autómata programable

Definición de autómata programable
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.
¿Cómo nacen los PLC´s?
1968 -> GM (División Hidramatyc) – PROBLEMA:
Paredes repletas de Relés
Cambios y Pruebas tomaban semanas/meses, altos costos
Cada cambio (modelo annual) significaba recableado y destrucción
¿Qué es un PLC (Programmable Logic Controller)?
Es un dispositivo de estado sólido (electrónico), que controla salidas con base en programación y señales de entrada.
Todos los autómatas programables, poseen una de las siguientes estructuras:
Compacta: en un solo bloque están todos lo elementos.
Modular:
Estructura americana: separa las E/S del resto del autómata.
Estructura europea: cada módulo es una función (fuente de alimentación, CPU, E/S, etc.).
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.
Los inconvenientes:
Adiestramiento de técnicos.
Costo.
Memoria
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 monitorea 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
CPU
La 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). 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.
Campos de aplicación
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.
Entradas y Salidas (2 tipos)
•
Digitales
• Discretas
• Dos estados posibles
• Representadas por “1” o “0”
• Eléctricamente:
• “0” usualmente 0 Volts (AC or
DC)
• “1” es un valor fijo de voltaje:
5VDC, 24VDC, 120VAC, etc.
• Tecnología: Relés, Triac, Transistor,
MOSFET, TTL
•
Análogicas
• Distintas posibilidades de estados entre
dos valores
• Ejemplo: Sensor de Temperatura
• Rango de valores entre dos límites.
Ejemplo:
• 0°F representado por “0”
• 100°F representado por “4095”
• Eléctricamente:
• 4-20mA, 0-5VDC, -10 a 10VDC
Partes Principales
1.
2.
3.
4.
Fuente
Procesador
Entradas / Salidas
Comunicación
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. Hoy ya existe USB y comunicación directa Punto a punto
mediante Puertos Ethernet/IP en forma transparente
A través de esta línea se pueden manejar todas las características internas del autómata, incluida la programación del
mismo, y suele emplearse para monitorización del proceso en otro lugar separado.
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.
Cada fabricante facilita las posibilidades de ampliación de sus modelos, los cuales pueden variar incluso entre modelos
de la misma serie.
Ejemplo de aplicaciones
Máquina autónoma
Los controladores combinan la potencia de la arquitectura con la flexibilidad de POINT I/O en un formato compacto y
económico. Ideal para máquinas de tamaño pequeño a mediano, estos controladores dan valor a los clientes que buscan
las ventajas de la Arquitectura Integrada en un sistema de menor costo.
Productos de Arquitectura Integrada:
• Controlador con módulos POINT I/O locales
• Pantallas Táctiles
• Servo variadores
• Variador de frecuencia de CA
• Switch de comunicación industrial
Ejemplo de aplicaciones
Maquinas Pequeñas
Los controladores ofrecen control escalable y económico en un factor de formato que ahorra espacio. Para aplicaciones
de equipo autónomo pequeño
hasta aplicaciones de alto rendimiento, estos controladores son ideales para máquinas de ensamblaje, sistemas de
montacargas, equipo modular de proceso, tablas de indexado y aplicaciones de envasado.
Productos de Arquitectura Integrada:
• Controlador con módulos I/O locales
• Módulos I/O
• Servo variadores
• Módulos ArmorBlock I/O
• Terminal táctil
• Variador de frecuencia CA
• Switch de comunicación
Estructura de un PLC:
Un PLC consiste principalmente de una CPU, áreas de memoria externa, y circuitos adecuados para comunicarse con las
entradas y salidas del PLC. Veamos esto en el diagrama presentado en la Figura 2:
Observamos con mucha frecuencia la palabra “relé”. Efectivamente, como ya se ha mencionado, los PLC están
estrechamente vinculados con los relés o “relays”, puesto que fueron creados para remplazarlos cumpliendo con las
mismas funciones, aunque no sean parecidos físicamente.
Estructura de un Rele
Un típico relé puede pensarse como una llave o interruptor electromagnético. Aplicando una tensión continua a la
bobina, mediante el accionamiento de un pulsador, se genera un campo magnético. Este campo succiona o “chupa” el
contacto cerrando el circuito de corriente alterna, por ejemplo, permitiendo que suene la campanilla “BELL”. En este
sencillo ejemplo, tenemos tres componentes reales: el pulsador, el relé y la campanilla. Además tenemos dos circuitos
separados: el inferior, de corriente continua, y el superior, de corriente alterna. En este caso hemos usado un relé de
corriente continua, para controlar un circuito de corriente alterna.
Configuración de tipos de relés
RELES DE ENTRADA (contactos)
Estos contactos están conectados con el “mundo exterior” del PLC. Físicamente existen, y reciben señales de
interruptores, sensores, etc., y en realidad no son relés, sino que tienen componentes del tipo o similares a los
mostrados en la Figura 4.
RELES DE SALIDA (bobinas)
Son salidas físicas a las cuales se conecta el cableado que llevará la señal a los actuadores de la máquina o proceso que
se está controlando. Cada salida corresponde a una variable dentro del programa en ejecución. En general, los módulos
de salida están basados en relés , como se observa en la configuración de la Figura 5, por ser dispositivos que soportan
corrientes de cierta importancia a través de sus terminales de contacto, y porque además ofrecen alto aislamiento para
el PLC con respecto a los circuitos externos. Estos relés son salidas del tipo “On/Off”, o sea conectan o no un actuador,
que puede ser un motor, un timbre, etc. También hay salidas a través de optoacopladores, transistores, TRIACs, etc.,
pero las de relés son las más usadas
RELES UTILITARIOS INTERNOS (SIMULADOS) (contactos)
Estos relés no reciben señales desde el mundo exterior al PLC, ni tampoco existen físicamente como relés. Son relés
simulados dentro del PLC, y su importancia radica en que permite al PLC eliminar relés externos
CONTADORES (SIMULADOS)
Tampoco existen físicamente; son variables que simulan a los contadores reales. Pueden hacer conteo de entradas y
salidas físicas o lógicas, como también, como también pueden hacerlo en forma ascendente o descendente, activando
otras variables luego de comparar el valor del conteo en que se encuentren, con un valor que se haya programado
previamente
TEMPORIZADORES (SIMULADOS)
Los temporizadores o timers, que tampoco existen físicamente, son variables que simulan un temporizador físico al cual
se le puede programar el tiempo deseado para la activación o desactivación de otra variable dentro del programa o de
entradas y salidas físicas externas.
ALMACENAMIENTO DE DATOS
No es otra cosa que la memoria de datos vista para los micro controladores. Es decir hay registros asignados para simple
almacenamiento de datos, que generalmente se usan también como memoria de almacenamiento temporario de
cálculo.
Modo de operación de un PLC:
Proceso:
Una vez que se han leído las entradas, el PLC ejecuta las órdenes de acuerdo al programa que se tenga en la memoria.
Durante este paso se ejecutan operaciones matemáticas, se verifica el estado de los temporizadores al igual que el de
los contadores, y se toman decisiones que finalmente han de llegar a los módulos de salida.
Actualización de las salidas:
Una vez concluido el procesamiento del programa cargado en memoria, la CPU ordena la actualización de los valores
que deben tener las salidas, o sea la activación (ON) o desactivación (OFF) si se trata de salidas digitales, o un voltaje
proporcional si se trata de salidas analógicas.
Tiempo de escaneo:
El tiempo de escaneo (scan time), también llamado tiempo de respuesta, es determinado por el lapso que hay entre la
ejecución por parte del PLC del primer paso, ir hasta el tercero y de nuevo llegar al primero (ver diagrama anterior) o sea
realizar un ciclo completo. Cuanto más pequeño sea el tiempo de escaneo, mayor será la velocidad de respuesta del PLC.
Un Controlador Lógico Programable (PLC) o autómata programable es un sistema electrónico de control de estado
sólido que monitorea continuamente el estado de los diferentes sensores e instrumentación conectados como entradas.
Además, controla el estado de los actuadores conectados como salidas basado en un programa escrito por el usuario,
guardado previamente en memoria.
Parte de mando
 Interviene en la parte operativa a través de actuadores, en retorno recibe reporte de las acciones realizadas por
medio de los sensores de la sección operativa.
 Comprende 1 o más procesadores controlados por una interfaz hombre máquina o IHM.
 Por lo tanto comprende 1 o más PLCs cuyo rol es procesar la información proveniente de la parte operativa.
Parte operativa
Interviene en valores físicos: temperatura, movimiento, presión en procesos con productos sólidos, líquidos o gaseosos
1. Sensores
2. Actuadores
Sensores
Informan a la parte de mando acerca del estado de la parte operativa. Transforman un fenómeno físico en una señal
eléctrica estandarizada.
 Sensores Inductivos
 Sensores Capacitivos
 Sensores Fotoeléctricos
Sensores de Instrumentación
 Sensores de Nivel
 Sensores de Temperatura
 Sensores de Flujo
Actuadores
Cambian el estado de la sección operativa en línea con las órdenes generadas por la sección de mando.
 Pre-actuadores
 Switches
 Servoválvulas neumáticas
 Controladores de Velocidad
 Actuadores de Potencia
 Bombas
 Pistones
 Motores
•
•
Tecnología Programada
Tecnología Cableada
•
En la tecnología programada, el funcionamiento de la instalación está definido por un programa ejecutado de
manera cíclica por un autómata programable o PLC.
Para cada modificación del funcionamiento, sólo hay que modificar el programa.
Una modificación en el programa puede reemplazar un nuevo temporizador o un relé auxiliar.
Un sólo equipo, sin cableado entre módulos, sólo la conexión para los sensores, accionadores y la fuente de
alimentación.
•
•
•
Ventajas de la tecnología programada


Menos componentes: El autómata programable reemplaza la mayoría de relés auxiliares, temporizadores o
relojes. Esto no sólo proporciona un beneficio principal en el volumen, sino también un beneficio en la fiabilidad,
ya que no hay más partes mecánicas en el cerebro del dispositivo de automatización.
Las únicas conexiones son: La alimentación del autómata, los sensores y los accionadores.
Ventajas de la tecnología programada

•
•
•
Mayor flexibilidad: El programa es una serie de instrucciones que puede ser fácilmente escrito y modificado
utilizando un terminal de programación. También se puede duplicar con facilidad si se necesitan crear
automatismos idénticos.
Mayor facilidad para ajustar y depurar: En el panel frontal del autómata, se puede ver un LED que indica con
una señal luminosa el estado de los funcionamiento de los sensores (abiertos o cerrados), estado de los
accionadores (en marcha o parados) y el estado del funcionamiento del propio autómata.
El funcionamiento de la instalación está definido por el cableado entre los diferentes componentes (relés,
temporizadores, relojes, etc.). Por ende, cuanto más compleja es la instalación, más complejo es el cableado.
Para cada modificación de funcionamiento, es necesario modificar el cableado.
Existen muchos componentes cableados entre ellos, cada uno teniendo su propia función (temporizadores,
relés, contadores ...)
Tipos:
• Neumática
•
Hidráulica
•
Electrónica
•
Eléctrica
Qué se necesita saber para especificar un PLC?

Cantidad, tipo y ubicación de las E/S
 Número de Entradas y Salidas
 AC ó DC
 Analógicos y/o Discretos
 Concentrados o distribuidos por la Planta
 Requerimientos de Comunicación
 Protocolos y redes utilizadas
 Dispositivos con los que me voy a comunicar (HMI, otros PLCs, etc.)
 Velocidad requerida para la aplicación
 Tiempo mínimo de respuesta requerido por el sistema (throughput)
 Cuan rápido cambia el proceso
 Cuan rápido tengo que detectar y actuar
Característica
T. Cableada
T. Programada
Flexibilidad
Baja
Alta
Posibilidad de ampliación
Compleja
Sencilla
Conexiones y cableado exterior
Muchas
Pocas
Tiempo de desarrollo del sistema
Mucho
Poco
Mantenimiento
Difícil
Fácil
Herramientas de simulación
No existen
Si existen
Costo para pequeñas series
Alto
Bajo
Estructura
de
independientes
Bloques Difícil
Fácil