automatización industrial práctica con equipo festo controlado

UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INGENIERÍA
CIUDAD MENDOZA, VER.
TRABAJO PARA ACREDITAR LA EXPERIENCIA RECEPCIONAL
DE LA CARRERA:
INGENIERIO MECÁNICO ELECTRICISTA
TÍTULO:
“AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL PRÁCTICA CON EQUIPO FESTO
CONTROLADO MEDIANTE PLC”
MODALIDAD:
MONOGRAFIA
PRESENTAN:
Manuel Alejandro Vera Paz
Sergio Augusto Herrera Martínez
Asesor:
M.C. Jesús Medina Cervantes
CIUDAD MENDOZA, VER, OCTUBRE 2012
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL PRÁCTICA CON EQUIPO FESTO CONTROLADO MEDIANTE PLC
AGRADECIEMIENTOS
Primero y antes que nada, dar gracias a Dios, por estar conmigo en cada paso
que doy, por fortalecer mi corazón e iluminar mi mente y por haber puesto en mi
camino a aquellas personas que han sido mi soporte y compañía durante todo el
periodo de estudio
Agradecemos a la Universidad Veracruzana y a todo su plantel docente de la
Carrera Ingeniería Mecánica Eléctrica por brindarnos los medios y conocimientos
necesarios para acceder a una formación académica que nos permitirá
desempeñarnos profesionalmente en el futuro próximo.
Con mayor gratitud por los esfuerzos realizados para que yo lograra terminar mi
carrera profesional siendo para mí la mejor herencia. A mi madre Lidia Paz Ortiz
que es el ser más maravilloso de todo el mundo. Gracias por el apoyo moral, tu
cariño y comprensión que desde niño me has brindado, por guiar mi camino y
estar junto a mí en los momentos más difíciles. A mi padre Manuel de Jesús Vera
Ramos porque desde pequeño ha sido para mí un gran hombre al que siempre he
admirado. Gracias por guiar mi vida con energía, esto ha hecho que sea lo que
soy.
A mis hermanos Lic. Sandra luz, M.A.E Francisco Javier, Nancy y Alma Lidia
sabiendo que jamás encontraré la forma de agradecer su constante apoyo y
confianza, sólo espero que comprendan que mis ideales, esfuerzos y logros han
sido también suyos e inspirados en ustedes.
A mi tio por ser un ejemplo a seguir Ing. Víctor, a mis abuelitos Manuel y Teresita,
incluyendo también a mi tía margarita y mi tia Juanita.
En especial quiero agradecer todo el apoyo recibido y buena predisposición
totalmente desinteresada, Al M.C Jesús Medina Cervantes quien nos guio durante
todo este proceso ofreciéndonos sus conocimientos y horas de su tiempo.
También al Ing. Takashi Muneta y todos los integrantes del Restaurant MiKASA,
que de forma directa o indirecta me han apoyado hasta hoy en dia. ¡¡¡¡Mil
gracias!!!
A mis amigos y compañeros de la escuela Alan Muños, Alberto Lino, Jesús
Escalante, Gloria santa, Javier Castillo, Jhair peña, Uriel Gutiérrez, Luis German,
Heriberto, Miriam García, Monserrat Gonzales.
No podría faltar Beatriz Esperides que me apoyo incondicionalmente.
Manuel Alejandro Vera Paz
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL PRÁCTICA CON EQUIPO FESTO CONTROLADO MEDIANTE PLC
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A dios
Por haberme dado fuerza suficiente y haberme guiado en esta etapa que fue la universidad.
Le doy gracias por haberme dado salud ya que sin esta no habría podido lograr nada de esto
que estoy logrando ahora.
A mi madre
Por haberme dado esos ánimos y a veces esos regaños que me ayudaron a seguir adelante
cada día y así por fin hoy terminar mis estudios. Gracias por su apoyo incondicional.
A mi padre
Porque siempre me brindó apoyo cuando lo necesité. Siempre estuvo al pendiente de mí
durante esta etapa. Gracias por todo.
A mi novia
Porque también fue parte de esta historia ya que convivió conmigo durante todo este tiempo
que duró la universidad. Gracias por su apoyo y por haber estado ahí siempre.
A mis maestros
Por haberme brindado su apoyo y conocimiento en el aula, por comprender y ayudar al
alumno siempre. Muchas gracias.
De corazón gracias, porque es por todos ustedes que hoy estoy yo aquí logrando cumplir
con esta meta.
Sergio Augusto Herrera Martínez
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CAPITULO I .......................................................................................................................... 1
INTRODUCCION .............................................................................................................. 1
1.1Objetivo ..................................................................................................................... 2
1.2 Justificación .............................................................................................................. 2
1.3 Historia y Desarrollo de la Automatización. ............................................................ 3
1.4 Objetivos de la automatización. ............................................................................. 10
1.5 Industrias donde se aplica la automatización industrial. ........................................ 10
1.6 Clases de automatización........................................................................................ 12
Capítulo II ............................................................................................................................. 13
ARQUITECTURA INTERNA AUTÓNOMA PROGRAMABLE O PLC ..................... 13
2.1 Fuente de alimentación ........................................................................................... 15
2.2 Estructura externa ................................................................................................... 20
2.3 Estructura Interna ................................................................................................... 21
2.4 Memoria Autómata ................................................................................................ 22
2.5 Memorias de un PLC .............................................................................................. 23
2.6 Cpu ......................................................................................................................... 24
2.7 Unidades de Entrada y Salida ................................................................................. 25
2.8 Interfaces ................................................................................................................ 25
2.9 Equipos o unidades de programación ..................................................................... 28
2.10 Dispositivos periféricos ........................................................................................ 29
2.11 Características generales de un sistema basado en PLC....................................... 29
CAPÍTULO III ..................................................................................................................... 30
PLC’s ................................................................................................................................ 30
3.1
Programa y lenguaje de programación ............................................................... 31
3.2
Tipos de lenguajes de programación de Plcs ..................................................... 32
3.3
La norma IEC 1131-3. ........................................................................................ 32
3.4
Elementos de programación ............................................................................... 34
3.5
Lenguaje booleano (Lista de Instrucciones)....................................................... 35
3.6
Diagrama de funciones (FBD) ........................................................................... 36
3.7
Lenguaje de texto estructurado (ST) .................................................................. 36
3.8
Sequential function chart (SFC)......................................................................... 37
3.9
El lenguaje KOP (escalera) o "Ladder"............................................................. 38
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL PRÁCTICA CON EQUIPO FESTO CONTROLADO MEDIANTE PLC
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3.10
Campos de aplicación ..................................................................................... 47
CAPITULO IV ..................................................................................................................... 49
PROGRAMACIÓN CON WIN FST 4.10. ...................................................................... 49
4.1 Primeros pasos ........................................................................................................ 49
4.2 Creación de un nuevo proyecto .............................................................................. 50
4.3 Creación de un programa ........................................................................................ 51
4.4 Configuración de Entradas/Salidas. .............................................................................. 53
4.5 Declaración de las variables. ....................................................................................... 55
4.6 Ejercicios ................................................................................................................ 56
CONCLUSIONES ............................................................................................................ 70
GLOSARIO DE TÉRMINOS ......................................................................................... 71
Índice de figuras ................................................................................................................. a
Bibliografía ......................................................................................................................... d
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL PRÁCTICA CON EQUIPO FESTO CONTROLADO MEDIANTE PLC
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CAPITULO I
INTRODUCCION
Por siglos el ser humano ha construido máquinas que imiten las partes del cuerpo
humano. Los antiguos egipcios unieron brazos mecánicos a las estatuas de sus
dioses. Estos brazos fueron operados por sacerdotes, quienes clamaban que el
movimiento de estos era inspiración de sus dioses. Los griegos construyeron
estatuas que operaban con sistemas hidráulicas, los cuales se utilizaban para
fascinar a los adoradores de los templos. Durante los siglos XVII y XVIII en Europa
fueron construidos muñecos mecánicos muy ingeniosos que tenían algunas
características de robots.
El desarrollo en la tecnología, donde se incluyen las poderosas computadoras
electrónicas, los actuadores de control retroalimentados, transmisión de potencia a
través de engranes, y la tecnología en sensores han contribuido a flexibilizar los
mecanismos autómatas para desempeñar tareas dentro de la industria. Son varios
los factores que intervienen para que se desarrollaran los primeros robots en la
década de los 50's. La investigación en inteligencia artificial desarrolló maneras de
emular el procesamiento de información humana con computadoras electrónicas e
inventó una variedad de mecanismos para probar sus teorías (A. Porras, 1990).
Como se ha visto, las tendencias de globalización y segmentación internacional de
los mercados son cada vez más acentuadas. Y como estrategia para enfrentar
este nuevo escenario, la automatización representa una alternativa que es
necesario considerar. Los países de mayor desarrollo, poseen una gran
experiencia en cuanto a automatización se refiere y los problemas que ellos
enfrentan en la actualidad son de características distintas a los nuestros. Por lo
cual es necesario precisar correctamente ambas perspectivas.
La extraordinaria versatilidad de las computadoras en todos los campos de la
actividad humana, así como su progresiva miniaturización han hecho posible
traspasar el umbral de los grandes centros de cómputo y el uso restringido de una
casta de especialistas de programadores, para convertirse en la herramienta
obligada de cualquier persona.
En los sistemas de control discreto realizados con relés se tenía una lógica de
control fija, alambrada en un panel. Hoy en día, mediante los controladores
programables, se consigue una lógica de control configurable por programa que es
fácil de modificar.
Los primeros controladores programables fueron introducidos a partir del año
1969, en los cuales las funciones de relé fueron reemplazadas por una lógica de
estado sólido, manteniendo la notación lógica de diagrama de escalera, usada
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para especificar y documentar lógica de relés. Estos primeros controladores
operaban en base a un programa fijo, definido por las conexiones entre
dispositivos.
El problema de los relés era que cuando los requerimientos de producción
cambiaban también lo hacía el sistema de control. Esto comenzó a resultar
bastante caro cuando los cambios fueron frecuentes. Dado que los relés son
dispositivos mecánicos y poseen una vida limitada se requería una estricta
manutención planificada.
Por otra parte, a veces se debían realizar conexiones entre cientos o miles de
relés, lo que implicaba un enorme esfuerzo de diseño y mantenimiento.
Los "nuevos controladores" debían ser fácilmente programables por ingenieros de
planta o personal de mantenimiento. El tiempo de vida debía ser largo y los
cambios en el programa tenían que realizarse de forma sencilla. Finalmente se
imponía que trabajaran sin problemas en entornos industriales adversos. La
solución fue el empleo de una técnica de programación familiar y reemplazar los
relés mecánicos por relés de estado sólido.
Los 90 han mostrado una gradual reducción en el número de nuevos protocolos, y
en la modernización de las capas físicas de los protocolos más populares que
sobrevivieron a los 80. El último estándar (IEC 1131-3) intenta unificar el sistema
de programación de todos los PLC en un único estándar internacional.
Ahora disponemos de PLC's que pueden ser programados en diagramas de
bloques, lista de instrucciones, C y texto estructurado al mismo tiempo.
1.1Objetivo
Describir el funcionamiento básico y los lenguajes de programación de un
controlador lógico programable, mediante ejemplos de aplicación de uso frecuente
en el sector industrial, demostrando su utilidad e importancia para la simplificación
de los sistemas y la mejora en la calidad general de los procesos.
1.2 Justificación
El desarrollo de esta monografía es motivado por la necesidad de complementar
los conocimientos sobre automatización neumática industrial que se adquieren
durante el curso de la carrera. En la región existe una gran cantidad de empresas
que poseen sistemas de automatización neumática que utilizan entre sus
componentes equipo de la empresa FESTO y por ello es muy importante que los
egresados de la carrera de Ingeniería Mecánica Eléctrica e Ingeniería Industrial
estén familiarizados con su uso. Esta monografía presentará la metodología
básica para la creación programas de control mediante PLC de sistemas de
automatización, con ejemplos de aplicación en la industria.
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL PRÁCTICA CON EQUIPO FESTO CONTROLADO MEDIANTE PLC
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1.3 Historia y Desarrollo de la Automatización.
Las ideas y las invenciones de muchos matemáticos, científicos, e ingenieros
allanaron el camino para el desarrollo de la computadora moderna. En un sentido,
la computadora tiene realmente tres fechas una como calculadora mecánica,
cerca de 500 a.c, otra como concepto (1833), y la tercera del nacimiento como la
computadora digital moderna (1946) (Vallejo H. D., 2008).
La primera calculadora mecánica, fue un sistema de barras y de bolas móviles
llamados el ábaco, fue ideada en Babilonia alrededor de 500 a.c. El ábaco
proporcionó el método más rápido de calcular hasta 1642, cuando el científico
francés Pascal Blaise inventó una calculadora hecha de ruedas y de dientes.
Cuando la rueda de las unidades se movía una revolución (más allá de diez
muescas), se movía la muesca de la rueda de las decenas; cuando la rueda de las
decenas se movía una revolución, se movía la muesca de la rueda de los
centenares; etcétera. Mejoras en la calculadora mecánica de Pascal fueron
llevadas a cabo por los científicos e inventores tales Gottfried Wilhelm Leibniz,
W.T. Odhner, Dorr E. Felt, Frank S. Baldwin y Jay R. Monroe.
El concepto de la computadora moderna primero fue contorneado en 1833 por el
matemático británico Charles Babbage. Su diseño de un "motor analítico" contuvo
todos los elementos necesarios de una computadora moderna: dispositivos de
entrada de información, un almacén (memoria), un molino (unidad que cómputo),
una unidad de control, y dispositivos de salida. El diseño llevó más de 50,000
piezas móviles en una máquina de vapor tan grande como una locomotora. La
mayoría de las acciones del motor analítico eran realizadas utilizando tarjetas
perforadas, una adaptación al método que ya era usado para controlar máquinas
de cosido automático de seda. Aunque Babbage trabajó en el motor analítico por
casi 40 años, él nunca construyó realmente una máquina de trabajo.
En 1889 Herman Hollerith, inventor americano, patentó una máquina calculadora
que contó, comparó y ordenó la información guardada en tarjetas perforadas.
Cuando las tarjetas eran colocadas en su máquina, presionaban una serie de
contactos del metal que correspondía a la red de perforaciones potenciales.
Cuando un contacto encontraba en un agujero (perforado para representar la
edad, ocupación, etcétera), cerraba un circuito eléctrico y aumentaba la cuenta
para esa categoría. Su máquina primero fue utilizada para ayudar a clasificar la
información estadística para el censo 1890 de Estados Unidos.
En 1896 Hollerith fundó la Compañía de Máquinas de Tabulación para producir
máquinas similares. En 1924, después una numerosa fusión, la compañía cambió
su nombre a International Bussines Machine Corporation (IBM). IBM hizo de la
maquinaria de tarjetas de oficina un negocio dominante en los sistemas de
información hasta que tarde en los años 60, cuando una nueva generación de
computadoras hizo obsoleta a la máquina de tarjetas.
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL PRÁCTICA CON EQUIPO FESTO CONTROLADO MEDIANTE PLC
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En los últimos 20 y 30 años, varios nuevos tipos de calculadoras fueron
construidos. Vannevar Bush, ingeniero americano, desarrolló el analizador
diferenciado, la primera calculadora capaz de solucionar ecuaciones diferenciales.
Su máquina calculaba con números decimales y por lo tanto requirió centenares
de engranajes y ejes para representar los varios movimientos y lazos de los diez
dígitos.
En 1939 los físicos americanos John V. Atanasoff y Clifford Berry produjeron el
prototipo de una computadora en el sistema de numeración binario. Atanasoff
pensaba que un número binario era mejor para satisfacer los cómputos que los
números decimales porque dos dígitos 1 y 0 pueden ser representados fácilmente
por un circuito eléctrico, que sería encendido o apagado. Además, George Boole,
matemático británico, había ideado ya un sistema completo de la álgebra binaria
que se pudo aplicar a los circuitos de la computadora.
La computadora moderna creció fuera de los esfuerzos intensos de la
investigación montados durante la Segunda Guerra Mundial. Desde 1941 el
inventor alemán Konrad Zuse produjo una computadora operacional, la Z3, que
fue utilizado en los diseños de aviones y de misiles. El gobierno alemán rechazó
ayudarle a refinar la máquina, sin embargo, la computadora nunca alcanzó su
potencia completa.
Un matemático de Harvard nombrado Howard Aiken dirigió el desarrollo de la
Calculadora Controlada de Secuencia Automática de Harvard-IBM, conocida más
adelante como la Marca I una computadora electrónica que utilizó 3,304 relés
electromecánicos como interruptor encendido-apagado. Terminada en 1944, su
función primaria era crear las tablas balísticas para hacer la artillería de la marina
más exacta.
La primera computadora completamente electrónica, que utilizó los tubos de en
vez de los relés mecánicos, era tan secreta que su existencia no fue revelada
hasta décadas después de que fuera construida. Inventada por el matemático
inglés Alan Turing y puesta en operación antes de 1943, el Colossus era la
computadora con que los criptógrafos británicos rompían los códigos secretos
militares de los alemanes.
Como Colossus fue diseñado para solamente una tarea, la distinción como la
primera computadora electrónica moderno de uso general pertenece
correctamente a ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator).
Diseñada por dos ingenieros americanos, Juan W. Mauchly y J. Presper Eckert,
Jr., ENIAC entró servicio en la universidad de Pennsylvania en 1946. Su
construcción era una enorme hazaña de ingeniería la máquina de 30 toneladas
contuvo 17,468 tubos de vacío conectados por 500 millas (800 kilómetros) de
cableado. ENIAC realizó 100,000 operaciones por segundo. La invención del
transistor en 1948 trajo una revolución en el desarrollo de la computadora. Los
tubos de vacío calientes, no fiables fueron substituidos por los transistores
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pequeños del germanio (luego silicio) que generaban poco calor con todo
funcionado perfectamente como los interruptores o los amplificadores.
El descubrimiento en la miniaturización de la computadora vino en 1958, cuando
Jack Kilby, ingeniero americano, diseñó el primer circuito integrado verdadero. Su
prototipo consistió en una oblea del germanio que incluyó los transistores, las
resistencias y los condensadores, los componentes principales del trazado de
circuito electrónico. Usando chips de silicio menos costosos, los ingenieros
tuvieron éxito en poner más y más componentes electrónicos en cada chip. El
desarrollo de la integración en gran escala (LSI) permitió abarrotar centenares de
componentes en un chip; la integración a muy gran escala (VLSI) hizo crecer ese
número a los centenares de millares; y los ingenieros proyectan que las técnicas
de integración ultra grande (ULSI) permitirán ser colocados alrededor de 10
millones de componentes en un microchip el tamaño de una uña.
Otra revolución en tecnología del microchip ocurrió en 1971 en que el ingeniero
americano Marcian E. Hoff combinó los elementos básicos de una computadora
en un chip de silicio minúsculo, que llamó microprocesador.
Este
microprocesador Intel 4004 y centenares de variaciones que las siguieron son las
computadoras dedicadas que hacen funcionar millares de productos modernos y
forman el corazón de casi cada computadora electrónica de uso general.
A mediados de los años setenta, los microchips y los microprocesadores habían
reducido drásticamente el costo de los millares de componentes electrónicos
requeridos en una computadora. La primera computadora de escritorio accesible
diseñada específicamente para el uso personal fue llamada la Altair 8800 y
vendida por Micro Instrumentation Telemetry Systems en 1974. En 1977 Tandy
Corporation se convirtió en la primera firma principal del elemento electrónico para
producir una computadora personal. Agregaron un teclado y un CRT a su
computadora y ofrecieron medios de guardar programas en una grabadora.
Pronto, una compañía pequeña llamada Apple Computer, fundado por el ingeniero
Stephen Wozniak y los trabajos de Steven Jobs, comenzó a producir una
computadora superior (A. Porras, 1990).
La IBM introdujo su computadora personal, o PC, en 1981. Como resultado de la
competencia de los fabricantes de clones (computadoras que funcionaron
exactamente como una PC IBM), el precio de computadoras personales cayó
drásticamente. La computadora personal de hoy es 200 veces más rápida que
ENIAC, 3,000 veces más ligera, y vario millones de dólares más barata. En la
rápida sucesión de computadoras se ha contraído del modelo de escritorio a la
computadora portátil y finalmente a la del tamaño de la palma. Con algunas
computadoras personales la gente puede incluso escribir directamente en una
pantalla de cristal líquido usando una aguja electrónica pequeña y las palabras
aparecerán en la pantalla en mecanografiado limpio.
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La investigación en inteligencia artificial está procurando diseñar una computadora
que pueda imitar los procesos y las habilidades propias del pensamiento del ser
humano como el razonamiento, solucionar problemas, toma de decisiones y
aprender. Se cree que la inteligencia humana tiene tres componentes principales:
sentido, capacidad de clasificar y de conservar conocimiento, y capacidad de
hacer elecciones basadas en la experiencia acumulada.
Los sistemas expertos o los programas de computadora que simulan los
procedimientos de toma de decisión de humanos expertos, ya existen y exhiben
los componentes segundos y terceros de la inteligencia. INTERNIST, por ejemplo,
es un sistema informático que puede diagnosticar 550 enfermedades y
desórdenes humanos con exactitud tal como la de los doctores humanos expertos.
Hace veinte años el espacio y la distancia eran obstáculos formidables de lo que
podía o no hacerse con la computadora. Pero hoy en día la micro miniaturización y
las comunicaciones de datos han eliminado estos obstáculos. La micro
miniaturización de la circuitería electrónica ha hecho posible colocar computadoras
en relojes de pulsera, y los satélites de comunicaciones permiten que
computadoras ubicadas en extremos opuestos del globo se comuniquen e
intercambien información una con otra. Estas páginas están disponibles para
cualquier persona a través del INTERNET alrededor del mundo. Ahora la puerta
está abierta y el futuro es simplemente impredecible.
La extraordinaria versatilidad de las computadoras en todos los campos de la
actividad humana, así como su progresiva miniaturización han hecho posible
traspasar el umbral de los grandes centros de cómputo y el uso restringido de una
casta de especialistas de programadores, para convertirse en la herramienta
obligada de cualquier persona.
La automatización como una disciplina de la ingeniería que es más amplia que un
mero sistema de control, abarca la instrumentación industrial, que incluye los
sensores, transmisores de campo, los sistemas de control y supervisión, los
sistemas de transmisión y recolección de datos y las aplicaciones de software en
tiempo real para supervisar, controlar las operaciones de plantas o procesos
industriales.
Las primeras máquinas simples sustituían una forma de esfuerzo en otra forma
que fueran manejadas por el ser humano, tal como levantar un peso pesado con
sistema de poleas o con una palanca. Posteriormente las máquinas fueron
capaces de sustituir formas naturales de energía renovable, tales como el viento,
mareas, o un flujo de agua por energía humana.
Los botes a vela sustituyeron a los botes de remos. Todavía después, algunas
formas de automatización fueron controladas por mecanismos de relojería o
dispositivos similares utilizando algunas formas de fuentes de poder artificiales algún resorte, un flujo canalizado de agua o vapor para producir acciones simples
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y repetitivas, tal como figuras en movimiento, creación de música, o juegos.
Dichos dispositivos caracterizaban a figuras humanas, fueron conocidos como
autómatas y datan posiblemente desde 300 AC.
En 1801, la patente de un telar automático utilizando tarjetas perforadas fue dada
a Joseph Marie Jacquard, quien revolucionó la industria del textil.
La parte más visible de la automatización actual puede ser la robótica industrial.
Algunas ventajas son repetitividad, control de calidad más estrecho, mayor
eficiencia, integración con sistemas empresariales, incremento de productividad y
reducción de trabajo. Algunas desventajas son requerimientos de un gran capital,
decremento severo en la flexibilidad, y un incremento en la dependencia del
mantenimiento y reparación. Por ejemplo, Japón ha tenido necesidad de retirar
muchos de sus robots industriales cuando encontraron que eran incapaces de
adaptarse a los cambios dramáticos de los requerimientos de producción y no
eran capaces de justificar sus altos costos iniciales.
Para mediados del siglo XX, la automatización había existido por muchos años en
una escala pequeña, utilizando mecanismos simples para automatizar tareas
sencillas de manufactura. Sin embargo el concepto solamente llego a ser
realmente práctico con la adición (y evolución) de las computadoras digitales, cuya
flexibilidad permitió manejar cualquier clase de tarea. Las computadoras digitales
con la combinación requerida de velocidad, poder de cómputo, precio y tamaño
empezaron a aparecer en la década de 1960s. Antes de ese tiempo, las
computadoras industriales eran exclusivamente computadoras analógicas y
computadoras híbridas. Desde entonces las computadoras digitales tomaron el
control de la mayoría de las tareas simples, repetitivas, tareas semi especializadas
y especializadas, con algunas excepciones notables en la producción e inspección
de alimentos. Como un famoso dicho anónimo dice, "para muchas y muy
cambiantes tareas, es difícil remplazar al ser humano, quienes son fácilmente
vueltos a entrenar dentro de un amplio rango de tareas, más aún, son producidos
a bajo costo por personal sin entrenamiento."
Existen muchos trabajos donde no existe riesgo inmediato de la automatización.
Ningún dispositivo ha sido inventado que pueda competir contra el ojo humano
para la precisión y certeza en muchas tareas; tampoco el oído humano. El más
inútil de los seres humanos puede identificar y distinguir mayor cantidad de
esencias que cualquier dispositivo automático. Las habilidades para el patrón de
reconocimiento humano, reconocimiento de lenguaje y producción de lenguaje se
encuentran más allá de cualquier expectativa de los ingenieros de automatización.
Computadoras especializadas, son utilizadas para leer entradas de campo a
través de sensores y en base a su programa, generar salidas hacia el campo a
través de actuadores. Esto conduce para controlar acciones precisas que permitan
un control estrecho de cualquier proceso industrial. (Se temía que estos
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dispositivos fueran vulnerables al error del año 2000, con consecuencias
catastróficas, ya que son tan comunes dentro del mundo de la industria).
Existen dos tipos distintos: DCS o Sistema de Control Distribuido, y PLC o
Controlador Lógico Programable. El primero era antiguamente orientado a
procesos de tipo análogos, mientras que el segundo se utilizaba en procesos de
tipo discreto (ceros y unos). Actualmente ambos equipos se parecen cada vez
más, y cualquiera de los dos puede ser utilizado en todo tipo de procesos.
Las interfaces Hombre-Máquina (HMI) o interfaces Hombre-Computadora (CHI),
formalmente conocidas como interfaces Hombre-Máquina, son comúnmente
empleadas para comunicarse con los PLC’s y otras computadoras, para labores
tales como introducir y monitorear temperaturas o presiones para controles
automáticos o respuesta a mensajes de alarma. El personal de servicio que
monitorea y controla estas interfaces son conocidos como ingenieros de estación.
Otra forma de automatización que involucra computadoras es la prueba de
automatización, donde las computadoras controlan un equipo de prueba
automático que es programado para simular seres humanos que prueban
manualmente una aplicación. Esto es acompañado por lo general de herramientas
automáticas para generar instrucciones especiales (escritas como programas de
computadora) que direccionan al equipo automático en prueba en la dirección
exacta para terminar las pruebas.
Su desarrollo inició a finales de la década de 1960 cuando la industria buscó en
las nuevas tecnologías electrónicas una solución más eficiente para reemplazar
los sistemas de control basados en circuitos eléctricos con relés, interruptores y
otros componentes comúnmente utilizados para el control de los sistemas de
lógica combinacional.
Los PLC's se introdujeron por primera vez en la industria en 1960
aproximadamente. La razón principal de tal hecho fue la necesidad de eliminar el
gran costo que se producía al reemplazar el complejo sistema de control basado
en relés y contactores.
Bedford Associates propuso algo denominado Controlador Digital Modular
(MODICON, MOdular DIgital CONtroler) a un gran fabricante de coches. Otras
compañías propusieron a la vez esquemas basados en ordenador, uno de cuales
estaba basado en el PDP-8. El MODICON 084 resultó ser el primer PLC del
mundo en ser producido comercialmente.
Los PLC fueron inventados en respuesta a las necesidades de la automatización
de la industria automotriz norteamericana por el ingeniero Estadounidense Dick
Morley. Antes de los PLC, el control, la secuenciación, y la lógica para la
manufactura de automóviles era realizada utilizando relés, contadores, y
controladores dedicados.
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL PRÁCTICA CON EQUIPO FESTO CONTROLADO MEDIANTE PLC
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El proceso para actualizar dichas instalaciones en la industria año tras año era
muy costoso y consumía mucho tiempo, y los sistemas basados en relés tenían
que ser recableados por electricistas especializados. En 1968 GM Hydramatic (la
división de transmisiones automáticas de General Motors) ofertó un concurso para
una propuesta del reemplazo electrónico de los sistemas cableados.
La propuesta ganadora vino de Bedford Associates de Boston, Masachusets. El
primer PLC, fue designado 084, debido a que fue el proyecto ochenta y cuatro de
Bedford Associates. Bedford Associates creo una nueva compañía dedicada al
desarrollo, manufactura, venta y servicio para este nuevo producto: Modicon
(MOdular DIgital CONtroller o Controlador Digital Modular).
Una de las personas que trabajo en ese proyecto fue Dick Morley, el que es
considerado como "padre" del PLC. La marca Modicon fue vendida en 1977 a
Gould Electronics, y posteriormente adquirida por la compañía Alemana AEG y
más tarde por Schneider Electric, el actual dueño.
Uno de los primeros modelos 084 que se construyeron se encuentra mostrado en
la sede de Modicon en el Norte de Andover, Masachusets. Fue regalado a
Modicon por GM, cuando la unidad fue retirada tras casi veinte años de servicio
ininterrumpido.
La industria automotriz es todavía una de las más grandes usuarias de PLC, y
Modicon todavía numera algunos de sus modelos de controladores con la
terminación ochenta y cuatro. Los PLC son utilizados en muchas diferentes
industrias y máquinas tales como máquinas de empaquetado y de
semiconductores.
Algunas marcas con alto prestigio son ABB Ltd., Koyo, Honeywell, Siemens, Trend
Controls, Schneider Electric, Omron, Rockwell (Allen-Bradley), General Electric,
fraz max, Tesco Controls, Panasonic (Matsushita), Mitsubishi e Isi Matrix
machines. También existe un rango de PLC’s fabricados para aplicaciones en
automotores, embarcaciones, ambulancias y sistemas móviles para el mercado
internacional de SCM International,Inc.
Hoy en día, los PLC 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
como controladores proporcional integral derivativo (PID).
Los PLC 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.
Existen varios lenguajes de programación, tradicionalmente los más utilizados son
el diagrama de escalera (Lenguaje Ladder), preferido por los electricistas, lista de
instrucciones y programación por estados, aunque se han incorporado lenguajes
más intuitivos que permiten implementar algoritmos complejos mediante simples
diagramas de flujo más fáciles de interpretar y mantener.
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL PRÁCTICA CON EQUIPO FESTO CONTROLADO MEDIANTE PLC
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Un lenguaje más reciente, preferido por los informáticos y electrónicos, es el FBD
(en inglés Function Block Diagram) que emplea compuertas lógicas y bloques con
distintas funciones conectados entre sí.
En la programación se pueden incluir diferentes tipos de operandos, desde los
más simples como lógica booleana, contadores, temporizadores, contactos,
bobinas y operadores matemáticos, hasta operaciones más complejas como
manejo de tablas (recetas), apuntadores, algoritmos PID y funciones de
comunicación multiprotocolo que le permitirían interconectarse con otros
dispositivos.
1.4 Objetivos de la automatización.
Integrar varios aspectos de las operaciones de manufactura para:
Mejorar la calidad y uniformidad del producto
Minimizar el esfuerzo y los tiempos de producción.
Mejorar mediante un mejor control de la producción.
Mejorar la calidad mediante procesos repetitivos.
Reducir la intervención humana, el aburrimiento y posibilidad de error
humano.
Reducir el daño en las piezas que resultaría del manejo manual.
Aumentar la seguridad para el personal.
Búsqueda de costes más bajos.
Economizando mano de obra
Economizando material
Economizando energía
Supresión de trabajos peligrosos o pesados.
Mejoría de las condiciones de trabajo.
Mejor calidad del producto
Limitando el factor humano.
Controles automatizados.
1.5 Industrias donde se aplica la automatización industrial.
La automatización es un sistema donde se trasfieren tareas de producción,
realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos
tecnológicos.
Un sistema automatizado consta de dos partes principales:
·
·
Parte operativa
Parte de mando
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Página 10
La Parte Operativa es la parte que actúa directamente sobre la máquina. Son los
elementos que hacen que la máquina se mueva y realice la operación deseada.
Los elementos que forman la parte operativa son los Accionadores de las
máquinas como motores, cilindros, compresores y los captadores como
fotodiodos, finales de carrera.
La Parte de Mando suele ser un autómata programable (tecnología programada),
aunque hasta hace bien poco se utilizaban relés electromagnéticos, tarjetas
electrónicas o módulos lógicos neumáticos (tecnología cableada). En un sistema
de fabricación automatizado el autómata programable está en el centro del
sistema. Este debe ser capaz de comunicarse con todos los constituyentes de
sistema automatizado (Jose Luis Romeral, 1997).
La automatización industrial tiene como objetivos:
Mejorar la productividad de la empresa, reduciendo los costes de la producción y
mejorando la calidad de la misma.
Mejorar las condiciones de trabajo del personal, suprimiendo los trabajos
penosos e incrementando la seguridad.
Realizar las operaciones imposibles de controlar intelectual o manualmente.
Mejorar la disponibilidad de los productos, pudiendo proveer las cantidades
necesarias en el momento preciso (Vallejo H. D., 2008).
Simplificar el mantenimiento de forma que el operario no requiera grandes
conocimientos para la manipulación del proceso productivo.
Integrar la gestión y producción.
Existen cinco formas de automatizar en la industria moderna, de modo que se
deberá analizar cada situación a fin de decidir correctamente el esquema más
adecuado.
Muchas industrias están muy automatizadas, o bien utilizan tecnología de
automatización en alguna etapa de sus actividades. En las comunicaciones, y
sobre todo en el sector telefónico, la marcación, la transmisión y la facturación se
realizan automáticamente.
Esta tecnología incluye:
Herramientas automáticas para procesar partes
Máquinas de montaje automático
Robots industriales
Manejo automático de material y sistemas de almacenamiento
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Página 11
Sistemas de inspección automática para control de calidad
Control de reaprovechamiento y control de proceso por computadora
Sistemas por computadora para planear colecta de datos y toma de
decisiones para apoyar las actividades manufactureras.
1.6 Clases de automatización.
Hay tres clases muy amplias de automatización industrial:
La automatización fija se utiliza cuando el volumen de producción es muy alto, y
por tanto se puede justificar económicamente el alto costo del diseño de equipo
especializado para procesar el producto, con un rendimiento alto y tasas de
producción elevadas. Además de esto, otro inconveniente de la automatización fija
es su ciclo de vida que va de acuerdo a la vigencia del producto en el mercado.
La automatización programable se emplea cuando el volumen de producción es
relativamente bajo y hay una diversidad de producción a obtener. En este caso el
equipo de producción es diseñado para adaptarse a la variaciones de
configuración del producto; ésta adaptación se realiza por medio de un programa
(Software).
Por su parte la automatización flexible es más adecuada para un rango de
producción medio. Estos sistemas flexibles poseen características de la
automatización fija y de la automatización programada. Los sistemas flexibles
suelen estar constituidos por una serie de estaciones de trabajo interconectadas
entre sí por sistemas de almacenamiento y manipulación de materiales,
controlados en su conjunto por una computadora.
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Página 12
Capítulo II
ARQUITECTURA INTERNA AUTÓNOMA PROGRAMABLE O PLC
La estructura básica de un PLC, que en esencia consta de una unidad central de
procesamiento (CPU), memoria y circuitos de entrada y salida. La CPU, controla y
procesa todas las operaciones dentro del PLC. Cuenta con un temporizador cuya
frecuencia típica es entre 1 y 8 MHz. Esta frecuencia determina la velocidad de
operación del PLC y es la fuente de temporización y sincronización de todos los
elementos del sistema. A través del sistema de bus se lleva información y datos
desde y hacia la CPU, la memoria y las unidades de entrada y salida. Los
elementos de la memoria son: una ROM para guardar en forma permanente la
información del sistema operativo y datos corregidos; una RAM para el programa
del usuario y memoria buffer temporal para los canales de entrada y salida.
Figura 2.1.- Diagrama a bloques. (A. Porras, 1990)
Se entiende por controlador lógico programable (PLC), o autómata programable, a
toda máquina electrónica diseñada para controlar en tiempo real y en medio
industrial procesos secuenciales.
Esta definición se está quedando un poco desfasada, ya que han aparecido los
micro-plc's, destinados a pequeñas necesidades y al alcance de cualquier
persona.
Campos de aplicación
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Página 13
Un autómata programable suele emplearse en procesos industriales que tengan
una o varias de las siguientes necesidades:
Espacio reducido.
Procesos de producción periódicamente cambiantes.
Procesos secuenciales.
Maquinaria de procesos variables.
Instalaciones de procesos complejos y amplios.
Chequeo de programación centralizada de las partes del proceso.
Aplicaciones generales:
Maniobra de máquinas.
Maniobra de instalaciones.
Señalización y control.
Tal y como dijimos anteriormente, esto se refiere a los autómatas programables
industriales, dejando de lado los pequeños autómatas para uso más personal (que
se pueden emplear, incluso, para automatizar procesos en el hogar, como la
puerta de un cochera o las luces de la casa).
Ventajas e inconvenientes de los PLC's
Entre las ventajas tenemos:
Menor tiempo de elaboración de proyectos.
Posibilidad de añadir modificaciones sin costo añadido en otros
componentes.
Mínimo espacio de ocupación.
Menor costo de mano de obra.
Mantenimiento económico.
Posibilidad de gobernar varias máquinas con el mismo autómata.
Menor tiempo de puesta en funcionamiento.
Si el autómata queda pequeño para el proceso industrial puede seguir
siendo de utilidad en otras máquinas o sistemas de producción.
Y entre los inconvenientes:
Adiestramiento de técnicos.
Costo.
Al día de hoy los inconvenientes se han hecho nulos, ya que todas las carreras de
ingeniería incluyen la automatización como una de sus asignaturas. En cuanto al
costo tampoco hay problema, ya que hay autómatas para todas las necesidades y
a precios ajustados (tenemos desde pequeños autómatas por poco más de 1500
pesos. hasta PLC's que alcanzan cifras escandalosas).
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Página 14
2.1 Fuente de alimentación
Fuente de poder
Es la encargada de suministrar el voltaje a todos los módulos que se conecten al
PLC, así como a la unidad de procesamiento. Su función es reducir y adaptar el
voltaje de entrada, que es de valores elevados y de corriente alterna, a voltajes de
valores más bajos y de corriente directa (IFAC, September 1982).
Figura 2.2.- Fuente de poder. (http//www.autómatas.org, 2006)
Inicialmente, el voltaje de entrada debe ser reducido a valores más manejables.
Luego, por medio de un rectificador como se muestra en la figura 2.3, debe ser
convertido de CA a CD. Por último, se deben utilizar reguladores para asegurar la
estabilidad en el voltaje de salida.
Figura 2.3.- Rectificador. (http//www.autómatas.org, 2006)
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En algunos casos, la fuente puede ser de tipo conmutada, cuyas principales
características son un peso reducido y una alta corriente de salida. El bajo peso se
debe a que no utiliza transformadores voluminosos.
Debido a la importancia de un PLC dentro de un proceso automático, la
alimentación de su circuitería es de suma importancia, por lo que un buen diseño
debe involucrar una fuente alterna que permita entrar en funcionamiento cuando
se cae el fluido eléctrico. Con esto, aseguramos que los dispositivos electrónicos
internos no sufran fallas por picos de sobre voltaje y otros efectos
contraproducentes existentes en la red de distribución.
Otra opción es mantener la fuente de los PLCs conectada a una UPS
(Uninterruptible Power Supply) o fuente ininterrumpida de potencia, la cual
suministra el voltaje adecuado, por un tiempo determinado, cuando falla el fluido
eléctrico. Esto ayuda a que el PLC no tenga tantos ciclos de apagado brusco, los
cuales pueden ser muy perjudiciales (http//www.autómatas.org, 2006).
En el momento de adquirir un PLC, entre los parámetros a tener en cuenta
debemos incluir algunos que hacen mención a la fuente de poder. Los más
importantes son los siguientes, los cuales se deben ajustar de acuerdo a las
necesidades del proceso y del PLC como tal:
Tabla 1.- Parámetros del PLC.
Voltaje de entrada
Oscila entre 110 VAC a 240 VAC
Voltaje de salida
Puede estar entre 12 VDC y 24 VDC
Corriente de salida
Generalmente entre 1 y 3 amperios
Frecuencia de operación
60 Hz
Protecciones
Sobre corrientes y sobre voltajes
En la mayoría de los PLCs, la fuente de alimentación está incluida dentro del
mismo compartimiento donde se encuentra la CPU, figura 2.4. En otros casos, la
fuente es configurable, permitiendo adaptar los voltajes y las capacidades de
corriente, de acuerdo a la necesidad de la aplicación.
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Figura 2.4.- plc modular. (Jose Luis Romeral, 1997)
Durante el proceso de programación de los PLCs, cuando se hace a través de un
dispositivo programador manual, figura 2.5, el voltaje de alimentación es
suministrado por la misma fuente del PLC, lo que implica que debe tener la
capacidad de soportar elementos de conexión externa. Inclusive, en muchos
autómatas de alta gama, la fuente de poder suele tener corriente suficiente para
alimentar algunos sensores externos, claro está, de bajo consumo. La capacidad
máxima de corriente de la salida de voltaje aparece impresa en los bornes de
conexión del módulo (E. MANDADO, 1996).
Figura 2.5.- Dispositivo programador manual. (http//www.autómatas.org, 2006)
Bloque de terminales de una fuente de PLC. Los autómatas están provistos de
una serie de bornes de conexión que sirven para la instalación del cableado
necesario para el buen funcionamiento del sistema. Aunque los nombres de los
terminales y las funciones provistas difieren de un modelo a otro, podemos
apreciar un bloque correspondiente a un PLC típico. A continuación describimos la
función de algunos de sus terminales de conexión.
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Figura 2.6.- bloque de terminales de una fuente. (Joser Marcos Acevedo, 2009)
Alimentación general:
Son los terminales en los cuales se conecta el voltaje de la red. En el caso de
alimentación con corriente alterna de una sola fase, se debe diferenciar la línea
viva (fase) de la línea muerta (neutro). Adicionalmente, existe un terminal de
conexión a tierra física, que debe ser conectada a la tierra general de la edificación
donde se va a instalar el PLC, pudiéndose usar la misma tierra del sistema de
computadoras del edificio. Si el PLC se alimenta con voltaje DC, los terminales de
alimentación están marcados con la polaridad respectiva, es decir, positivo (+) y
negativo (-). (http//www.autómatas.org, 2006)
1. Tierra lógica. Es un terminal que pone a disposición el punto común de
conexión del sistema lógico de entradas y salidas. Sirve para ahorrar cableado
ya que por lo general todos los sensores usan una misma línea común.
2. Arranque remoto. Son dos terminales que al unirlos provocan el arranque del
PLC. Su función es permitir que a través de un relevo, un pulsador, un
interruptor u otro dispositivo similar distante del PLC, se ejecute el programa
del mismo, tal como si el selector se posicionara en RUN o START.
3. Selección del voltaje de alimentación. Puede ser un interruptor, un puente o
un selector, encargado de permitir la selección del voltaje de alimentación.
Puede diferir de una región a otra, siendo los más comunes 110 VAC y 220
VAC.
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4. Suministro externo de DC. En muchos casos, los PLCs están provistos de
una salida de voltaje DC para la alimentación de dispositivos externos tales
como sensores, unidades de comunicaciones, etc. Esta salida tiene un límite
de corriente, que no se debe exceder ya que se podrían deteriorar los circuitos
internos de la fuente. Esta opción es de gran utilidad, ya que seguramente en
muchas aplicaciones no será necesario adquirir una fuente de alimentación
adicional. Batería de respaldo. Los autómatas programables incluyen una
batería de respaldo para alimentar la memoria del programa cuando éste sea
desconectado de la alimentación de red, figura 2.7. También puede ser
utilizada para el almacenamiento de algún tipo de configuración del mismo, en
caso de que Ésta sea guardada en memoria volátil (Jorge Marcos Acevedo,
Septiembre 2009).
Figura 2.7.- batería de respaldo. (Vallejo H. D., 2008)
Dichas baterías son recargables y la operación de carga es efectuada por el
mismo equipo en forma automática. El tiempo total de duración oscila entre 2 y 10
años, tiempo después del cual deben ser reemplazadas para que el autómata
tenga un funcionamiento adecuado. Para el reemplazo, se deben tener en cuenta
su tamaño físico, el voltaje nominal y su capacidad en mA/h (miliamperios hora),
parámetros que deben ser iguales a los de la batería original.
Nota importante: Cuando se vaya a reemplazar la batería de un PLC, asegúrese
de tener una copia de toda la información que éste contiene (programa,
configuración), ya que tal operación puede ocasionar la pérdida total de los datos.
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2.2 Estructura externa
Figura 2.8.- estructura externa. (http//www.autómatas.org, 2006)
Todos los autómatas programables, poseen una de las siguientes estructuras:
Compacta: en un solo bloque están todos los elementos.
Modular:
o Estructura americana: separa las E/S del resto del autómata.
o Estructura europea: cada módulo es una función (fuente de
alimentación, CPU, E/S, etc.).
Exteriormente nos encontraremos con cajas que contienen una de estas
estructuras, las cuales poseen indicadores y conectores en función del modelo y
fabricante.
Para el caso de una estructura modular se dispone de la posibilidad de fijar los
distintos módulos en railes normalizados, para que el conjunto sea compacto y
resistente.
Los micro-autómata suelen venir sin caja, en formato kit, ya que su empleo no es
determinado y se suele incluir dentro de un conjunto más grande de control o
dentro de la misma maquinaria que se debe controlar.
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2.3 Estructura Interna
Figura 2.9.- diagrama de la estructura externa de un plc.
(http//www.autómatas.org, 2006)
Los elementos esenciales, que todo autómata programable posee como mínimo,
son:
Sección de entradas: se trata de líneas de entrada, las cuales pueden ser
de tipo digital o analógico. En ambos casos tenemos unos rangos de
tensión característicos, los cuales se encuentran en las hojas de
características del fabricante. A estas líneas conectaremos los sensores.
Sección de salidas: son una serie de líneas de salida, que también pueden
ser de caracter digital o analógico. A estas líneas conectaremos los
actuadores.
Unidad central de proceso (CPU): se encarga de procesar el programa de
usuario que le introduciremos. Para ello disponemos de diversas zonas de
memoria, registros, e instrucciones de programa.
Adicionalmente, en determinados modelos más avanzados, podemos disponer de
funciones ya integradas en la CPU; como reguladores PID, control de posición,
etc.
Tanto las entradas como las salidas están aisladas de la CPU según el tipo de
autómata que utilicemos. Normalmente se suelen emplear optoacopladores en las
entradas y relés/optoacopladores en las salidas (http//www.autómatas.org, 2006)
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Aparte de estos elementos podemos disponer de los siguientes:
Unidad de alimentación (algunas CPU la llevan incluida).
Unidad o consola de programación: que nos permitirá introducir, modificar y
supervisar el programa de usuario.
Dispositivos periféricos: como nuevas unidades de E/S, más memoria,
unidades de comunicación en red, etc.
Interfaces: facilitan la comunicación del autómata mediante enlace serie con
otros dispositivos (como un PC).
En los siguientes apartados comentaremos la estructura de cada elemento.
2.4 Memoria Autómata
Dentro de la CPU vamos a disponer de un área de memoria, la cual
emplearemos para diversas funciones:
Memoria del programa de usuario: aquí introduciremos el programa que
el autómata va a ejecutar cíclicamente.
Memoria de la tabla de datos: se suele subdividir en zonas según el tipo
de datos (como marcas de memoria, temporizadores, contadores, etc.).
Memoria del sistema: aquí se encuentra el programa en código máquina
que monitoriza el sistema (programa del sistema o firmware). Este
programa
es
ejecutado
directamente
por
el
microprocesador/microcontrolador que posea el autómata.
Memoria de almacenamiento: se trata de memoria externa que
empleamos para almacenar el programa de usuario, y en ciertos casos
parte de la memoria de la tabla de datos. Suele ser de uno de los siguientes
tipos: EPROM, EEPROM, o FLASH (Vallejo H. D., 2008).
Cada autómata divide su memoria de esta forma genérica, haciendo subdivisiones
específicas según el modelo y fabricante.
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2.5 Memorias de un PLC
Figura 2.10.- esquema de las memorias de un plc. (E. MANDADO, 1996)
Figura 2.11.- Programa y memoria del sistema. (E. MANDADO, 1996)
Memoria ROM, no accesible desde el exterior, en la que el fabricante graba el
programa monitor, sistema ejecutivo o firmware para realizar las siguientes
tareas:
 Inicializa el PLC al energizar o restablecer (reset), inicia el ciclo de
exploración de programa.
 Realiza autotest en la conexión y durante la ejecución del programa.
 Comunicación con periféricos y unidad de programación.
 Lectura y estructura en las interfaces de E/S.
 Contiene el intérprete del programa del usuario, si existe.
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Página 23
La memoria de imagen de entradas y salidas:

Almacena las ultimas señales tanto las leídas en la entrada como las
enviadas a la salida actualizándose tras cada ejecución completa del
programa.
 Las señales de entrada consideradas para el cálculo no son las actuales de
la planta, sino los presentes en la memoria imagen leídos en el ciclo
anterior.
 Y los resultados obtenidos no van directamente a la interfaz de salida sino a
la memoria imagen de salidas cuando finaliza cada ejecución del programa
(E. MANDADO, 1996).
Las imágenes de entrada y salidas del proceso existen por tres razones:
 El sistema verifica todas las entradas al comenzar el ciclo. De este modo se
sincronizan y congelan, los valores de estas entradas durante la ejecución
del programa. La imagen del proceso actualiza las salidas cuando termina
de ejecutarse el programa, Ello tienen un efecto estabilizador en el sistema.
 El programa de usuario puede acceder a la imagen del proceso mucho mas
rápido de lo que podría acceder directamente a las entradas y salidas
físicas, con lo cual se acelera su tiempo de ejecución.
 Las entradas y salidas son unidades de bit a las que se debe acceder en
formato de bit. No obstante, la imagen del proceso permite acceder a ellas
en formato de bits, bytes. Palabras y palabras dobles, lo que ofrece
flexibilidad adicional.
2.6 Cpu
El CPU es el corazón del autómata programable. Es la encargada de ejecutar el
programa de usuario mediante el programa del sistema (es decir, el programa de
usuario es interpretado por el programa del sistema). (Jose Luis Romeral, 1997).
Sus funciones son:
Vigilar que el tiempo de ejecución del programa de usuario no excede un
determinado tiempo máximo (tiempo de ciclo máximo). A esta función se le
suele denominar Watchdog (perro guardián).
Ejecutar el programa de usuario.
Crear una imagen de las entradas, ya que el programa de usuario no debe
acceder directamente a dichas entradas.
Renovar el estado de las salidas en función de la imagen de las mismas
obtenida al final del ciclo de ejecución del programa de usuario.
Chequeo del sistema.
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Página 24
Para ello el autómata va a poseer un ciclo de trabajo, que ejecutará de forma
continua
2.7 Unidades de Entrada y Salida
Figura 2.12.- entradas y salidas del plc. (grupo maser, 2007)
Generalmente vamos a disponer de dos tipos de E/S:
-Digital.
- Analógica.
Las E/S digitales se basan en el principio de todo o nada, es decir o no conducen
señal alguna o poseen un nivel mínimo de tensión. Estas E/S se manejan a nivel
de bit dentro del programa de usuario.
Las E/S analógicas pueden poseer cualquier valor dentro de un rango
determinado especificado por el fabricante. Se basan en conversores A/D y D/A
aislados de la CPU (ópticamente o por etapa de potencia). Estas señales se
manejan a nivel de byte o palabra (8/16 bits) dentro del programa de usuario.
Las E/S son leídas y escritas dependiendo del modelo y del fabricante, es decir
pueden estar incluidas sus imágenes dentro del área de memoria o ser manejadas
a través de instrucciones específicas de E/S (A. Porras, 1990)
2.8 Interfaces
.
Todo autómata, salvo casos excepcionales, posee la virtud de poder comunicarse
con otros dispositivos (como un PC). Lo normal es que posea una E/S serie del
tipo RS-232 / RS-422. A través de esta línea se pueden manejar todas las
características internas de la autómata, incluida la programación del mismo, y
suele emplearse para monitorización del proceso en otro lugar separado.
Sección de entradas: se trata de líneas de entrada, las cuales pueden ser de tipo
digital o analógico. En ambos casos tenemos unos rangos de tensión
característicos, los cuales se encuentran en las hojas de características del
fabricante. A estas líneas conectaremos los sensores (http//www.autómatas.org).
Secciones de salidas: son una serie de líneas de salida que también pueden ser
de carácter digital o analógico. A estas líneas conectaremos los actuadores.
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Tanto las entradas como las salidas están aisladas de la CPU según el tipo de
autómata que utilicemos, Normalmente se suelen emplear opto acopladores en las
entradas y relevadores/optoacopladores en las salidas.
A este módulo se unen eléctricamente los señores (interruptores, finales de
carrera, pulsadores,..)
La información recibida en el es enviada a la CPU para ser procesada de acuerdo
la programación residente.
Figura 2.13.- módulo de entradas y salidas (Romeral, 1997)
Se pueden diferenciar dos tipos de captadores conectables al módulo de entradas:
los pasivos y los activos.
Los captadores pasivos son aquellos que cambian su estado lógico, activado – no
activado, por medio de una acción mecánica. Estos son los interruptores,
pulsadores, finales de carrera, etc.
Los captadores activos son dispositivos electrónicos que necesitan ser
alimentados por una tensión para que varíen su estado lógico. Este es el caso de
las diferentes tipos de detectores (Inductivos, Capacitivos, Fotoeléctricos). Muchos
de estos aparatos pueden ser alimentados por la propia fuente de alimentación del
autómata.
El que conocer circuitos de automatismos industriales realizados por contactores,
sabrá que puede utilizar, como captadores, contactos eléctricamente abiertos o
eléctricamente cerrados dependiendo de su función en el circuito. Como ejemplo
podemos ver un simple arrancador para marcha. En él se distingue el contacto
usado como pulsador de parada que es normalmente cerrador.
Sin embargo en circuitos automatizados por autómatas, los sensores son
Generalmente abiertos.
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Componentes de un PLC
Figura 2.14.- microprocesador. (http//www.autómatas.org, 2006)
El microprocesador no actúa en forma directa con las entradas y salidas del plc,
para ello se usa la imagen de entrada y la imagen de salidas.
INTERFACES DE ENTRADA Y SALIDA




Establecen la comunicación entre la unidad central y el proceso.
Filtran
Adaptan
Codifican.
Clasificación de la entrada y la salida
Por el tipo de señales



Digitales de 1 bit
Digitales de varios bits
Analógicas
Por la tensión de alimentación:




De corriente continua (estáticas de 24/110 Vcc)
De CD a colector abierto (PNP o NPN)
De CA (60/110/220 Vca)
Salidas por relevador (libres de tensión)
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Por el aislamiento:


Con separación galvánica (optoacopladores)
Con acoplamiento directo
Por la forma de comunicación con la unidad central:


Comunicación serie
Comunicación paralelo
Por la ubicación:
 Locales
 Remotos
2.9 Equipos o unidades de programación
Figura 2.15.- Unidades de programación. (http//www.autómatas.org, 2006)
El autómata debe disponer de alguna forma de programación, la cual se suele
realizar empleando alguno de los siguientes elementos:
Unidad de programación: suele ser en forma de calculadora. Es la forma
más simple de programar el autómata, y se suele reservar para pequeñas
modificaciones del programa o la lectura de datos en el lugar de colocación
del autómata.
Consola de programación: es un terminal a modo de ordenador que
proporciona una forma más cómoda de realizar el programa de usuario y
observar parámetros internos del autómata. Desfasado actualmente.
PC: es el modo más potente y empleado en la actualidad. Permite
programar desde un ordenador personal estándar, con todo lo que ello
supone: herramientas más potentes, posibilidad de almacenamiento en
soporte magnético, impresión, transferencia de datos, monitorización
mediante software SCADA, etc (A. Porras, 1990).
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Para cada caso el fabricante proporciona lo necesario, bien el equipo o el
software/cables adecuados. Cada equipo, dependiendo del modelo y fabricante,
puede poseer una conexión a uno o varios de los elementos anteriores. En el caso
de los micro-plc se escoge la programación por PC o por unidad de programación
integrada en la propia CPU.
2.10 Dispositivos periféricos
El autómata programable, en la mayoría de los casos, puede ser ampliable. Las
ampliaciones abarcan un gran abanico de posibilidades, que van desde las redes
internas (LAN, etc.), módulos auxiliares de E/S, memoria adicional... hasta la
conexión con otros autómatas del mismo modelo (http//www.autómatas.org, 2006)
Cada fabricante facilita las posibilidades de ampliación de sus modelos, los cuales
pueden variar incluso entre modelos de la misma serie.
2.11 Características generales de un sistema basado en PLC
Modular:
El sistema debe estar constituido por módulos electrónicos con los que se pueda
estructurar una arquitectura lo más apegado posible a las necesidades y tamaño
del proceso a controlar para hacerlo optimo (E. MANDADO, 1996).
Escalable:
Debe permitir la expansión del control en el futuro sin necesidad de cambiar lo
instalado. Además, debe permitir la inclusión de tecnologías nuevas sin tener que
desechar la estructura básica instalada. Debe de ser un sistema distribuido
permitiendo dividir las señales del proceso en áreas geográficas, instalando para
ello, unidades remotas. Esto evita que la centralización de señales en un solo
lugar ahorrando considerable cantidad de tubería conduit, cable y mano de obra
de instalación.
Configurable:
Deben tener una disponibilidad amplia de módulos de entrada, salida y
procesadores con diferentes capacidades para que se adapten en forma óptima al
tamaño y características del proceso que se va a controlar.
Programación abierta: Debe permitir que el usuario sea capaz de modificar
adicionar o eliminar puntos de su proceso sin tener que depender del fabricante o
distribuidor del sistema de control.
Resistente y bajo consumo de energía:
No deben requerir condiciones especiales de temperatura ambiental y humedad
para poder ubicarlos lo más cercano al proceso, y el consumo de energía debe ser
bajo para que puedan operar con celdas solares si el proceso así lo requiere.
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL PRÁCTICA CON EQUIPO FESTO CONTROLADO MEDIANTE PLC
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CAPÍTULO III
PLC’s
El desarrollo de los controladores lógicos Programables (PLC´s), fue dirigido
originalmente por los requerimientos de los fabricantes de automóviles que
estaban cambiando constantemente los sistemas de control en sus líneas de
producción para acomodarlos a sus nuevos modelos de carros. En el pasado, esto
requería un extenso re-alambrado de bancos de relevadores un procedimiento
muy costoso. A finales de los años 60, la industria estaba demandando cada vez
más un sistema de control económico, robusto, flexible y fácilmente modificable.
La razón principal de tal hecho fue la necesidad de eliminar el gran costo que se
producía al reemplazar el complejo sistema de control basado en relevadores y
contactores. En 1968 nacieron los primeros autómatas programables (APIs o
PLC’s) (E. MANDADO, 1996).
Los PLC’s cambiaron la forma de automatizar los procesos industriales gracias a
su simplicidad y a sus poderosas funciones. En este capítulo conoceremos su
funcionamiento, arquitectura y principales aplicaciones en el campo industrial. Un
PLC o Autómata programable, es un dispositivo programable diseñado para el
control de señales eléctricas asociadas al control automático de procesos
industriales, Es un elemento utilizado ampliamente en empresas de manufactura,
plantas de ensamble de vehículos, plantas productoras de químicos, refinerías de
petróleo, elaboración de semiconductores y otras innumerables aplicaciones, en
las cuales se requieran operaciones que puedan ser efectuadas directamente por
dispositivos automáticos.
Un PLC posee las herramientas necesarias, tanto de software como de hardware,
para controlar dispositivos externos, recibir señales de sensores y tomar
decisiones de acuerdo a un programa que el usuario elabore según el esquema
del proceso a controlar. Lo anterior significa que, además de los componentes
físicos requeridos para la adaptación de las señales, es necesario disponer de un
programa para que el PLC pueda saber qué es lo que tiene para hacer con cada
una de ellas.
Las entradas pueden recibir señales de tipo digital, por ejemplo interruptores, o de
tipo analógico, como sensores de temperatura. Estas señales son transformadas
internamente en señales compatibles con los microprocesadores y demás circuitos
integrados de procesamiento interno. De igual manera, después que se ha hecho
el procesamiento de las señales y se han tomado decisiones, el PLC altera sus
salidas, inicialmente con señales de formato digital y posteriormente a otro formato
de acuerdo a los actuadores que se vayan a utilizar, ya sean digitales o analógicos
(http//www.autómatas.org)
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Todo PLC está compuesto de tres componentes principales:
1. Una Unidad Central de Procesamiento (CPU)
2. Un grupo de entradas (I)
3. Un grupo de salidas (O)
Podemos hacer una analogía entre un PLC y una computadora, Toda
computadora posee una unidad central, la cual contiene un microprocesador,
memoria RAM, etc. Igual sucede con el PLC, que posee una CPU o unidad central
de procesamiento, con uno o varios microprocesadores que se encargan de
analizar la información que les llega y de ordenar acciones de acuerdo al
programa que tengan instalado.
Las computadoras poseen periféricos de entrada como teclado, escáner, mando
para juegos, etc., así como los PLC´s capturan señales de sensores, interruptores,
pulsadores y otros.
Por su parte, para ejecutar las acciones que resultan luego de procesar la
información, una computadora tiene el monitor donde se muestran los resultados,
así mismo, puede tener una impresora y un PLC, por una parte, para entregar los
resultados a través de sus salidas, puede tener contactores, relevos,
electroválvulas, motores, lámparas, etc. Aunque todos los autómatas poseen los
bloques principales mencionados, no todos los tienen dentro de un mismo
compartimiento. Es decir, algunos de ellos son compactos, mientras otros son
modulares. En los modulares, las entradas pueden ser bloques independientes,
incluso varios de ellos, al igual que las salidas, y todos independientes de la
Unidad Central de Procesamiento. Por su parte, los PLCs compactos, tienen todos
sus dispositivos electrónicos en un solo compartimiento y no permiten
configuraciones especiales, como sí sucede en los modulares.
3.1 Programa y lenguaje de programación
Se puede definir un programa como un conjunto de instrucciones, órdenes y
símbolos reconocibles por el PLC, a través de su unidad de programación, que le
permiten ejecutar una secuencia de control deseada. El Lenguaje de
Programación en cambio, permite al usuario ingresar un programa de control en la
memoria del PLC, usando una sintaxis establecida (E. MANDADO, 1996)
Al igual como los PLC’s se han desarrollado y expandido, los lenguajes de
programación también se han desarrollado con ellos. Los lenguajes de hoy en día
tienen nuevas y más versátiles instrucciones y con mayor poder de computación.
Por ejemplo, los PLC’s pueden transferir bloques de datos de una localización de
memoria a otra, mientras al mismo tiempo llevan cabo operaciones lógicas y
matemáticas en otro bloque. Como resultado de estas nuevas y expandidas
instrucciones, los programas de control pueden ahora manejar datos más
fácilmente.
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL PRÁCTICA CON EQUIPO FESTO CONTROLADO MEDIANTE PLC
Página 31
Adicionalmente a las nuevas instrucciones de programación, el desarrollo de
nuevos módulos de entradas y salidas también ha obligado a cambiar las
instrucciones existentes.
Los programas de aplicación que crean los usuarios están orientados a ejecutar, a
través del controlador, tareas de automatización y control. Para ello, el usuario
escribe el programa en el lenguaje de programación que mejor se adapte a su
trabajo y con el que sienta poseer un mejor dominio. En este punto es importante
señalar, que algunos fabricantes no ofrecen todas las formas de representación de
lenguajes de programación, por lo que el usuario deberá adaptarse a la
representación disponible (E. MANDADO, 1996).
Por otro lado, el conjunto de programas que realizan funciones operativas internas
del controlador, incluyendo los traductores de lenguaje, reciben la denominación
de programas del sistema o software del sistema. Un elemento importante de éste,
es el sistema operativo, cuyos servicios incluyen el manejo de los dispositivos de
entrada y salida del PLC, el almacenamiento de la información durante largos
períodos, el procesamiento de los programas del usuario, etc. Estos programas ya
vienen escritos y están almacenados en una memoria No volátil dentro de la CPU,
por lo tanto no se pierden ni alteran en caso de pérdida de alimentación al equipo.
El usuario No tiene acceso a ellos.
3.2 Tipos de lenguajes de programación de Plcs
En la actualidad cada fabricante diseña su propio software de programación, lo
que significa que existe una gran variedad comparable con la cantidad de PLC’s
que hay en el mercado. No obstante, actualmente existen tres tipos de lenguajes
de programación de PLC’s como los más difundidos a nivel mundial; estos son:
- Lenguaje de contactos o Ladder
- Lenguaje Booleano (Lista de instrucciones)
- Diagrama de funciones
Es obvio, que la gran diversidad de lenguajes de programación da lugar a que
cada fabricante tenga su propia representación, originando cierta incomodidad al
usuario cuando programa más de un PLC (A. Porras, 1990).
3.3 La norma IEC 1131-3.
La Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) desarrolló el estándar IEC 1131, en
un esfuerzo para estandarizar los Controladores Programables. Uno de los
objetivos del Comité fue crear un conjunto común de instrucciones que podría ser
usado en todos los PLC’s. Aunque el estándar 1131 alcanzó el estado de estándar
internacional en agosto de 1992, el esfuerzo para crear un PLC estándar global ha
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL PRÁCTICA CON EQUIPO FESTO CONTROLADO MEDIANTE PLC
Página 32
sido una tarea muy difícil debido a la diversidad de fabricantes de PLCs y a los
problemas de incompatibilidad de programas entre marcas de PLC’s (E.
MANDADO, 1996).
El estándar IEC 1131 para controladores programables consiste de cinco partes,
una de las cuales hace referencia a los lenguajes de programación y es referida
como la IEC 1131-3.
El estándar IEC 1131-3 define dos lenguajes gráficos y dos lenguajes basados en
texto, para la programación de PLC’s. Los lenguajes gráficos utilizan símbolos
para programar las instrucciones de control, mientras los lenguajes basados en
texto, usan cadenas de caracteres para programar las instrucciones.
Lenguajes Gráficos
o Diagrama Ladder (LD)
o Diagrama de Bloques de Funciones (FBD)
Lenguajes Textuales
o Lista de Instrucciones (IL)
o Texto Estructurado (ST)
Tabla 2.- Elementos de programación en Ladder.
Símbolo
Nombre
Descripción
Se activa cuando hay un uno lógico en el elemento que
Contacto representa, esto es, una entrada (para captar información
NA
del proceso a controlar), una variable interna o un bit de
sistema.
Contacto Su función es similar al contacto NA anterior, pero en este
caso se activa cuando hay un cero lógico, cosa que deberá
NC
de tenerse muy en cuenta a la hora de su utilización.
Se activa cuando la combinación que hay a su entrada
Bobina (izquierda) da un uno lógico. Su activación equivale a decir
que tiene un uno lógico. Suele representar elementos de
NA
salida, aunque a veces puede hacer el papel de variable
interna.
Se activa cuando la combinación que hay a su entrada
Bobina
(izquierda) da un cero lógico. Su activación equivale a decir
NC
que tiene un cero lógico. Su comportamiento es
complementario al de la bobina NA.
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL PRÁCTICA CON EQUIPO FESTO CONTROLADO MEDIANTE PLC
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Una vez activa (puesta a 1) no se puede desactivar (puesta
Bobina a 0) si no es por su correspondiente bobina en RESET. Sirve
SET
para memorizar bits y usada junto con la bina RESET dan
una enorme potencia en la programación.
Bobina
Permite desactivar una bobina SET previamente activada.
SET
Adicionalmente, el estándar IEC 1131-3 incluye una forma de programación
orientada a objetos llamada Sequential Function Chart (SFC). SFC es a menudo
categorizado como un lenguaje IEC 1131-3, pero éste es realmente una estructura
organizacional que coordina los cuatro lenguajes estándares de programación
(LD, FBD, IL y ST). La estructura del SFC tuvo sus raíces en el primer estándar
francés de Grafcet (IEC 848).
3.4 Elementos de programación
Para programar un PLC con LADDER, además de estar familiarizado con las
reglas de los circuitos de conmutación, es necesario conocer cada uno de los
elementos de que consta este lenguaje. En la siguiente tabla podemos observar
los símbolos de los elementos básicos junto con sus respectivas descripciones
(Jorge Marcos Acevedo, Septiembre 2009).
Programación
Una vez conocidos los elementos que LADDER proporciona para su
programación, resulta importante resaltar cómo se estructura un programa y cuál
es el orden de ejecución.
El siguiente esquema representa la estructura general de la distribución de todo
programa LADDER, contactos a la izquierda y bobinas y otros elementos a la
derecha.
Figura 3.1.- Programación en Ladder. (http//www.autómatas.org, 2006)
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL PRÁCTICA CON EQUIPO FESTO CONTROLADO MEDIANTE PLC
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En cuanto a su equivalencia eléctrica, podemos imaginar que las líneas verticales
representan las líneas de alimentación de un circuito de control eléctrico.
El orden de ejecución es generalmente de arriba hacia abajo y de izquierda a
derecha, primero los contactos y luego las bobinas, de manera que al llegar a
éstas ya se conoce el valor de los contactos y se activan si procede. El orden de
ejecución puede variar de un controlador a otro, pero siempre se respetará el
orden de introducción del programa, de manera que se ejecuta primero lo que
primero se introduce.
Variables internas y bits de sistema
Las variables internas son bits auxiliares que pueden ser usados según convenga,
sin necesidad de que representen ningún elemento del autómata. Se suele indicar
mediante los caracteres B ó M y tienen tanto bobinas como contactos asociados a
las mismas. Su número de identificación suele oscilar, en general, entre 0 y 255.
Su utilidad fundamental es la de almacenar información intermedia para simplificar
esquemas y programación.
Los bits de sistema son contactos que el propio autómata activa cuando conviene
o cuando se dan unas circunstancias determinadas. Existe una gran variedad,
siendo los más importantes los de arranque y los de reloj, que permiten que
empiece la ejecución desde un sitio en concreto y formar una base de tiempos
respectivamente. Su nomenclatura es muy diversa, dependiendo siempre del tipo
de autómata y fabricante.
3.5 Lenguaje booleano (Lista de Instrucciones).
El lenguaje Booleano utiliza la sintaxis del Álgebra de Boole para ingresar y
explicar la lógica de control. Consiste en elaborar una lista de instrucciones o
nemónicos, haciendo uso de operadores Booleanos (AND, OR, NOT, etc.) y otras
instrucciones nemónicas, para implementar el circuito de control. El lenguaje “Lista
de Instrucciones” (IL) de la Norma IEC 1131-3, es una forma de lenguaje Booleano
(http//www.autómatas.org).
Ejemplo de programación Booleana:
A
A
O
=
I
I
I
Q
2.3
4.1
3.2
1.6
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL PRÁCTICA CON EQUIPO FESTO CONTROLADO MEDIANTE PLC
Página 35
3.6 Diagrama de funciones (FBD)
Es un lenguaje gráfico que permite al usuario programar elementos (bloque de
funciones del PLC) en tal forma que ellos aparecen interconectados al igual que
un circuito eléctrico. Generalmente utilizan símbolos lógicos para representar al
bloque de función. Las salidas lógicas no requieren incorporar una bobina de
salida, porque la salida es representada por una variable asignada a la salida del
bloque (http//www.autómatas.org).
El diagrama de funciones lógicas, resulta especialmente cómodo de utilizar, a
técnicos habituados a trabajar con circuitos de puertas lógicas, ya que la
simbología usada en ambos es equivalente.
Adicionalmente a las funciones lógicas estándares y específicas del vendedor, el
lenguaje FBD de la Norma IEC 1131-3 permite al usuario construir sus propios
bloques de funciones, de acuerdo a los requerimientos del programa de control.
Figura 3.2.- Programación mediante diagrama de funciones.
(http//www.autómatas.org, 2006)
3.7 Lenguaje de texto estructurado (ST)
Texto estructurado (ST) es un lenguaje de alto nivel que permite la programación
estructurada, lo que significa que muchas tareas complejas pueden ser divididas
en unidades más pequeñas. ST se parece mucho a los lenguajes de
computadoras BASIC o PASCAL, que usa subrutinas para llevar a cabo diferentes
partes de las funciones de control y paso de parámetros y valores entre las
diferentes secciones del programa (E. MANDADO, 1996).
Al igual que LD, FBD e IL, el lenguaje de texto estructurado utiliza la definición de
variables para identificar entradas y salidas de dispositivos de campo y cualquier
otra variable creada internamente.
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL PRÁCTICA CON EQUIPO FESTO CONTROLADO MEDIANTE PLC
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Incluye estructuras de cálculo repetitivo y condicional, tales como: FOR…TO;
REPEAT..... UNTIL X; WHILE X...; IF... THEN ...ELSE. Además soporta
operaciones Booleanas (AND, OR, etc.) y una variedad de datos específicos, tales
como fecha, hora.
La programación en Texto Estructurado es apropiada para aplicaciones que
involucran manipulación de datos, ordenamiento computacional y aplicaciones
matemáticas que utilizan valores de punto flotante. ST es el mejor lenguaje para la
implementación de aplicaciones de inteligencia artificial, lógica difusa, toma de
decisiones, etc.
Ejemplo:
IF Manual AND Alarm THEN
Level = Manual_Level;
Mixer = Start AND NOT Reset
ELSE IF
Other_Mode THEN
Level = Max_level;
ELSE
Level = (Level_Indic X100)/Scale;
END IF;
3.8 Sequential function chart (SFC)
Es un “lenguaje” gráfico que provee una representación diagramática de
secuencias de control en un programa. Básicamente, SFC es similar a un
diagrama de flujo, en el que se puede organizar los subprogramas o subrutinas
(programadas en LD, FBD, IL y/o ST) que forman el programa de control. SFC es
particularmente útil para operaciones de control secuencial, donde un programa
fluye de un punto a otro una vez que una condición ha sido satisfecha (cierta o
falsa) (http//www.autómatas.org).
El marco de programación de SFC contiene tres principales elementos que
organizan el programa de control:
Pasos (etapas)
Transiciones (condiciones)
Acciones
El programa irá activando cada una de las etapas y desactivando la anterior
conforme se vayan cumpliendo cada una de las condiciones. Las acciones se
realizarán en función de la etapa activa a la que están asociadas. Por ejemplo, la
etapa 1 activa tras arrancar el programa, al cumplirse la "Condición 1", se activará
la etapa 2, se desactivará la 1, y se realizará la "Acción 1".
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL PRÁCTICA CON EQUIPO FESTO CONTROLADO MEDIANTE PLC
Página 37
Ejemplo:
Figura 3.3.- Programación con sfc. (http//www.autómatas.org, 2006)
Como se mencionó anteriormente, el lenguaje sfc tiene su origen en el estándar
francés grafcet (grafica de control de etapas de transición). El grafcet también
utiliza etapas, transiciones y acciones.
3.9 El lenguaje KOP (escalera) o "Ladder".
Figura 3.4.- Programación en diagrama de escalera (kop)(ldr).
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL PRÁCTICA CON EQUIPO FESTO CONTROLADO MEDIANTE PLC
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El lenguaje KOP (escalera) o "Ladder".también denominado lenguaje de
contactos o en escalera, es un lenguaje de programación gráfico muy popular
dentro de los autómatas programables debido a que está basado en los esquemas
eléctricos de control clásicos. De este modo, con los conocimientos que todo
técnico eléctrico posee, es muy fácil adaptarse a la programación en este tipo de
lenguaje. (Romeral, 1997)
Para programar un autómata con LADDER, además de estar familiarizado con las
reglas de los circuitos de conmutación, es necesario conocer cada uno de los
elementos de que consta este lenguaje. A continuación se describen de modo
general los más comunes.
Tabla 3.- Elementos básicos en LADDER
Símbolo
Nombre
Descripción
Se activa cuando hay un uno lógico en el elemento
Contacto que representa, esto es, una entrada (para captar
NA
información del proceso a controlar), una variable
interna o un bit de sistema.
Bobina
NC
Se activa cuando la combinación que hay a su entrada
(izquierda) da un cero lógico. Su activación equivale a
decir que tiene un cero lógico. Su comportamiento es
complementario al de la bobina NA.
Bobina
SET
Una vez activa (puesta a 1) no se puede desactivar
(puesta a 0) si no es por su correspondiente bobina en
RESET. Sirve para memorizar bits y usada junto con
la bobina RESET dan una enorme potencia en la
programación.
Bobina
JUMP
Permite saltarse instrucciones del programa e ir
directamente a la etiqueta que se desee. Sirve para
realizar subprogramas.
Se suele indicar mediante los caracteres B ó M y tienen tanto bobinas como
contactos asociados a las mismas de los tipos vistos en el punto anterior. Su
número de identificación suele oscilar, en general, entre 0 y 255. Su utilidad
fundamental es la de almacenar información intermedia para simplificar esquemas
y programación.
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL PRÁCTICA CON EQUIPO FESTO CONTROLADO MEDIANTE PLC
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Los bits de sistema son contactos que el propio autómata activa cuando conviene
o cuando se dan unas circunstancias determinadas. Existe una gran variedad,
siendo los más importantes los de arranque y los de reloj, que permiten que
empiece la ejecución desde un sitio en concreto y formar una base de tiempos
respectivamente. Su nomenclatura es muy diversa, dependiendo siempre del tipo
de autómata y fabricante.
Temporizadores
El temporizador es un elemento que permite poner cuentas de tiempo con el fin de
activar bobinas pasado un cierto tiempo desde la activación. El esquema básico
de un temporizador varía de un autómata a otro, pero siempre podemos encontrar
una serie de señales fundamentales, aunque, eso sí, con nomenclaturas
totalmente distintas.
Temporizador
Inicializar los temporizadores es necesario utilizar la caja ya definida para dicho
fin, Existen tres tipos de temporizadores, el temporizador de impulso, el
temporizador de retraso a la conexión y el temporizador con retardo a la
desconexión. Inicialización de temporizadores.
Es muy importante tener cuidado en no repetir el número de temporizador en
cuestión. La preselección del temporizador se encuentra en la parte izquierda del
temporizador y es necesario lleve la “s” de segundos. El dato numérico puede
estar entre 0 y 65535.
Figura 3.5.- Temporizador en Ladder.
Se puede apreciar el método de inicialización e inspección de un temporizador. La caja del
temporizador siempre se colocará en la parte ejecutiva y el contacto en la parte condicional.
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Figura 3.5.1.- Temporizador con dos entradas y dos salidas.
(http//www.autómatas.org, 2006)
Esquema de un temporizador, tii, con dos entradas (e y c a la izquierda) y dos
salidas (d y r a la derecha con las siguientes características:

Entrada Enable (E): Tiene que estar activa (a 1 lógico) en todo momento
durante el intervalo de tiempo, ya que si se desactiva (puesta a cero lógico) se
interrumpiría la cuenta de tibia (puesta a cero temporal).
Contadores
El contador es un elemento capaz de llevar el cómputo de las activaciones de sus
entradas, por lo que resulta adecuado para memorizar sucesos que no tengan que
ver con el tiempo pero que se necesiten realizar un determinado número de veces.
Figura 3.6.- Contador de 4 entras y 3 salidas. (http//www.autómatas.org, 2006)
En la figura 3.6 Puede verse el esquema de un contador, ci, bastante usual, donde
pueden distinguirse las siguientes entradas y salidas:

Entrada RESET (R): Permite poner a cero el contador cada vez que se
activa. Se suele utilizar al principio de la ejecución asignándole los bits de
arranque, de modo que quede a cero cada vez que se arranca el sistema.

Entrada PRESET (P). Permite poner la cuenta del contador a un valor
determinado distinto de cero, que previamente se ha programado en Cip.
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
Entrada UP (U): Cada vez que se activa produce un incremento en una
unidad de la cuenta que posea en ese momento el contador.

Entrada DOWN (D): Cada vez que se activa produce un decremento en una
unidad de la cuenta que posea en ese momento el contador.

Salida FULL (F): Se activa al producirse un desbordamiento del valor del
contador contando en sentido ascendente.

Salida DONE (D): Se activa cuando el valor del contador se iguala al valor
preestablecido Cip.

Salida EMPTY (E): Se activa al producirse un desbordamiento del valor del
contador contando en sentido descendente.
Contadores Monoestables
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 como podemos observar en la siguiente
figura 3.7 (Jose Luis Romeral, 1997).
Figura 3.7.- Contador 1 entrada y 1 salida. (http//www.autómatas.org, 2006)

Entrada START (S): Cuando se activa o se le proporciona un impulso
comienza la cuenta que tiene programada.

Salida RUNNING (R): Se mantiene activada mientras dura la cuenta y se
desactiva al finalizarla. Al igual que con el temporizador, para programar la
cuenta hay que introducir los valores de Mip y Mib.
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Una vez conocidos los elementos que LADDER proporciona para su
programación, resulta importante resaltar cómo se estructura un programa y cuál
es el orden de ejecución.
El siguiente esquema representa la estructura general de la distribución de todo
programa LADDER, contactos a la izquierda y bobinas y otros elementos a la
derecha.
Figura 3.8.- Estructura general de un programa en Ladder.
(http//www.autómatas.org, 2006)
Figura 3.9.- Distribución de un programa. (http//www.autómatas.org, 2006)
En cuanto a su equivalencia eléctrica, podemos imaginar que la línea vertical de la
izquierda representa el terminal de alimentación, mientras que la línea vertical de
la derecha representa el terminal de masa.
El orden de ejecución es generalmente de arriba abajo y de izquierda a derecha,
primero los contactos y luego las bobinas, de manera que al llegar a éstas ya se
conoce el valor de los contactos y se activan si procede. El orden de ejecución
puede variar de un autómata a otro, pero siempre se respetará el orden de
introducción del programa, de manera que se ejecuta lo que primero se introduce
(http//www.autómatas.org, 2006).
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Sistemas combinacionales
Aunque en los sistemas industriales la programación se centra en procesos
secuenciales, no teniendo demasiado interés los procesos combinacionales, es
necesario conocer la lógica combinacional ya que en muchas ocasiones es
necesaria en la programación secuencial.
Una vez obtenida la función lógica de un problema combinacional, el paso a
LADDER o esquema de contactos es muy sencillo. De acuerdo con el álgebra de
Boole aplicada a la conmutación, las sumas serán contactos en paralelo, los
productos contactos en serie y las negaciones contactos normalmente cerrados.
En la siguiente figura se muestra un ejemplo de esquema LADDER para una
determinada ecuación.
Figura 3.10.- Ladder para la función m = a(b'+c)d'
Elementos de memoria
La conexión tradicional para realizar una función de memoria en los circuitos
con relés, es el circuito con autoalimentación. Esto se consigue mediante la
conexión de un contacto NA del relé (o contactor) en paralelo con el pulsador de
marcha. A continuación puede observarse las dos variantes de este circuito: con
prioridad a la desconexión (figura a) y con prioridad a la conexión (figura b).
(http//www.autómatas.org, 2006)
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Figura 3.11.- Diagrama de control. (A.porras/AP montanero, 1990)
Circuitos con auto alimentación con prioridad a la desconexión a) y a la conexión
b) En la figura 3.12 se pueden observar los esquemas equivalentes en LADDER:
Figura 3.12.- Diagrama equivalente en Ladder. (A.porras/AP montanero, 1990)
Circuitos LADDER con autoalimentación
Sin embargo, con LADDER el esquema puede quedar mucho más sencillo si
empleamos las bobinas de SET para la marcha y RESET para paro:
Figura 3.13.- Circuito de marcha y paro con bobinas reset y set. (A.porras/AP
montanero, 1990)
En este caso la prioridad dependerá del PLC utilizado, aunque usualmente la
función RESET tiene prioridad sobre la SET.
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Elementos de tiempo
Como ya se ha comentado, los dos elementos básicos de tiempo son el
temporizador y el monoestable. A continuación veremos un ejemplo de
programación de un automatismo temporizado.
El esquema siguiente se corresponde con el mando de un motor con marcha
temporizada:
Figura 3.14.- Automatismo temporizado. (A.porras/AP montanero, 1990)
Un posible programa equivalente en LADDER podría ser el siguiente:
Figura 3.15.- Temporizador en Ladder. (A.porras/AP montanero, 1990)
Para aclarar la programación con elementos de cómputo, se explicará el
funcionamiento en la figura 3.16:
Como se puede observar, el programa consta de un contador C11 que ha sido
programado con el valor 10 (Cp=10). Con la entrada S0 ponemos a cero el
contador y con la entrada S1 se preselecciona con el valor de Cp, esto es, 10.
Cada impulso dado en S2 incrementa en una unidad el contador y cada impulso
en S3 lo disminuya. (A.porras/AP montanero, 1990)
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Las bobinas KMI y KM2 se activan cuando el contador posee el valor 10 y 6
respectivamente, en cambio, la bobina KM3 está continuamente activada excepto
cuando el contador se encuentra con el valor 4.
Aplicación de un temporizador en LADDER.
Elementos de cómputo
Figura 3.16.- Ejemplo de programa Ladder de cómputo. (A.porras/AP montanero,
1990)
Sistemas secuenciales
Aunque es posible programar sistemas secuenciales en LADDER, sólo se suele
utilizar para el control de sistemas sencillos. En aquellos más complejos se utiliza
la programación modular o el GRAFCET.
3.10 Campos de aplicación
El PLC 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. Su utilización se da
fundamentalmente en aquellas instalaciones en donde es necesario un proceso de
maniobra, control, señalización, etc, por tanto, su aplicación abarca desde
procesos de fabricación industriales de cualquier tipo a transformaciones
industriales, control de instalaciones, etc (Jose Luis Romeral, 1997).Sus reducidas
dimensiones, la extremada facilidad de su montaje, la posibilidad de almacenar los
programas para su posterior y rápida utilización, la modificación o alteración de los
mismos, etc., hace que su eficacia se aprecie fundamentalmente en procesos en
que se producen necesidades tales como:
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Espacio reducido
Procesos de producción periódicamente cambiantes
Procesos secuenciales
Maquinaria de procesos variables
Instalaciones de procesos complejos y amplios
Chequeo de programación centralizada de las partes del proceso
Ejemplos de aplicaciones generales:
Maniobra de máquinas
Maquinaria industrial de plástico
Máquinas transfer
Maquinaria de embalajes
Maniobra de instalaciones:
Instalación de aire acondicionado, calefacción...
Instalaciones de seguridad
Señalización y control:
Chequeo de programas
Señalización del estado de proceso
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CAPITULO IV
PROGRAMACIÓN CON WIN FST 4.10.
En el presente capitulo se describirá la programación de un PLC mediante el
lenguaje KOP (lenguaje de contactos o de escalera), utilizando el software de
programación de la empresa FESTO, llamado Win FST 4.10.
Se describirán paso a paso las actividades necesarias para realizar la introducción
de los comandos en el software, así como las variables pertinentes para la
realización de los programas y la configuración para la comunicación con el PLC
real.
4.1 Primeros pasos
Inicio del software Win FST 4.10
Ir al menú “inicio”, después dar clic en “todos los programas”, elegir la carpeta
“FESTO sofware” y dar clic en la “FST 4.10”.
Al iniciar el software Win FST 4.10 observará la siguiente pantalla:
Figura 4.1.- Página de inicio del fst 4.10.
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4.2 Creación de un nuevo proyecto
Dar un Clic en [File],[New Project]
Figura 4.2.- Ventana de dialogo para el nuevo proyecto.
La ventana de dialogo aparecerá con el signo “?” en el campo para la
introducción del nombre.
Introduzca el nombre de su proyecto.
Dar un Clic en [OK]
Una nueva ventana de diálogo aparecerá para que introduzca los ajustes del proyecto.
Figura 4.3.- Ventana de dialogo para ajustes del proyecto.
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Figura 4.3.1.- Ventana de dialogo con los ajustes empleados para el primer
programa
Escoja el tipo de controlador en base al que esté utilizando.
Tal vez desee añadir un comentario para el proyecto. Sin embargo, no es necesario.
Dar un Clic en [OK]
Será llevado a la ventana principal con una nueva ventana (“Project Tree”) en la
parte superior izquierda.
Es allí donde se lleva a cabo la navegación por todo el proyecto.
4.3 Creación de un programa
Hay varias formas de crear un programa.
1.-Dar un Clic en [Insert], [New Program] o [Program], [New].
2.-puede dar un Clic en el botón derecho del ratón en
“Program” y dar un Clic en “Insert Program”
Una ventana de dialogo aparecerá.
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Página 51
Figura 4.4.- Ventana de dialogo para el primer programa.
El nuevo programa que ha creado aparecerá bajo la carpeta “Program” en el árbol
del proyecto como se muestra en la figura 4.5 .
Figura 4.5.- El árbol del proyecto.
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Página 52
4.4 Configuración de Entradas/Salidas.
Antes de declarar las variables, necesita configurar las E/S.
En la figura 4.6 se muestra en donde se configurara las entradas y salidas.
De un doble Clic en “IO Configuration” en la lista del árbol del proyecto.
Figura 4.6.- IO Configuration
Aparecerá una ventana de diálogo.
La pantalla estará en blanco.
Figura 4.6.1.- Ventana interna
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Dar un Clic en “Insert IO Module”
Una nueva ventana de diálogo aparecerá
Escoja el PLC que esté empleando.(en este caso el FC660)
Figura 4.6.2.- PLC seleccionado.
Escoja “0” tanto para “OW” como para “IW”.
Éste es el número de palabra tanto para las entradas como para las salidas de la
cual comenzaremos a direccionar.
Dar un Clic en “OK”.
Cierre la ventana.
Figura 4.7.- Direccionamiento de entradas y salidas.
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Página 54
4.5 Declaración de las variables.
Necesita declarar las variables que utilizará en su programa.
Esto se hace en “Lista de Asignaciones” (“Allocation List”).
Dar un doble Clic en la opción “Allocation List” del árbol del proyecto.
Aparecerá una nueva pantalla con tres encabezados:
Operando
Símbolo
Comentario
“Operand” es la dirección absoluta que reconoce el PLC de las entradas y las
salidas.
“Symbol” es el operando simbólico el cual le es familiar al programador.
“Comment” son los comentarios acerca del operando en cuestión.
Los operandos simbólicos y los comentarios son opcionales;
sin embargo se aconseja definirlos con el fin de documentar el
proyecto.
Para insertar una variable, dar un Click derecho, y después dar un clic en [Insert
Operand]
Otra manera es presionando la tecla [Insert].
Figura 4.8.- Cuadro de Lista de Asignaciones (“Allocation List”).
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Figura 4.9.1.- cuadro de dialogo de entradas y salidas.
Figura 4.9.2.- Cuadro de dialogo ya llenado (“ejemplo”).
4.6 Ejercicios
Ejercicio 1
Portón.
Se tiene un portón controlado y automatizado mediante un PLC.
El trabajo que debe realizar el plc es abrir y cerrar de forma manual un garaje
como se muestra en la figura 4.10.
Condiciones:
1.-Al presionarse un botón pulsador (abrir) el garaje deberá abrir totalmente.
2.-Al presionarse un botón pulsador (cerrar) el garaje deberá cerrar totalmente
3.-Debe existir un botón pulsador de paro de emergencia (parar)
4.-Tiene que haber luces indicadoras de estado del garaje, (entreabierto, abierto o
cerrado)
5.- Al abrir y cerrar la puerta debe estar protegido contra sobrecargas para evitar
dañar el motor.
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Página 56
Figura 4.10.- Puerta eléctrica. (logixpro)
Nota: El ejercicio 1 fue simulado con el programa “LogixPro Simulator”
Realización.
Primero se hará la lista de asignación (allocation list)
Figura 4.5.- Lista de asignación del ejercicio 1.
Tomando en cuenta las condiciones se empezara a programar.
Para la primera condición se tiene que:
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Figura 4.6.- Código para accionamiento del motor (abrir).
Para la segunda condición se tiene que:
Figura 4.6.1.- Código para accionamiento del motor (cerrar).
Para hacer que encienda el foco2 indicador de que la puerta está abierta.
Figura 4.6.2.- Código para activar indicador de puerta abierta.
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Para hacer que encienda el foco1 indicador de que la puerta está cerrada.
Figura 4.6.3.- Código para activar indicador de puerta cerrada.
Para hacer que encienda el foco2 indicador de que la puerta esta entreabierta.
Figura 4.6.4.- Código para activar indicador de puerta entreabierta.
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Ejercicio 2
CORTADORA DE LÁMINAS.
El vástago de un cilindro deberá avanzar para cortar una sección de lámina cada
vez que se pulse un botón.
El vástago deberá retornar a su posición inicial aun cuando el botón se mantenga
oprimido.
Para iniciar un siguiente ciclo, es necesario liberar el botón para después volverlo
a oprimir.
El cilindro es de doble efecto y la válvula es monoestable.
Figura 4.7.- Cortadora de lámina.
Primero se hará la lista de asignación (allocation list)
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Página 60
Figura 4.8.- Lista de asignación del ejercicio 2.
Se realizará un diagrama de espacio-fase y como se puede observar en la figura
45 y se tiene que se tiene la misma combinación de botones para que se haga
diferente función, usaremos en este programa el uso de las banderas ya antes
mencionadas.
Figura 4.9- Diagrama espacio fase.
Su diagrama de fuerza se presenta en la figura 4.10.
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Página 61
Figura 4.10.- Diagrama de fuerza de la cortadora de lámina.
El diagrama de conexiones eléctricas del plc se muestra en la figura 47.
Figura 4.11.- Conexiones eléctricas del plc para el ejercicio 2.
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Página 62
Para el manejo de las banderas primero se tiene que poner con un botón
normalmente cerrado.
Figura 4.12.- Código para activar la válvula monoestable.
Después se activa la bandera.
Figura 4.12.1.- Código para la activación de bandera y reset de válvula.
Después se utiliza la bandera y se termina con desactivar la bandera.
Figura 4.12.2.- Código para reset de la bandera.
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Página 63
Ejercicio 3
Control de arranque de un motor con inversión de giro.
Se tiene que automatizar un motor reversible que mediante dos botones
pulsadores se haga el cambio de giro del motor trifásico, sin ponerlo en riesgo.
Figura 4.13.- Esquema de potencia de un motor reversible.
Primero se hará la lista de asignación (allocation list).
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Figura 4.14.- Lista de asignación del ejercicio 3.
Enseguida se muestra el código en lenguaje KOP para el funcionamiento de la
inversion de giro del motor. En la figura 4.15 se muestran las condiciones que
permiten el giro a la derecha para el motor trifásico.
Figura 4.15.- Código para accionamiento de giro a la derecha.
Ahora, para el giro a la izquierda, se deben cumplir las condiciones mostradas en
la figura 4.16.
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Figura 4.16.1.- Código para accionamiento de giro a la izquierda.
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Figura 4.17.- Representación del flujo de corriente para el giro del motor trifásico
hacia la derecha.
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Figura 4.18.- Representación del flujo de corriente para el giro del motor trifásico
hacia la izquierda.
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En la figura 4.19 se muestra las conexiones de entradas y salidas ocupadas para
este ejercicio.
Figura 4.19.- Conexiones eléctricas del plc para el ejercicio 3.
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Página 69
CONCLUSIONES
La tecnología y desarrollo de los PLCs han alcanzado niveles de aceptación muy
elevados dentro del ámbito industrial y en el sector educativo. Su implementación
ha permitido grandes incrementos en los niveles de producción y calidad de los
productos, debido a la realización de tareas más precisas y a la reducción de
tiempos de paro. Actualmente, a nivel local y en todo el país, existen un gran
número de empresas que utilizan PLCs para el control de sus procesos, por lo que
el desarrollo de este tema ha brindado la oportunidad a sus realizadores de
adentrarse en el conocimiento y desarrollo de habilidades para el manejo de estos
elementos, con lo cual han adquirido bases sólidas para su implementación y uso.
El reporte de este tema se basa en los conocimientos adquiridos durante el
diplomado de automatización recibido por parte de la empresa Festo Didactic.
El trabajo presentado pretende servir de referencia básica para los estudiantes
que deseen conocer los conceptos básicos del tema y tengan una guía sencilla
para que puedan experimentar con la simulación, programación e implementación
de programas en PLCs para resolver problemas básicos en la industria.
La utilización de un simulador permite que los estudiantes puedan practicar la
construcción de sistemas electroneumáticos controlados por un PLC y verificar su
funcionamiento antes de la implementación física, lo cual permite ahorrar tiempo y
dinero en el sector industrial, a la vez que a los estudiantes les permite aprender
de manera significativa.
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL PRÁCTICA CON EQUIPO FESTO CONTROLADO MEDIANTE PLC
Página 70
GLOSARIO DE TÉRMINOS
ÁLGEBRA DE BOOLE: Sistema algebraico donde las preposiciones lógicas se
indican por medio de símbolos y se relacionan mediante operadores que
corresponden a las leyes de la lógica.
API: (Autómata Programable Industrial).Aparato electrónico que sustituye circuitos
auxiliares por sistemas automáticos.
AUTÓMATA
PROGRAMABLE
INDUSTRIAL:
Sistemas
basados
en
microprocesador con arquitectura especialmente adaptada al medio industrial.
Automática Ciencia y técnica de la automatización, que agrupa el conjunto de
disciplinas teóricas y tecnológicas que intervienen en la concepción, construcción
y el empleo de los sistemas automáticos.
AUTOMATISMO COMBINACIONAL: Sistema en el que las variables de salida
dependen exclusivamente de las variables de entrada. Automatismo Secuencial
Sistema cuyo funcionamiento emplea una secuencia de fases claramente
diferenciadas, según un conjunto de reglas preestablecidas.
AUTOMATIZACIÓN: La automatización de un proceso industrial (máquina,
conjunto o equipo industrial) consiste en la incorporación al mismo de un conjunto
de elementos y dispositivos tecnológicos que aseguren su control y
buen desempeño.
BIFURCACIÓN: Punto donde se separan dos o más vías o caminos.
CONTACTO: Dispositivo que abre y/ o cierra un circuito eléctrico.
BIT: La ubicación de almacenamiento más pequeña en memoria. Un bit contiene
ya sea un 1 (activado/verdadero) o un 0 (desactivado/falso).
BYTE: Un grupo de bits adyacentes generalmente operados como una unidad,
como cuando se transfieren a o desde la memoria. Hay ocho bits en un byte. Un
byte es capaz de almacenar y mostrar un equivalente numérico entre 0 y 255.
Ciclo Una sola secuencia de operación. En un PLC, un escán de operación
completo desde el comienzo hasta el fin.
CICLO DE FUNCIONAMIENTO: Se refiere a conceptos acerca de cómo, cuándo y
con qué frecuencia dentro de un mismo ciclo se realizan las adquisiciones de
entradas y se procede
al envío de las salidas, cuando se realiza la
evaluación de instrucciones del programa.
CPU: Unidad Central de Proceso.
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL PRÁCTICA CON EQUIPO FESTO CONTROLADO MEDIANTE PLC
Página 71
DIAGRAMA DE ESCALERA: Lenguaje de programación basado en las normas
NEMA.
DIAGRAMA DE FUNCIONES: Lenguaje de programación basado en dispositivos
lógicos
EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory):
Memoria programable de sólo lectura eléctricamente borrable. Un
memoria semiconductora.
tipo de
ENCONDER: Dispositivo que transforma señales de línea a código.
LÓGICA CABLEADA: Procedimiento de implementación de los algoritmos de
control mediante cables eléctricos, relés electromagnéticos, interruptores, etc.
LÓGICA
de
PROGRAMADA: Procedimiento de implementación de los algoritmos
control
mediante
programas
informáticos.
LÓGICA SECUENCIAL: Lógica utilizada para el diseño de los automatismos
secuenciales.
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Índice de figuras
Figura 2.1.- Diagrama a bloques. (A. Porras, 1990) ............................................................. 13
Figura 2.2.- Fuente de poder. (http//www.autómatas.org, 2006) ......................................... 15
Figura 2.3.- Rectificador. (http//www.autómatas.org, 2006) ............................................... 15
Figura 2.4.- plc modular. (Jose Luis Romeral, 1997) ........................................................... 17
Figura 2.5.- Dispositivo programador manual. (http//www.autómatas.org, 2006) .............. 17
Figura 2.6.- bloque de terminales de una fuente. (Joser Marcos Acevedo, 2009) ............... 18
Figura 2.7.- batería de respaldo. (Vallejo H. D., 2008) ........................................................ 19
Figura 2.8.- estructura externa. (http//www.autómatas.org, 2006)....................................... 20
Figura 2.9.- diagrama de la estructura externa de un plc. (http//www.autómatas.org, 2006)
.............................................................................................................................................. 21
Figura 2.10.- esquema de las memorias de un plc. (E. MANDADO, 1996) ........................ 23
Figura 2.11.- Programa y memoria del sistema. (E. MANDADO, 1996) ............................ 23
Figura 2.12.- entradas y salidas del plc. (grupo maser, 2007) .............................................. 25
Figura 2.13.- módulo de entradas y salidas (Romeral, 1997) ............................................... 26
Figura 2.14.- microprocesador. (http//www.autómatas.org, 2006) ...................................... 27
Figura 2.15.- Unidades de programación. (http//www.autómatas.org, 2006) ...................... 28
Figura 3.1.- Programación en Ladder. (http//www.autómatas.org, 2006)............................ 34
Figura 3.2.- Programación mediante diagrama de funciones. (http//www.autómatas.org,
2006) ..................................................................................................................................... 36
Figura 3.3.- Programación con sfc. (http//www.autómatas.org, 2006) ................................ 38
Figura 3.4.- Programación en diagrama de escalera (kop)(ldr). ........................................... 38
Figura 3.5.- Temporizador en Ladder. .................................................................................. 40
Figura 3.5.1.- Temporizador con dos entradas y dos salidas. (http//www.autómatas.org,
2006) ..................................................................................................................................... 41
Figura 3.6.- Contador de 4 entras y 3 salidas. (http//www.autómatas.org, 2006) ................ 41
Figura 3.7.- Contador 1 entrada y 1 salida. (http//www.autómatas.org, 2006) .................... 42
Figura 3.8.- Estructura general de un programa en Ladder. (http//www.autómatas.org,
2006) ..................................................................................................................................... 43
Figura 3.9.- Distribución de un programa. (http//www.autómatas.org, 2006) ..................... 43
Figura 3.10.- Ladder para la función m = a(b'+c)d' .............................................................. 44
Figura 3.11.- Diagrama de control. (A.porras/AP montanero, 1990)................................... 45
Figura 3.12.- Diagrama equivalente en Ladder. (A.porras/AP montanero, 1990) ............... 45
Figura 3.13.- Circuito de marcha y paro con bobinas reset y set. (A.porras/AP montanero,
1990) ..................................................................................................................................... 45
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Figura 3.14.- Automatismo temporizado. (A.porras/AP montanero, 1990) ......................... 46
Figura 3.15.- Temporizador en Ladder. (A.porras/AP montanero, 1990) ............................ 46
Figura 3.16.- Ejemplo de programa Ladder de cómputo. (A.porras/AP montanero, 1990) . 47
Figura 4.1.- Página de inicio del fst 4.10. ............................................................................. 49
Figura 4.2.- Ventana de dialogo para el nuevo proyecto. ..................................................... 50
Figura 4.3.- Ventana de dialogo para ajustes del proyecto. .................................................. 50
Figura 4.3.1.- Ventana de dialogo con los ajustes empleados para el primer programa ...... 51
Figura 4.4.- Ventana de dialogo para el primer programa.................................................... 52
Figura 4.5.- El árbol del proyecto. ........................................................................................ 52
Figura 4.6.- IO Configuration ............................................................................................... 53
Figura 4.6.1.- Ventana interna .............................................................................................. 53
Figura 4.6.2.- PLC seleccionado. ......................................................................................... 54
Figura 4.7.- Direccionamiento de entradas y salidas. ........................................................... 54
Figura 4.9.1.- cuadro de dialogo de entradas y salidas. ........................................................ 56
Figura 4.9.2.- Cuadro de dialogo ya llenado (“ejemplo”). ................................................... 56
Figura 4.10.- Puerta eléctrica. (logixpro) ............................................................................. 57
Figura 4.5.- Lista de asignación del ejercicio 1. .................................................................. 57
Figura 4.6.- Código para accionamiento del motor (abrir). .................................................. 58
Figura 4.6.1.- Código para accionamiento del motor (cerrar). ............................................. 58
Figura 4.6.2.- Código para activar indicador de puerta abierta. ........................................... 58
Figura 4.6.3.- Código para activar indicador de puerta cerrada. .......................................... 59
Figura 4.6.4.- Código para activar indicador de puerta entreabierta. ................................... 59
Figura 4.7.- Cortadora de lámina. ......................................................................................... 60
Figura 4.8.- Lista de asignación del ejercicio 2. .................................................................. 61
Figura 4.9- Diagrama espacio fase. ...................................................................................... 61
Figura 4.10.- Diagrama de fuerza de la cortadora de lámina. .............................................. 62
Figura 4.11.- Conexiones eléctricas del plc para el ejercicio 2. ........................................... 62
Figura 4.12.- Código para activar la válvula monoestable. .................................................. 63
Figura 4.12.1.- Código para la activación de bandera y reset de válvula. ............................ 63
Figura 4.12.2.- Código para reset de la bandera. .................................................................. 63
Figura 4.13.- Esquema de potencia de un motor reversible. ................................................ 64
Figura 4.14.- Lista de asignación del ejercicio 3. ................................................................ 65
Figura 4.15.- Código para accionamiento de giro a la derecha. ........................................... 65
Figura 4.16.1.- Código para accionamiento de giro a la izquierda. ...................................... 66
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL PRÁCTICA CON EQUIPO FESTO CONTROLADO MEDIANTE PLC
Página b
Figura 4.17.- Representación del flujo de corriente para el giro del motor trifásico hacia la
derecha. ................................................................................................................................. 67
Figura 4.18.- Representación del flujo de corriente para el giro del motor trifásico hacia la
izquierda. .............................................................................................................................. 68
Figura 4.19.- Conexiones eléctricas del plc para el ejercicio 3. ........................................... 69
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL PRÁCTICA CON EQUIPO FESTO CONTROLADO MEDIANTE PLC
Página c
Bibliografía
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