

X1 X1

E X T .-B A T T . E X T .-B A T T .

e.g. CPU412-1 5 ...1 5 V D C 5 ...1 5 V D C e.g. CPU416-2DP

* para otras CPUs ver catálogo


D I 32xD C 24V C P U 4 1 4 -2
X 2 X 2
3 4 3 4
421 - 1BL00 - 0AA0 414 - 2XG 00 - 0AB0

IN T F
EXTF LEDs de Fallo para IN T F
EXTF
DP IN T F
EXTF LEDs de fallo
BUSF

fallos generales de para el interfase
FRCE
CRST la CPU FRCE
CRST
DP integrado
RUN RUN
STO P STO P
CRST CRST
W RST W RST

R U N -P R U N -P
RUN RUN

STO P STO P
CM R ES CM RES

Interfase DP
Slot para Memory
Card X3

Interfase MPI
X1 X1

E X T .-B A T T . E X T .-B A T T .

5 ...1 5 V D C
Batería Externa
5 ...1 5 V D C

Auxiliar


12
CP:
- Punto-a-Punto
- PROFIBUS
- Ethernet Industrial
FM:
- Contaje
SM:
AO

- Posicionamiento
- Control en
Lazo Cerrado
SM:
AI

Controladores Lógicos Programables/MASB
SM:
DO
SM:
(opcional) DI
CPUIM
(opcional)
PS

SIMATIC S7-
200

La Familia de Micro-PLCs con
calidad SIMATIC


EM 221

SIEMENS SF I0.0 I1.0 Q0.0 Q1.0 CPU 214 DI 8 x DC24V
RUN I0.1 I1.1 Q0.1 Q1.1 I.0
STOP I0.2 I1.2 Q0.2 I.1
I0.3 I1.3 Q0.3 I.2
I0.4 I1.4 Q0.4 I.3
I0.5 I1.5 Q0.5 I.4
I0.6 Q0.6 I.5
I0.7 Q0.7
I.6
SIMATIC
I.7
S7-200


CP242 - 2

EM EM CP


Selector de Modo
Salidas
Memory Card

Potenció metro

SIEMENS SF I0.0 Q0.0 CPU 212
RUN I0.1 Q0.1
STOP I0.2 Q0.2
I0.3 Q0.3
I0.4 Q0.4
I0.5 Q0.5
I0.6
I0.7

para DI/DO integradas
Indicadores de estado
SIMATIC
S7-200
Indicadores

Conexió n PPI
de Estado
Entradas


CPU 224. La CPU
CPU 222 Compacta
CPU 221 de Altas Prestaciones

CPU 226
Altas Prestaciones
en Comunicaciones

CPU 226 XM, con
doble memoria


CPU 221 CPU 222 CPU 224 CPU 226 226 XM
 E/S integradas 6 DI / 4 DO 8 DI / 6 DO 14 DI /10 24 DI /16 24 DI /16
 Máx. nº E/S con EMs - 40 / 38 DO DO DO
 Máx. nº de canales 10 78 94 / 74 128 / 120 128 / 120
 Canales Analógicos - 8 / 4 / 10 168 248 248
Mem. de programa/datos KB / 2 KB
4 4 KB / 2 KB 28 / 14 / 35 28 / 14 / 35 28 / 14 / 35
 Tiempo de ejec/instruc. 0,37 µs 0,37 µs 8 KB / 5 KB 8 KB / 5 KB 16 KB/10
0,37 µs 0,37 µs KB
 Marc./Contad./Temp. 256/256/256 256/256/25
6 256/256/25 256/256/25 0,37 µs
 Contadores rápidos 4 x 30 kHz
4 x 30 kHz 6 6 256/256/25
 Reloj en tiempo real optional
6 x 30 kHz 6 x 30 kHz 6
 Salidas de impulsos 2 x 20 kHz optional
Integrado Integrado 6 x 30 kHz
 Puertos de comun. 1 x RS 485 2 x 20 kHz
2 x 20 kHz 2 x 20 kHz Integrado
 Potenciómetros anal. 1 1 x RS 485
1 x RS 485 2 x RS 485 2 x 20 kHz
1
2 2 2 x RS 485
2

 Los PLC son máquinas secuenciales que ejecutan
correlativamente las instrucciones indicadas en el programa de
usuario almacenado en su memoria, generando unas señales de
mando a partir de las señales de entrada leídas de la planta. Al
detectarse cambio en las señales de entrada, el PLC reacciona
según el programa hasta obtener las órdenes de salida
necesarias. Esta secuencia se ejecuta continuamente y se
denomina scan.
 La secuencia de operación tiene tres fases:
› Chequeo del estado de las entradas
› Ejecución del programa.
› Actualización del estado de las salidas.


 El tiempo total que emplea el PLC para realizar un ciclo de
operación se llama tiempo de ejecución de ciclo (scan time).
 El tiempo mencionado depende de:
› El número de entradas/salidas.
› La longitud del programa de usuario.
› El número y tipo de periféricos conectados al PLC.
 Para un PLC estándar que necesite unas 1000 instrucciones, el
tiempo de ciclo total es del orden de 20 ms.


Scan


Los cambios en entradas 1 y 2 son “vistas” en los scan siguientes.
El cambio de estado en entrada 3 no es “visto” nunca.


Para evitar lo no detección de los cambios en entradas:

a) Pulse stretch function b) Interrupt function


 Se define lenguaje de programación , al conjunto de
símbolos y textos inteligibles por la unidad de programación
que le sirve al usuario para codificar sobre el PLC las leyes de
control deseadas.
 Pasos de la programación:
› 1°) Definir el orden en que debe actuar el controlador (mediante
diagrama de flujo o GRAFCET).
› 2°) Identificar los componentes de entrada/salida.
› 3°) Representar las acciones a realizar (instrucciones literales o
símbolos).
› 4°) Asignar direcciones de E/S o internas a cada componente.
› 5°) Codificar la representación anterior en instrucciones o
símbolos.
› 6°) Transferir las instrucciones a la memoria del PLC.
› 7°) Depurar el programa y obtener copia de seguridad.


 2.4.1 Funciones algebraicas Se
obtienen aplicando el álgebra de Boole.

› Ejemplo: La alarma S debe activarse cuando el contacto C está
cerrado y los contactos A y B en estados opuestos. La
función booleana será:

_ _
S = (A .B + A.B).C


 2.4.2 Esquema de relés
Basado en símbolos de contactos abierto-cerrado. Ejm:
Para el caso de la alarma:
L1
A
A

B B

C

S
N


 2.4.3 Diagramas lógicos
Mediante puertas que representan funciones lógicas.
Ejm: Para el caso de la alarma:

A
B &
>=1
& S
C
&


 2.4.4 Representación GRAFCET
Representa directamente la sucesión de las “etapas”
dentro de un ciclo de producción, separadas por
“transiciones” o condiciones de salto entre unas y otras.
Ejm:

0 Etapa inicial

X

1 Acciones de etapa 1
Y
X,Y,Z: 2 Acciones de etapa 2
Transiciones
Z


 Representación GRAFCET

› Luego de activarse la etapa inicial, el ciclo se desarrolla etapa por
etapa.
› Mientras una etapa está activa, el control:
 ejecuta las acciones o función de mando asociadas a la etapa,
 consulta las condiciones de transición para el salto a la siguiente etapa.
› Tanto la ejecución de las acciones de la etapa como la consulta de las
condiciones de transición pueden representarse por cualquiera de los
modelos anteriores, especialmente el esquema de relés .


 La función de la interfaz es enlazar dos componentes a nivel de
hardware y a nivel de código.
 De acuerdo al sentido del enlace hay dos tipos:
› Unidireccionales: Transferencia de información en un solo sentido.
› Bidireccionales: Transferencia en ambos sentidos: half-duplex o full-
duplex.
 Dependiendo del tipo de señales que emplee, se tiene:
› Todo-nada: Un solo bit.
› Analógicos: 0 - 10 V, 4 - 20 mA.
› Digitales: 8, 16,...bits.
 Existen interfaces específicas que permiten la conexión con
elementos o procesos particulares de la planta, realizando
funciones que van desde la lectura de termocuplas hasta la
presentación de información y control SCADA.


De entrada


De salida


 Identificadas las variables de entrada y salida, hay que
asignarles las direcciones de bornes donde irán conectadas. En
el caso de variables internas hay que asignarles el elemento de
memoria donde se depositarán.
 Las direcciones E/S absolutas propias de PLC compactos están
formadas por un solo campo.
 Las direcciones relativas en PLC modulares, tienen dos campos:
› dirección del módulo sobre el bastidor,
› dirección del borne de conexión sobre el módulo.
› Ejm:
 IN 5.7 : entrada 7 del módulo 5.
 OUT 25/1 : salida 25 del módulo 1.
 IR 12 : relé interno número 12.
 TIM 6 : temporizador 6.
 Las señales E/S de varios bits ocupan varios puntos físicos.


El motor se activará cuando el nivel esté bajo y se apagará
cuando el nivel está alto.
Los sensores de nivel son NC (normalmente cerrados).

Sensor de nivel bajo: 0000
Sensor de nivel alto: 0001
Motor: 0500
Relay interno: 1000


Programa en diagrama de contactos


Funcionamiento del programa
1) Inicialmente el tanque está vacío (ent. 0000 y 0001 cerradas).
El motor empieza funcionar.

Scan 1 Scan 2 al 100


2) Suponga que después de 100 scans el nivel de aceite alcanza
al sensor de nivel bajo, el cual se abre.

Scan 101 al 1000


3) Suponga que después de 1000 scans el nivel alcanza al sensor
de nivel alto, el cual se abre. Se apaga el motor.

Scan 1001 Scan 1002


4) Si después de 1050 scans el nivel desciende del nivel alto, en-
tonces el sensor correspondiente se cierra.

Scan 1050

5) El nivel sigue descendiendo hasta llegar al nivel bajo, cerrándose
el sensor correspondiente. En este instante se regresa a la situación
del scan 1 y se repite la operación.


Contador Temporizador


Transferencia de datos Comparación

MOV CMP
xxxx xxx
yyyy yyy


 Menor tiempo de elaboración de proyectos.
 Posibilidad de añadir modificaciones sin costo añadido en otros
componentes.
 Mínimo espacio de ocupación.
 Mantenimiento económico.
 Posibilidad de gobernar varias máquinas con el mismo PLC.
 Menor tiempo en puesta de funcionamiento.
 Permite realizar diagnóstico de fallas.
 Si el PLC queda pequeño para el proceso industrial puede seguir
siendo de utilidad en otras máquinas o sistemas de producción.
 Menor costo de mano de obra.


 Anteproyecto
› Estudio del proceso o máquina a controlar.
› Especificación de los actuadores.
› Especificación de la parte de control o mando.
› Diagrama de flujo o GRAFCET del proceso.
› Prever condiciones de funcionamiento (cargas, condiciones del
entorno, ampliaciones,etc).
› Prever las formas de marcha y paro tanto en funcionamiento
normal como en caso de fallas.
 Proyecto de la parte operativa
› Elección de actuadores.
› Proyecto de enlace del proceso con otras partes relacionadas.


 Proyecto de la parte de control o mando
› Diagrama de detalle del proceso con los actuadores.
› Elección de los sensores y elementos de mando para el operador.
› Proyecto de las seguridades.
› Estudio de necesidades de comunicación con otros controladores y
con el operador.
› Elección de sensores, bloques de control y drivers para los
actuadores.
› Determinación del número y tipo de E/S.
› ELECCION DEL PLC.
› Asignación de entradas y salidas a sensores y actuadores.
› Esbozo del programa.
› Elaboración de documentación para la instalación.


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