Automatismo programable por PLC Automatismo Programable por PLC MATERIAL TÉCNICO DE APOYO 1 Automatismo programable por PLC TAREA N°01 Montaje de un PLC en un tablero de control automático • El controlador lógico programable (PLC). Los Controladores Lógicos Programables (PLC, por sus siglas en inglés) son dispositivos electrónicos utilizados en la automatización industrial para controlar procesos y maquinaria. • Fundamentos. Un Controlador Lógico Programable (PLC) es un dispositivo esencial en la automatización industrial. Sus fundamentos se resumen en unos pocos conceptos clave: 1. Entradas y Salidas (I/O): Los PLC interactúan con el entorno industrial a través de señales de entrada (sensores, interruptores) y salidas (actuadores, motores). Estas señales son la base de su operación. 2. Programación: Se programan para controlar procesos industriales. El lenguaje de programación más común es el Ladder Logic, que utiliza símbolos gráficos para crear la lógica de control. 3. Ciclo de Escaneo: Los PLC operan en ciclos de escaneo, donde leen entradas, ejecutan el programa y actualizan salidas repetidamente. Esto asegura un control continuo y preciso. 4. Memoria: Tienen memoria para almacenar programas y datos necesarios para la operación. Esto incluye la memoria de programa y la memoria de datos. 5. Estructura del Programa: Los programas de PLC se estructuran en función de la lógica de control requerida, utilizando elementos como contactos, bobinas, temporizadores y contadores. 6. Modos de Funcionamiento: Los PLC pueden operar en modos automático (ejecución del programa), manual (control manual de salidas) y programación (modificación del programa). 7. Comunicación: Se comunican con otros dispositivos y sistemas a través de protocolos como Modbus o Ethernet. 8. Detección de Errores y Seguridad: Los PLC incorporan funciones de detección de errores y características de seguridad para garantizar un funcionamiento confiable y seguro. 9. Flexibilidad y Expansión: Los PLC modulares permiten la expansión mediante módulos de E/S o funciones adicionales según las necesidades. 10. Documentación y Diagnóstico: La documentación adecuada y herramientas de diagnóstico son esenciales para la instalación y el mantenimiento. • Tipos. Existen varios tipos de Controladores Lógicos Programables (PLC) diseñados para satisfacer diferentes necesidades y aplicaciones en la automatización industrial. Los tipos más comunes de PLC incluyen: 2 Automatismo programable por PLC 1. PLC Compactos: Estos son dispositivos todo en uno que integran la CPU, la memoria y las E/S en una sola unidad. Son ideales para aplicaciones más simples y con un número limitado de E/S. 2. PLC Modulares: Los PLC modulares permiten una mayor flexibilidad y escalabilidad. Están compuestos por una CPU principal y módulos de E/S intercambiables, lo que facilita la expansión para adaptarse a sistemas más complejos. 3. PLC de Seguridad: Estos PLC están diseñados específicamente para aplicaciones que requieren un alto nivel de seguridad, como el control de máquinas peligrosas. Incorporan funciones y certificaciones de seguridad para proteger a los operadores y evitar accidentes. 4. PLC Industriales y Robustos: Estos PLC están diseñados para soportar condiciones ambientales adversas, como alta temperatura, humedad, vibraciones y ambientes corrosivos. Son ideales para entornos industriales exigentes. • Partes e interfaces. Partes Principales del PLC: 1. CPU (Unidad Central de Procesamiento): La CPU es el cerebro del PLC y ejecuta el programa de control. Procesa las instrucciones y toma decisiones en función de las condiciones de entrada. 3 Automatismo programable por PLC 2. Memoria: El PLC tiene dos tipos de memoria: la memoria de programa, donde se almacena el programa de control, y la memoria de datos, que almacena variables y valores temporales. 3. Módulos de Entrada y Salida (E/S): Los módulos de E/S se conectan a sensores y actuadores para leer entradas y controlar salidas. Vienen en varios tipos según las señales que deben manejar, como digitales, analógicas o especiales. 4. Fuente de Alimentación: Suministra energía eléctrica al PLC y a los dispositivos conectados. Debe ser adecuada para la carga total de E/S y el PLC. 5. Interfaces de Comunicación: Estas interfaces permiten la comunicación con otros PLC, dispositivos o sistemas de supervisión. Las interfaces comunes incluyen RS232, RS-485, Ethernet, y protocolos de comunicación como Modbus o Profibus. Interfaces Comunes del PLC: 1. Pantalla HMI: Algunos PLC se conectan a una Interfaz Hombre-Máquina (HMI) que proporciona una interfaz gráfica para interactuar con el PLC y supervisar el proceso. Esta puede ser una pantalla táctil u otro dispositivo. 2. Puerto de Programación: Se utiliza para cargar programas en el PLC y realizar tareas de diagnóstico y mantenimiento. Puede ser un puerto USB, serie (RS-232/485), o Ethernet, dependiendo del PLC. 3. Botones de Control Local: En algunos PLC, se incorporan botones y perillas para realizar operaciones locales de prueba y mantenimiento. 4. Indicadores LED: Los PLC suelen tener indicadores LED que muestran el estado de las entradas, salidas y el funcionamiento del PLC para el diagnóstico rápido. • Instalación del PLC. La instalación de un Controlador Lógico Programable (PLC) es un paso crítico en la automatización industrial. 1. Planificación: Antes de comenzar, planificar la ubicación del PLC, la disposición de las E/S y la fuente de alimentación. Diseñe un diagrama eléctrico detallado para guiar la instalación. 2. Ubicación: Colocar el PLC en un lugar limpio, seco y protegido de la humedad y el polvo. Evitar la exposición a la luz solar directa y las temperaturas extremas. 3. Montaje: Montar el PLC en un panel o caja adecuada si es necesario. Asegure una instalación sólida y deje suficiente espacio para el cableado y la ventilación. 4 Automatismo programable por PLC 4. Cableado de Alimentación: Conecte una fuente de alimentación compatible con las especificaciones del PLC. Asegúrese de que la tensión y la corriente sean las adecuadas y verificar la conexión eléctrica. 5. Conexión a Tierra: Establecer una conexión adecuada a tierra para evitar interferencias eléctricas y descargas estáticas. 6. Cableado de E/S: Conectar los módulos de entrada y salida al PLC según el esquema eléctrico. Etiquetar los cables para facilitar la identificación. 7. Configuración de Comunicación (si es necesario): Configurar las interfaces de comunicación para la conexión con otros dispositivos, utilizando los protocolos adecuados. 8. Programación: Cargar el programa de control en el PLC mediante el software de programación. Verificar que el programa sea correcto y cumpla con los requisitos del proceso. 9. Pruebas y Diagnóstico: Realizar pruebas para asegurarse de que el PLC controle el sistema correctamente. Utilizar herramientas de diagnóstico para solucionar cualquier problema. 10. Documentación: Documentar las conexiones, configuraciones y programas realizados. Esto facilitará futuras tareas de mantenimiento y solución de problemas. 11. Puesta en Marcha: Iniciar el sistema y verificar que el PLC funcione adecuadamente. Supervisar el sistema durante un período de prueba para garantizar su estabilidad y rendimiento. • Funcionamiento del PLC. El funcionamiento de un Controlador Lógico Programable (PLC) se basa en la ejecución de un programa de control que determina cómo el PLC debe interactuar con el sistema industrial. 1. Ciclo de Escaneo: El PLC opera en un ciclo de escaneo constante que se repite continuamente. El ciclo de escaneo incluye tres pasos principales: 5 Automatismo programable por PLC • Lectura de Entradas: En esta fase, el PLC lee el estado de las entradas digitales y analógicas conectadas, como sensores, interruptores y señales de campo. • Ejecución del Programa: Luego, el PLC ejecuta el programa de control almacenado en su memoria. El programa consiste en instrucciones de lógica de control escritas en un lenguaje de programación, como Ladder Logic. • Actualización de Salidas: Finalmente, el PLC actualiza las salidas en función de las decisiones tomadas durante la ejecución del programa. Esto implica activar o desactivar dispositivos, como motores, válvulas y luces. 2. Lógica de Control: El programa de control del PLC utiliza una lógica de control para tomar decisiones en función de las condiciones de entrada. La lógica incluye elementos como contactos, bobinas, temporizadores y contadores, que se utilizan para crear secuencias lógicas y realizar operaciones matemáticas y lógicas. 3. Memoria: El PLC tiene dos tipos de memoria: la memoria de programa (donde se almacenan las instrucciones de control) y la memoria de datos (donde se almacenan variables y valores temporales). Esta memoria es esencial para el funcionamiento del PLC. 4. Comunicación: Los PLC pueden comunicarse con otros dispositivos y sistemas a través de interfaces de comunicación como Ethernet, RS-232 o RS-485. Esto permite la supervisión y el control remoto del sistema. 5. Diagnóstico y Seguridad: Los PLC suelen contar con funciones de diagnóstico que registran eventos y errores, facilitando la identificación y solución de problemas. Además, se pueden implementar medidas de seguridad para proteger a los operadores y el equipo en caso de fallas. Extraído de: https://www.youtube.com/watch?v=REDXffLxVaA 6 Automatismo programable por PLC TAREA N°02 Configuración de la comunicación entre el controlador y la PC • Protocolos de comunicación para procesos de manufactura: Para el proceso de control que realiza el PLC para automatizar los procesos industriales, es fundamental el uso de protocolos de comunicación para permitir la transferencia de datos y el control de dispositivos en un sistema industrial. • Protocolo de comunicación abierta. 1. Definición: Los protocolos de comunicación abierta se refieren a estándares o protocolos que están disponibles públicamente y son utilizados por múltiples fabricantes de dispositivos y sistemas. Son interoperables y permiten la comunicación entre diferentes marcas y modelos de equipos. 2. Ejemplos: Uno de los protocolos de comunicación abierta más comunes en la automatización industrial es el protocolo Modbus, que se utiliza para la comunicación entre PLC, sensores y otros dispositivos. Otro ejemplo es OPC (OLE for Process Control), que se utiliza para la interoperabilidad entre sistemas de control y software SCADA. 3. Ventajas: • Interoperabilidad: Permite la integración de dispositivos de diferentes fabricantes en un mismo sistema. • Flexibilidad: Facilita la elección de los componentes más adecuados para una aplicación específica. • Mayor disponibilidad de productos: Existe una amplia gama de dispositivos y sistemas compatibles con protocolos de comunicación abierta. 7 Automatismo programable por PLC • Protocolo de comunicación cerrada. 1. Definición: Los protocolos de comunicación cerrada son propietarios y específicos de un fabricante o proveedor. Estos protocolos suelen ser utilizados en sistemas en los que todos los componentes son del mismo fabricante y están diseñados para funcionar en conjunto. 2. Ejemplos: Algunos fabricantes de PLC y sistemas de automatización utilizan protocolos de comunicación cerrada específicos para sus productos. Por ejemplo, Siemens utiliza el protocolo S7 para la comunicación entre sus PLC. 3. Ventajas: • Rendimiento optimizado: Los protocolos cerrados pueden estar altamente optimizados para los dispositivos y sistemas de un fabricante específico. • Soporte técnico: El fabricante puede proporcionar un soporte técnico más especializado para problemas de comunicación. Mencionamos algunos de los protocolos de comunicación más comunes en el contexto de los PLC: Modbus, Profibus, Ethernet/IP, CANopen, Profinet, Hart. • Interfaz. La interfaz de un Controlador Lógico Programable (PLC) se refiere a la forma en que los usuarios interactúan con el PLC para programarlo, monitorear su estado y realizar tareas de mantenimiento. Aquí se describen los aspectos clave de la interfaz del PLC: 1. Pantalla HMI (Interfaz Hombre-Máquina): Muchos PLC están equipados con una pantalla HMI integrada o se pueden conectar a una pantalla externa. Esta pantalla proporciona una interfaz gráfica que permite a los usuarios ver información relevante, como el estado de las E/S, los valores de las variables y los mensajes de diagnóstico. También se pueden utilizar para interactuar con el PLC, introducir datos y modificar parámetros. 2. Teclado y Botones: Algunos PLC cuentan con teclados y botones físicos que permiten a los usuarios ingresar datos, seleccionar opciones y realizar operaciones de control localmente. Estos elementos son útiles para la programación y el diagnóstico en el campo. 3. Puerto de Programación: El puerto de programación es una interfaz que permite conectar una computadora o una terminal de programación al PLC. A través de este puerto, los usuarios pueden cargar programas, configurar el PLC y realizar tareas de mantenimiento utilizando software de programación específico. 8 Automatismo programable por PLC 4. Indicadores LED: Los PLC suelen tener indicadores LED que muestran el estado de las E/S y el funcionamiento del PLC. Estos indicadores ayudan a los usuarios a diagnosticar problemas y supervisar el rendimiento en tiempo real. 5. Software de Programación: La mayoría de los PLC se programan utilizando software de programación dedicado. El software proporciona una interfaz gráfica que permite a los usuarios crear, editar y cargar programas en el PLC. También puede incluir herramientas de depuración y simulación para facilitar el desarrollo y la prueba de programas. 6. Interfaz de Comunicación: Los PLC pueden tener interfaces de comunicación que permiten la conexión a redes industriales, como Ethernet, Profibus o Modbus. Estas interfaces son esenciales para la comunicación entre el PLC y otros dispositivos en el sistema de automatización. Interface HMI • Direccionamiento IP El direccionamiento IP de un Controlador Lógico Programable (PLC) es importante cuando se requiere que el PLC se comunique a través de una red Ethernet o TCP/IP. 1. Dirección IP: Una dirección IP (Protocolo de Internet) es un número único que identifica un dispositivo en una red. En el caso de un PLC, la dirección IP se utiliza para identificarlo en una red Ethernet. 2. IPv4 vs. IPv6: Hay dos versiones principales de direcciones IP: IPv4 y IPv6. La mayoría de las redes industriales todavía utilizan IPv4, que consta de cuatro conjuntos de números separados por puntos (por ejemplo, 192.168.1.1). IPv6 es una versión más reciente y utiliza una notación hexadecimal más larga (por ejemplo, 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334). 3. Asignación de Direcciones IP: Para asignar una dirección IP a un PLC, generalmente se realiza una configuración en el software de programación del PLC o a través de una interfaz de configuración en el propio dispositivo. Se puede asignar una dirección IP estática de forma manual o utilizar el protocolo DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) para obtener una dirección IP automáticamente de un servidor DHCP en la red. 9 Automatismo programable por PLC 4. Máscara de Subred: Además de la dirección IP, es necesario especificar una máscara de subred que determine qué parte de la dirección IP se utiliza para identificar la red y qué parte se utiliza para identificar los dispositivos en la red. La máscara de subred se representa como una serie de números (por ejemplo, 255.255.255.0). 5. Puerta de enlace (Gateway): Para que el PLC se comunique con dispositivos fuera de su red local, como otros PLC o sistemas de control, debe especificarse una puerta de enlace (gateway). La puerta de enlace es el dispositivo que enruta el tráfico entre redes diferentes. 6. DNS (Domain Name System): Opcionalmente, puedes configurar servidores DNS en el PLC para que pueda resolver nombres de dominio en direcciones IP. Esto facilita la comunicación con dispositivos a través de nombres de host en lugar de direcciones IP. 7. Seguridad: Es importante asegurarse de que las configuraciones de seguridad, como contraseñas y filtros de acceso, estén configuradas adecuadamente para proteger el PLC y la red de amenazas cibernéticas. TAREA N°03 Programación del PLC para el arranque directo e inversión de giro de un motor trifásico • Programación del PLC. 1. Lenguaje de Programación: Los PLC se programan en un lenguaje de programación especializado, como Ladder Logic, Structured Text (ST), Function Block Diagram (FBD) o Sequential Function Chart (SFC). Cada lenguaje tiene su propia sintaxis y se elige según la aplicación y las preferencias del programador. 2. Escaneo: El PLC opera en un ciclo de escaneo continuo. En cada ciclo, sigue estos pasos: • Lectura de Entradas: Lee el estado actual de las entradas conectadas, como sensores y botones. • Ejecución del Programa: Ejecuta el programa de control que contiene la lógica de procesamiento y decisiones basadas en las entradas. 10 Automatismo programable por PLC • Actualización de Salidas: Actualiza las salidas, como actuadores y luces, según las decisiones tomadas durante la ejecución del programa. 3. Lógica de Control: La programación del PLC implica la creación de una lógica de control que describe cómo el PLC debe responder a diferentes condiciones de entrada. Esto se hace utilizando elementos lógicos como contactos, bobinas, temporizadores, contadores y operadores lógicos (AND, OR, NOT, etc.). • Direccionamiento absoluto, simbólico. 1. Direccionamiento Absoluto: En el direccionamiento absoluto, las direcciones de las E/S y las variables se especifican utilizando números fijos que representan ubicaciones físicas en la memoria del PLC. Por ejemplo, una entrada analógica podría tener una dirección absoluta como "I:1/0", donde "I" significa entrada y "1/0" representa la ubicación específica. 2. Direccionamiento Simbólico: El direccionamiento simbólico utiliza etiquetas o nombres para identificar entradas, salidas y variables en lugar de direcciones físicas. Esto hace que el programa sea más legible y fácil de entender. Por ejemplo, una entrada podría tener un nombre simbólico como "SensorTemperatura" en lugar de una dirección numérica. El direccionamiento simbólico es más flexible y facilita el mantenimiento del programa, ya que los nombres de las variables son más descriptivos. Sin embargo, algunos PLC admiten ambos tipos de direccionamiento para adaptarse a las preferencias del programador. • Registros. Los registros en un Controlador Lógico Programable (PLC, por sus siglas en inglés) son áreas de memoria utilizadas para almacenar datos y realizar operaciones lógicas y aritméticas. Los registros en un PLC pueden variar según el fabricante y el modelo del PLC, pero generalmente se dividen en tres categorías principales: 1. Registros de entrada (Input Registers): Estos registros se utilizan para almacenar datos de entrada desde sensores y dispositivos externos al PLC, como interruptores, 11 Automatismo programable por PLC sensores de temperatura, sensores de presión, etc. Los datos en estos registros suelen ser de solo lectura y se actualizan periódicamente para reflejar el estado de los dispositivos en tiempo real. 2. Registros de salida (Output Registers): Estos registros se utilizan para almacenar datos de salida que controlan dispositivos externos al PLC, como motores, válvulas solenoides, luces, etc. Los datos en estos registros se pueden escribir desde el programa de control del PLC para activar o desactivar dispositivos. 3. Registros internos (Internal Registers): Estos registros se utilizan para almacenar datos temporales, resultados de cálculos intermedios y variables de programa. Son utilizados por el programa de control del PLC para llevar a cabo operaciones lógicas, aritméticas y de control. Los registros internos pueden ser de lectura y escritura y se utilizan para almacenar información temporal durante la ejecución del programa. Además de estos tres tipos principales de registros, algunos PLC pueden tener otros tipos de registros, como registros de conteo (Counter Registers) y registros de temporización (Timer Registers) que se utilizan específicamente para funciones de temporización y conteo. La cantidad y el tamaño de estos registros pueden variar según el PLC en particular, y a menudo se especifican en la documentación del fabricante. Para programar un PLC, es importante conocer cómo se organizan y utilizan estos registros, ya que son fundamentales para el funcionamiento y el control de procesos automatizados. • Instrucciones tipo bit: • Definición. Las instrucciones tipo bit son un tipo de instrucción en la programación de Controladores Lógicos Programables (PLC) que se utilizan para realizar operaciones lógicas y de control basadas en valores binarios, es decir, en bits. Estas instrucciones permiten a los programadores controlar dispositivos y sistemas automatizados de manera precisa y eficiente. 12 Automatismo programable por PLC Las instrucciones tipo bit se utilizan para manipular y comparar bits individuales dentro de registros de entrada, registros de salida o registros internos en un PLC. Algunas de las operaciones comunes que se pueden realizar con instrucciones tipo bit incluyen: 1. Contactos (EN): Los contactos abiertos y cerrados representan condiciones lógicas. Por ejemplo, un contacto EN (entrada) puede estar cerrado si una determinada condición se cumple, y si es así, permite que el programa PLC continúe ejecutándose en una dirección específica. 2. Bobinas (OUT): Las bobinas son utilizadas para controlar salidas, como activar o desactivar dispositivos. Por ejemplo, una bobina de salida (OTL) se activará si una cierta condición se cumple y, como resultado, activará un dispositivo conectado a esa salida. 3. Instrucciones de temporización y conteo: Estas instrucciones se utilizan para contar eventos o medir tiempos en base a señales de entrada. Por ejemplo, se pueden utilizar para contar el número de piezas producidas en una línea de ensamblaje. 4. Instrucciones de comparación: Se utilizan para comparar valores y tomar decisiones en función de estas comparaciones. Por ejemplo, se pueden utilizar para verificar si un valor es mayor o igual a otro y, en función de eso, realizar una acción específica. 5. Instrucciones de desplazamiento (shift): Estas instrucciones permiten desplazar bits en un registro en una dirección específica. Se utilizan a menudo para operaciones de movimiento o rotación de datos. 6. Instrucciones de salto condicional: Permiten controlar el flujo de un programa PLC al tomar decisiones basadas en condiciones lógicas. Por ejemplo, un salto condicional podría desviar la ejecución del programa a una dirección diferente si se cumple una cierta condición. • Arranque directo de un motor 3Ф. El arranque directo de un motor trifásico (3Ф) mediante un PLC (Controlador Lógico Programable) implica el control de las tres fases del motor para lograr un arranque suave y seguro. 1. Hardware necesario: • Motor trifásico. • PLC y software de programación (PLC de Siemens, Allen-Bradley, etc.). • Contactores trifásicos. • Botón de arranque (Start) y botón de paro (Stop). • Dispositivo de parada de emergencia (E-Stop). • Fusibles y protección adecuada. 13 Automatismo programable por PLC 2. Conexiones eléctricas: • Conecte el motor trifásico a los contactores. Asegúrese de que las fases estén correctamente conectadas. • Conecte los botones de arranque y paro a las entradas del PLC para iniciar y detener el motor desde el PLC. • Conecte el dispositivo de parada de emergencia (E-Stop) al PLC para una parada de emergencia segura. • Conecte la bobina de mando del contactor a la salida del PLC. 3. Programación del PLC: A continuación, se muestra un ejemplo de las conexiones de entrada y salida, la programación y el circuito de fuerza en un PLC Siemens utilizando el lenguaje de programación STEP 7. Ten en cuenta que la programación exacta puede variar según el modelo y fabricante del PLC. En este ejemplo, se utiliza un diagrama en escalera (ladder diagram) para representar la lógica de control. Cuando se presiona el botón de arranque (Start_Button), se activan el contactor (KM1) y el motor se pone en marcha. Si se presiona el botón de paro (Stop_Button), se desactiva el contactor y el motor se detiene. Además de esta lógica básica, es posible agregar protecciones y elementos adicionales, como relés térmicos para protección contra sobrecargas, temporizadores para retardar el arranque, entre otros, según las necesidades específicas de tu aplicación y las regulaciones de seguridad. • Inversión de giro de un motor 3Ф. Para invertir el giro de un motor trifásico (3Ф), generalmente se utiliza un controlador, como un PLC (Controlador Lógico Programable), para cambiar el sentido de rotación del motor. A continuación, se describe cómo puedes lograr esto utilizando un PLC: 14 Automatismo programable por PLC 1. Hardware necesario: • Motor trifásico. • PLC y software de programación (por ejemplo, PLC de Siemens, Allen-Bradley, etc.). • Contactores trifásicos. • Botón de inversión de giro y paro (Forward/Reverse/Stop). • Fusibles y protección adecuada. 2. Conexiones eléctricas: • Conecta el motor trifásico a los contactores y los elementos de protección del motor. Asegúrese de que las fases estén correctamente conectadas. • Conecta el botón de inversión de giro (Forward/Reverse) a las entradas del PLC para que puedas cambiar la dirección de rotación del motor desde el PLC. • Conecte las bobinas de mando de los contactores a las salidas del PLC. 3. Programación del PLC: A continuación, se muestra un ejemplo circuito de mando (Conexión de entradas y salidas), el circuito de fuerza y la programación en Ladder en un PLC Siemens utilizando el lenguaje de programación STEP 7. Ten en cuenta que la programación exacta puede variar según el modelo y fabricante del PLC. En este ejemplo, se utilizan dos botones, uno para Arranque (Start) y otro para Paro (Stop). Cuando se presiona el botón de Arranque, se activa el contactor (KM1) y el motor gira en sentido horario, a su vez se activa un temporizador, al vencer el tiempo programado en el temporizador (3 min), se desconecta KM1 y el motor se detiene, al mismo tiempo se activa el segundo temporizador (100Ms), al cumplirse el tiempo se activa KM2, el cual activa al motor en sentido antihorario. Para parar el motor se activa el botón de paro. 15 Automatismo programable por PLC • Inversión de giro cíclico de un motor 3Ф. Para lograr la inversión cíclica del giro de un motor trifásico (3Ф), se utiliza un PLC (Controlador Lógico Programable) y se programa una secuencia que cambie la dirección de rotación del motor en un ciclo determinado. A continuación, se proporciona un ejemplo de cómo lograr esto en un PLC Siemens utilizando el lenguaje de programación STEP 7. Tenga en cuenta que la programación exacta puede variar según el modelo y fabricante del PLC: Supongamos que se requiere que el motor alterne su dirección de rotación cada 30 segundos: 1. Hardware necesario: • Motor trifásico. • PLC y software de programación (PLC de Siemens, Allen-Bradley, etc.). • Contactores trifásicos. • Temporizadores retardo a la conexión • Botones de control (Inicio, Paro). 2. Conexiones eléctricas: • Conecte el motor trifásico a los contactores y las protecciones del motor. Asegúrese de que las fases estén correctamente conectadas. • Conecte los botones de control (Inicio y Paro) a las entradas del PLC para iniciar y detener la secuencia de inversión. • Conecte las bobinas de los contactores y de los auxiliares a las salidas del PLC • Utilizar cuatro temporizadores de retardo a la conexión para establecer la operación cíclica de inversión de giro. 3. Programación del PLC: a) Segmento 1: Sistema de seguridad, asegura que los botones de arranque y paro y los contactos de guardamotor y relé térmico se encuentren en posición de inicio de operación y se activa M0.0. b) Segmento 2: Al pulsar el botón Start, se activa KM1 y el motor gira en sentido horario, a su vez se activa el temporizador 1, cumplido el tiempo la salida de T1 activa la memoria U1 c) Segmento 3: el contacto de la memoria U1 Activa KM3 y T3, KM3 cerrado en el segmento 2 se abre desconectando KM1, por lo que el motor se detiene. Cumplido el tiempo de T3 su salida activa a la memoria U3. d) Segmento 4: el contacto de U3 activa KM2 haciendo que el motor gire en sentido antihorario, el cerrado de KM2 desactiva KM3 en el segmento 3 y en el segmento 2 funciona como enclavamiento eléctrico para evitar que se active KM1. Se activa el temporizador T2, vencido el tiempo la salida de T2 activa la memoria U2. e) Segmento 5: El contacto de U2 activa KM4, KM4 desactiva KM2 en el segmento 4, haciendo que el motor se detenga, también se activa el temporizador T4; vencido el tiempo de T4 activa la memoria U4, el contacto U4 en el segmento 2 activa la bobina KM1 haciendo girar nuevamente al motor en sentido horario, con lo que se 16 Automatismo programable por PLC inicia la repetición del ciclo descrito en forma indefinida, hasta que se pare toda la secuencia con el botón Stop. • Carga y descarga de un programa. La carga y descarga de un programa en un PLC (Controlador Lógico Programable) implica transferir el software o la lógica de control desde un dispositivo de programación (generalmente una computadora) al PLC o viceversa. 17 Automatismo programable por PLC Carga de un Programa en un PLC: 1. Preparación del programa: Desarrollar y verificar el programa de control utilizando un software de programación PLC. Asegurarse de que el programa esté libre de errores y que cumpla con los requisitos de la aplicación. 2. Conexión física: Conectar físicamente la computadora al PLC utilizando un cable de programación adecuado. Este cable suele ser un cable RS-232, RS-485, USB o Ethernet, dependiendo del tipo de comunicación compatible con tu PLC. 3. Configuración del software de programación: Abrir el software de programación PLC en la computadora y configurar la comunicación para que sea compatible con el PLC que está utilizando. Esto implica seleccionar el tipo de PLC, el puerto de comunicación y otros ajustes relevantes. 4. Carga del programa: En el software de programación PLC, seleccionar la opción de carga (Upload) o transferencia del programa al PLC. Esto enviará el programa desde la computadora al PLC. Durante este proceso, el programa existente en el PLC se reemplazará por el nuevo programa. 5. Verificación: Verificar que la carga se haya realizado correctamente. Asegúrese de que no haya errores o advertencias durante el proceso de carga. Descarga de un Programa desde un PLC: 1. Conexión física: Conectar la computadora al PLC utilizando el mismo cable de programación utilizado para cargar el programa. 2. Configuración del software de programación: Abrir el software de programación PLC en su computadora y configure la comunicación de manera que sea compatible con el PLC. 3. Descarga del programa: En el software de programación PLC, seleccionar la opción de descarga (Download) o transferencia desde el PLC a la computadora. Esto transferirá el programa desde el PLC a su computadora. Durante este proceso, el programa en el PLC se copiará a su computadora. 4. Verificación: Verificar que la descarga se haya realizado correctamente y que el programa en su computadora refleje la lógica de control actual en el PLC. 18 Automatismo programable por PLC TAREA N°04 Programación del PLC para el mando secuencial de motores trifásicos • La instrucción memoria interna: • Definición. La instrucción de memoria interna o relé interno en un PLC es una instrucción mediante la cual se pueden almacenar los resultados provenientes de combinaciones de entradas y salidas en la ejecución de un programa, desde el punto de vista técnico es una salida virtual que puede tomar valores de 0 o 1. La salida es una bobina o relé interno y los contactos NA o NC de esta bobina se pueden utilizar en secuencias posteriores del programa. • Direccionamiento. El valor almacenado en una memoria interna puede tomar distintas denominaciones, y formas de direccionamiento, dependiendo el entorno de programación utilizado: 1. Bits (B): Utilizado por RSLogix, se direcciona designando el área de memoria y el bit de ubicación, la sintaxis es: B3:0/0 donde B3 es el área de memoria designada para el almacenamiento de los bits luego la línea y el bit correspondiente: 2. Marca (M): TIA Portal usa marcas, la sintaxis para el direccionamiento es %M y luego la dirección 2.3, 2.4, etc, Se puede también asignar nombres o Tags. 3. Bandera (F): Se usan banderas y se direcciona de la misma forma. 4. Relay R: Se usa relay y se direcciona utilizando la letra R seguida de la dirección 19 Automatismo programable por PLC 5. Nombre de un tag o variable: Se direcciona con nombre de variables, asociados a una dirección interna del PLC • Mando secuencial LIFO de 3 motores. Un mando secuencial LIFO (Last In, First Out) de 3 motores es un sistema de control que permite encender y apagar tres motores en los motores se arrancan en una secuencia y se apagan siguiendo la secuencia inversa donde el último motor encendido es el primero en apagarse Funcionamiento: 1. Secuencia de Encendido y Apagado: • • Al pulsar S se inicia la secuencia arrancando, M1, luego M2 y finalmente M3. Cuando se pulsa S2 se inicia la secuencia de apagado apagándose primero M3 luego M2 y finalmente M3. Conexión: Para implementar este sistema, necesitarás un PLC o un controlador de lógica programable, contactores (uno para cada motor), y un circuito de control que gestione la lógica de la secuencia LIFO. • Circuito de fuerza: Se conectan tres motores cada uno con sus respectivos elementos de protección y accionamiento: guardamotor, relé térmico y contactor. • Conexión al PLC: 1. Entradas: Se conecta a las entradas digitales del PLC los pulsadores S para iniciar la secuencia de arranque, S2 para iniciar la secuencia de parada y STOP para la parada de emergencia, en la ultima entrada se conectan en serie los contactos auxiliares NC de los relés térmicos de cada motor. 2. Salidas: En las salidas del PLC se conectan las bobinas KM1, KM2 y KM3 para el accionamiento de los contactores de cada uno de los tres motores. 20 Automatismo programable por PLC Operación: 1. Se programa la primera línea de seguridad con las entradas de los auxiliares NC de los relés térmicos de los motores conectados en serie en I5 y el pulsador STOP en la entrada I2, cuya salida es la memoria interna M1. 2. Con el pulsador S aplicado en la entrada I3 del PLC, se inicia la secuencia de encendido de los motores, arrancando M1, cuando concluye el tiempo del temporizador a la conexión T1 activa el arranque de M2 y cuando se cumple el tiempo de T2 manda el arranque de M3, quedando encendidos los tres motores. 21 Automatismo programable por PLC 3. Con el pulsador S2 aplicado en la entrada I4 del PLC, la que activa la memoria interna M2 y se inicia la secuencia de apagado de los motores. El contacto NC de la memoria M2 apaga M1, cuando concluye el tiempo del temporizador a la conexión T3 apaga el motor M2 y cuando se cumple el tiempo de T4 apaga el motor M3, quedando apagados los tres motores. 4. Como se aprecia la secuencia de encendido fue M1→M2→M3 y la secuencia de apagado fue M3→M2→M1, es decir, se cumple la secuencia forzada LIFO. • Mando secuencial FIFO de 3 motores. • Funcionamiento. El objetivo es controlar tres motores en una secuencia específica, donde cada motor se encienda y apague en un orden predeterminado, como el motor 1, luego el motor 2 y finalmente el motor 3. • Conexión. 1. Entradas: Se conecta a las entradas digitales del PLC los pulsadores M a I1para iniciar la secuencia de arranque, P conectado a I2 para iniciar la secuencia de parada, los contactos auxiliares NC de los relés térmicos de cada motor se conectan a las entradas I3, I4 e I5 del PLC. 2. Salidas: En las salidas del PLC se conectan las bobinas KM1, KM2 y KM3 para el accionamiento de los contactores de cada uno de los tres motores. 22 Automatismo programable por PLC • Operación. 1. En la primera línea se activa el pulsador de marcha activando la salida la que activa a la bobina del contactor KM1 arrancando el motor M1. 2. El contacto NA de Q1 activa el temporizador T-ON1, su salida activa el T-OFF-1, cuando se cumple el tiempo programado, se activa la salida Q2 que conecta la bobina del contactor KM2 y arranca el motor M2. La salida de T-OFF1 activa al temporizador T-ON, cumplido el tiempo programado se activa el T-OFF2 el que activa la salida Q3 que conecta la bobina KM3 del contactor que arranca el motor M3, quedando encendidos los tres motores. 3. Cuando se activa el pulsador de paro P se corta la alimentación a la salida Q1 desactivando KM1 y se para el motor M1, el contacto NA de Q1 se abre desactivando T-ON1 y el T-OFF1 como es un temporizador a la desconexión 5 segundos después desconecta la salida Q2 y KM2 parando el motor M2. La salida de T-OFF 1 activa al T.ON2 activando a su vez a TOFF2, como es a la desconexión cuando transcurre el tiempo programado se desactiva cortando la alimentación a Q3 desactivando a KM3 por lo que se detiene el motor M3, quedando así los tres motores apagados. 4. Como se aprecia la secuencia de encendido fue M1→M2→M3 y la secuencia de apagado fue M1→M2→M3, es decir, se cumple la secuencia forzada FIFO. TAREA N°05 Programación del PLC para el arranque estrella-triángulo de un motor trifásico • Instrucciones de temporización: Las instrucciones de temporización en la programación de Controladores Lógicos Programables (PLC) se utilizan para controlar y gestionar eventos que requieren un cierto período de tiempo, como retrasos en el encendido o apagado de dispositivos, temporizadores de ciclo, y otros procesos relacionados con el tiempo. Estas 23 Automatismo programable por PLC instrucciones permiten a los programadores crear lógica de control basada en el tiempo en sus aplicaciones industriales. • Definición. Las instrucciones de temporización son funciones en un PLC que permiten controlar y medir el tiempo, lo que permite la activación o desactivación de dispositivos o la ejecución de ciertas acciones después de que haya transcurrido un período de tiempo específico. • Tipos: • Timer on delay. También conocido como temporizador de retardo a la conexión. Esta instrucción comienza a contar un tiempo cuando se activa una señal de entrada. Después de que haya transcurrido el tiempo especificado, la instrucción activará una señal de salida. Si la señal de entrada se desactiva antes de que se complete el tiempo, el temporizador se reinicia. Ejemplo de uso del temporizador On Delay (TON): Supongamos que desea que una bomba se encienda 5 segundos después de presionar un botón de inicio. Puede usar una instrucción TON de la siguiente manera: • Entrada: Botón de inicio (I:1/0) • Temporizador: TON (5 segundos) • Salida: Encendido de la bomba (Q:2/0) El temporizador TON se activará cuando se presione el botón de inicio, y después de 5 segundos, activará la salida para encender la bomba. • Timer off delay. También conocido como temporizador de retardo a la desconexión. Esta instrucción comienza a contar un tiempo cuando se desactiva una señal de entrada. Después de que haya transcurrido el tiempo especificado, la instrucción desactivará una señal de salida. Si la señal de entrada se activa antes de que se complete el tiempo, el temporizador se reinicia. 24 Automatismo programable por PLC • Timer on delay retentive. Este es un tipo especial de temporizador de retardo a la conexión que retiene su estado incluso si la alimentación del PLC se apaga y vuelve a encenderse. Esto permite que el temporizador continúe su cuenta después de una interrupción de energía y mantiene su estado actual cuando se restablece la alimentación. • Direccionamiento. El direccionamiento de las instrucciones de temporización consta de tres partes principales: 1. Tipo de temporizador: Esto indica el tipo de temporizador que se está utilizando, como TON (temporizador de retardo a la conexión), TOF (temporizador de retardo a la desconexión) o RTO (temporizador de retardo a la conexión retentivo). 2. Número de temporizador: Este número identifica de manera única un temporizador específico en el PLC. Cada temporizador tiene un número de identificación único que se utiliza para referirse a él en la programación. 3. Parámetros del temporizador: Esto incluye el valor de retardo o tiempo deseado para el temporizador, que indica cuánto tiempo debe transcurrir antes de que el temporizador active o desactive una salida. Además, puede incluir una condición de inicio (una señal de entrada que activa el temporizador) y una condición de paro (una señal de entrada que detiene el temporizador antes de que alcance su retardo completo). Aquí hay un ejemplo de cómo se ve el direccionamiento de un temporizador en una instrucción de temporización TON: TON T1:1 PT5 EN(Inicio) TT(Paro) | | | | | | | | | +--- Condición de paro (señal de entrada) | | | +------------- Retardo de tiempo (5 segundos) | | +--------------------- Condición de inicio (señal de entrada) | +--------------------------- Número de temporizador +--------------------------- Tipo de temporizador (TON) En este ejemplo, la instrucción es un temporizador TON (temporizador de retardo a la conexión) que utiliza el temporizador T1:1. El temporizador se inicia cuando se cumple la condición de inicio (Inicio) y se detiene cuando se cumple la condición de paro (Paro). El tiempo de retardo es de 5 segundos (PT5). 25 Automatismo programable por PLC • Arranque estrella-triángulo de un motor 3Ф. El arranque estrella-triángulo es un método de arranque utilizado en motores trifásicos (3Ф) para reducir la corriente de arranque y minimizar el estrés en el motor y la red eléctrica. Este método implica dos etapas de arranque: primero, el motor se arranca en configuración estrella (Y), y luego, una vez que alcanza la velocidad nominal, se cambia a configuración triángulo (Δ). Esto reduce la corriente de arranque en comparación con el arranque directo, que puede ser útil en aplicaciones donde se requiere un arranque suave. Conexión: 1. Circuito de Fuerza: Conectar el motor con sus elementos de mando y protección, considerando 3 contactores, un guardamotor y un relé térmico. 2. Conexiones al PLC: • Entradas: Conecte la alimentación con su respectiva protección, los pulsadores de arranque y paro a las entradas digitales del PLC. • Salidas: Conecte las bobinas del contactor general (-K), del contactor estrella (-KY) y la del contactor triángulo (-KT) a las salidas digitales del PLC. 3. Elaboración del programa en Ladder: Elabore el programa para configurar el arranque estrella triángulo. • Pasos para el Arranque Estrella-Triángulo: • Active el guardamotor 26 Automatismo programable por PLC • Pulse el botón de arranque (S1) • Verifique que se activa la salida Q0.0 que activa el contactor general (-K) y la salida Q0.2 que activa el contactor estrella (-KY), con lo que se produce el arranque en estrella. • La salida Q0.0 a su vez activa el temporizador a la conexión (-T0); transcurrido el tiempo programado, se activa la memoria interna M0.0, la cual desactiva la salida Q0.2 desconectando el contactor estrella. La memoria interna activa también un segundo temporizador a la conexión (-T1) que tiene por objeto generar un corto retardo para asegurar la desconexión de las fases del motor y evitar cortocircuitos. Cumplido el tiempo programado la salida de (-T1) activa la salida Q0.4 que activa la bobina del contactor triángulo (-KT) con lo cual el motor queda funcionado conectado en triángulo. • Para detener el funcionamiento del motor se pulsa el botón de paro (-S2). • Arranque estrella-triángulo con inversión de giro de un motor 3Ф. El arranque estrella-triángulo con inversión de giro de un motor trifásico (3Ф) implica la secuencia de arranque estrella-triángulo que se mencionó anteriormente, pero con la capacidad de invertir el sentido de rotación del motor una vez que ha alcanzado la velocidad nominal. Esto se logra utilizando un contactor de inversión de giro en el circuito del motor. Conexión: 1. Circuito de Fuerza: Conectar el motor con sus elementos de mando y protección, considerando 4 contactores, un guardamotor y un relé térmico. 2. Conexiones al PLC: • Entradas: Conecte la alimentación con su respectiva protección, los pulsadores de arranque a la derecha, arranque a la izquierda y paro a las entradas digitales del PLC. • Salidas: Conecte las bobinas del contactor general (KM1), del contactor de inversión de giro (KM2), del contactor estrella (KM4) y la del contactor triángulo (KM3) a las salidas digitales del PLC. 3. Elaboración del programa en Ladder: Elabore el programa para configurar el arranque estrella triángulo activando memorias internas para las entradas digitales del PLC utilizadas con los pulsadores: M0.0 para la entrada I0.0, M0.1 para I0.2 y M0.2 para I0.4 y M03 para la entrada I0.7. En el caso de la memoria M0.0 se adiciona en serie un contacto normalmente cerrado de la salida Q0.2 para realizar el enclavamiento eléctrico y a la memoria M0.2 se adiciona en serie un contacto NC de la salida Q0.0, por la misma razón anterior. 27 Automatismo programable por PLC 28 Automatismo programable por PLC • Pasos para el Arranque Estrella-Triángulo: • Active el guardamotor • En el programa existen dos segmentos típicos de arranque simple constituidos por un contacto NC de la memoria interna M0.3, un contacto NC de la memoria interna M0.1, un contacto NA de las memorias interna M0.0 de giro a la derecha y M0.2 de giro a la izquierda, ambos tienen conectado en paralelo a estas memorias internas un contacto normalmente abierto de la bobina de salida Q0.0 y Q0.2, respetivamente, con fines de retención de la conexión • Cuando se arranca el motor en un sentido u otro, los contactos NA de Q0.0 o Q0.2 activan la salida Q0.5 que está conectada a la bobina KM4 que corresponde al contactor estrella, así mismo activa al temporizador a la conexión TEM1, transcurrido el tiempo programado la salida del temporizador activa la memoria interna M0.5, un contacto NC de la memoria M0.5 corta la alimentación de la bobina Q0.5 desactivando al contactor estrella. La memoria interna activa también un segundo temporizador a la conexión TEM2 que tiene por objeto generar un corto retardo para asegurar la desconexión de las fases del motor y evitar cortocircuitos. Cumplido el tiempo programado la salida de TEM2 activa la salida Q0.4 que activa la bobina del contactor triángulo KM3 con lo cual el motor queda funcionado conectado en triángulo. • Para detener el funcionamiento del motor se pulsa el botón de paro (S2). • Mando de fajas transportadoras alternadas con motores 3Ф en estrella - triángulo. El control de fajas transportadoras alternadas con motores trifásicos (3Ф) utilizando el método de arranque estrella-triángulo implica el uso de múltiples motores para mover las fajas transportadoras de manera alternada. 1. Circuito de Fuerza: Conectar los tres motores con sus respectivos dispositivos de mando y protección para el arranque estrella triángulo. Considerar 3 contactores (Contactor general, Contactor estrella y contactor triángulo), un guardamotor y un relé térmico por cada motor para cada motor. 29 Automatismo programable por PLC 2. Conexiones al PLC: • Entradas: Conecte la alimentación con su respectiva protección, los pulsadores de arranque y paro; los contactos NC de los relés térmicos de cada motor a las entradas digitales del PLC. • Salidas: Conecte las bobinas del contactor general, del contactor estrella y del contactor triángulo por cada motor, haciendo un total de 9 bobinas conectadas a las salidas digitales del PLC. 3. Elaboración del programa en Ladder: Elabore el programa el mando de tres fajas transportadoras impulsadas por motores trifásicos con arranque estrella triángulo. Considerando las condiciones de funcionamiento de arranque secuencial de las 3 fajas, la lógica del programa es la siguiente: 30 Automatismo programable por PLC 1. Arranque del motor M1 en estrella triángulo para la Faja 1: • La secuencia se inicia pulsando el botón de arranque, que activa las bobinas de salida de los contactores general KG1 y Estrella KY1 del motor M1, que impulsa la Faja1. • Un contacto NA de la bobina de salida del KG1 conecta un temporizador a la conexión T0 que genera el tiempo necesario para que el motor alcance su velocidad de régimen. Cumplido el tiempo la salida de T0 activa la memoria interna M0.0, un contacto NC de M0.0 corta la alimentación a la bobina de salida de KY desconectando al contactor estrella. • Un contacto NA de la memoria interna M0.0 activa un temporizador T1 que genera un breve retardo para asegurar la desconexión plena de las fases del motor, cuando se cumple este tiempo, la salida del temporizador T1 activa la bobina de salida del contactor triángulo. 2. Arranque del motor M2 en estrella triángulo para la Faja 2: • Un contacto NA de la bobina de salida del contactor triángulo del motor M1 activa el temporizador T2, que genera el tiempo requerido para el arranque de la Faja 2, cumplido el tiempo la salida del temporizador T2 activa la memoria interna M0.1. • Un contacto NA de la memoria interna M0.1 activa las bobinas de salida del contactor general KG2 y del contactor estrella KY2 del motor M2 que impulsa la Faja 2, reiniciándose el ciclo de arranque estrella triángulo explicado anterior mente para el motor 2. 3. Arranque del motor M2 en estrella triángulo para la Faja 3: • Un contacto NA de la bobina de salida del contactor triángulo del motor M2 activa el temporizador T5, que genera el tiempo requerido para el arranque de la Faja 3, cumplido el tiempo la salida del temporizador T5 activa la memoria interna M0.3. • Las siguientes son iguales a las explicadas anteriormente para el arranque estrella triángulo, en este caso, para el motor M3 que impulsa a la Faja 3. 4. El circuito se detiene en cualquier parte de la secuencia y se desactivan todos los motores cuando se pulsa el botón de parada. 31 Automatismo programable por PLC Este sistema permite controlar las fajas transportadoras de manera eficiente y reduce la carga inicial en la red eléctrica cuando es necesario el arranque de los motores a plena carga. TAREA N°06 Programación del PLC para el control de electrobombas alternadas • Instrucciones de comparación y transferencia/desplazamiento: • Definición. Instrucciones de Comparación: Estas instrucciones permiten comparar dos valores o registros para determinar si se cumple una condición lógica. Por ejemplo, verificar si un valor es igual, mayor o menor que otro. • Tipos de Instrucciones de Comparación: 1. Igual (=): Compara si dos valores son iguales. 2. Distinto (<> o ≠): Compara si dos valores son diferentes. 3. Mayor que (>): Compara si un valor es mayor que otro. 4. Mayor o igual que (>=): Compara si un valor es mayor o igual que otro. 5. Menor que (<): Compara si un valor es menor que otro. 6. Menor o igual que (<=): Compara si un valor es menor o igual que otro. 32 Automatismo programable por PLC Instrucciones de Transferencia: Las instrucciones de transferencia en un PLC se utilizan para mover datos entre diferentes registros, áreas de memoria o dispositivos de entrada/salida dentro del PLC. Estas instrucciones son esenciales para el funcionamiento del programa del PLC y permiten la manipulación de datos y la comunicación con otros dispositivos. Tipos de Instrucciones de Transferencia: 1. Instrucción LD (Load): La instrucción LD se utiliza para cargar datos desde una fuente (como una entrada, una dirección de memoria o una constante) en un registro interno del PLC. Por ejemplo, LD I:1/0 carga el estado de la entrada I:1/0 en un registro interno. 2. Instrucción ST (Store): La instrucción ST se utiliza para almacenar datos desde un registro interno en una ubicación de memoria o en una salida. Por ejemplo, ST O:2/1 almacena el valor de un registro interno en la salida O:2/1. 3. Instrucción MOV (Move): La instrucción MOV permite mover datos desde una fuente a un destino sin realizar ninguna operación lógica en los datos. Por ejemplo, MOV N7:5 a B3:2/1 moverá el valor de N7:5 al bit B3:2/1 sin cambiarlo. 4. Instrucción COP (Copy): La instrucción COP se utiliza para copiar datos de una fuente a un destino, similar a MOV. Sin embargo, a menudo se utiliza para copiar bloques de datos más grandes. Por ejemplo, COP D100 a D200 copiará el contenido del bloque de memoria D100 en D200. 5. Instrucción XIC (Examine If Closed) y XIO (Examine If Open): Estas instrucciones se utilizan para transferir el estado de una entrada a un bit interno. XIC examina si una entrada está cerrada (ON) y XIO examina si está abierta (OFF). Por ejemplo, XIC I:1/0 examinará si la entrada I:1/0 está encendida y, si es así, establecerá un bit interno en ON. 6. Instrucción OUT (Output): La instrucción OUT se utiliza para transferir datos desde un registro interno a una ubicación de salida o dispositivo de salida. Por ejemplo, OUT B3:2/1 a O:2/1 transferirá el valor del bit interno B3:2/1 a la salida O:2/1. 7. Instrucción INP (Input): La instrucción INP se utiliza para transferir datos desde una ubicación de entrada o dispositivo de entrada a un registro interno del PLC. Por ejemplo, INP I:2/3 a N7:1 transferirá el valor de la entrada I:2/3 al registro N7:1. 33 Automatismo programable por PLC 8. Instrucción GSV (Get System Variable) y SSV (Set System Variable): Estas instrucciones se utilizan para transferir información sobre el estado del sistema, como la hora actual del reloj del PLC o el estado de ejecución del programa, entre registros internos y variables de sistema. • Instrucciones de Desplazamiento Las instrucciones de desplazamiento en un controlador lógico programable (PLC) se utilizan para mover bits o palabras de datos dentro de registros internos o áreas de memoria del PLC. Estas instrucciones son útiles para realizar operaciones como el desplazamiento de bits, rotaciones y manipulaciones de datos. • Tipos de Instrucciones de Transferencia/Desplazamiento: 1. Instrucción SHIFT (Desplazamiento): La instrucción SHIFT se utiliza para realizar desplazamientos de bits en una palabra de datos o registro. Se debe especificar la dirección (izquierda o derecha) y la cantidad de posiciones que desea desplazar los bits. Por ejemplo, SHL (Shift Left) o SHR (Shift Right) se utilizan para desplazar bits hacia la izquierda o hacia la derecha. Ejemplo de desplazamiento a la izquierda: SHL B3:2/1 -> B3:2/0 Este ejemplo desplaza el bit B3:2/1 hacia la izquierda y lo coloca en B3:2/0. 2. Instrucción ROL (Rotate Left) y ROR (Rotate Right): Estas instrucciones se utilizan para realizar rotaciones de bits en una palabra de datos o registro. Los bits desplazados fuera de la palabra vuelven a entrar en el lado opuesto. Por ejemplo: Ejemplo de rotación a la izquierda: ROL B3:2 -> B3:2 En este ejemplo, los bits se rotan a la izquierda, y el bit que sale por el lado izquierdo vuelve a entrar por el lado derecho. 3. Instrucción MVM (Move Multiple Bits): La instrucción MVM se utiliza para mover varios bits de una palabra de datos a otra palabra de datos en función de una máscara específica. Esta instrucción es útil para copiar un subconjunto de bits de una ubicación a otra. Ejemplo de movimiento de bits con máscara: MVM D100[5] a D200[2] usando M100 En este ejemplo, se copian los bits 5 de la palabra D100 a la posición 2 de la palabra D200, utilizando una máscara definida en la ubicación de memoria M100. 34 Automatismo programable por PLC 4. Instrucción SFL (Shift Left with Carry) y SFR (Shift Right with Carry): Estas instrucciones se utilizan para realizar desplazamientos de bits con consideración al bit de acarreo (carry bit) en operaciones aritméticas. Son útiles en aplicaciones donde se necesita manipular bits y llevar un control del bit de acarreo. Ejemplo de desplazamiento a la derecha con acarreo: SFR B3:2/0 <- B3:2/1 con C En este ejemplo, se realiza un desplazamiento a la derecha en el bit B3:2/1, teniendo en cuenta el bit de acarreo (C). • Byte, Word y double Word. • Byte: Un byte es una unidad de datos que consta de 8 bits. Se utiliza comúnmente para almacenar valores enteros pequeños o caracteres en formatos de codificación como ASCII. • Word: Una palabra es una unidad de datos que consta de 16 bits o 2 bytes. Se utiliza para representar valores numéricos más grandes, como enteros o datos en formato binario. • Double Word: Un double word (doble palabra) es una unidad de datos que consta de 32 bits o 4 bytes. Se utiliza para representar números enteros mucho más grandes o para almacenar datos binarios extensos. • Direccionamiento. El direccionamiento de las instrucciones de comparación y transferencia/desplazamiento en un Controlador Lógico Programable (PLC) es una parte fundamental de la programación y se utiliza para especificar las ubicaciones de memoria de los datos que se van a comparar, transferir o desplazar. El formato exacto de direccionamiento puede variar según el fabricante del PLC y el software de programación utilizado, pero aquí proporcionaremos un enfoque general sobre cómo se realiza el direccionamiento. Instrucciones de Comparación: El direccionamiento de las instrucciones de comparación generalmente implica especificar las ubicaciones de memoria de los datos que se van a comparar. Por ejemplo, para comparar dos valores, se debe indicar de dónde provienen esos valores en la memoria del PLC. Aquí hay un ejemplo de cómo podría verse el direccionamiento: Instrucción de Comparación (por ejemplo, "IGUAL"): • Operando A: Esta es la ubicación de memoria del primer valor que se va a comparar. Puede ser un registro, una entrada digital o una palabra de memoria específica, y se especifica utilizando una notación adecuada según el PLC. 35 Automatismo programable por PLC • Operando B: Esta es la ubicación de memoria del segundo valor que se va a comparar. Al igual que el Operando A, puede ser un registro, una entrada digital o una palabra de memoria específica. • Resultado: Aquí se puede especificar dónde se almacenará el resultado de la comparación, por ejemplo, un registro de bits para indicar si la comparación es verdadera o falsa. Ejemplo de direccionamiento de una instrucción de comparación en lenguaje de escalera (Ladder Logic): [ ] I:1/0 (Operando A) IGUAL [ ] B3:2/5 (Operando B) --> [ ] M0 (Resultado) Instrucciones de Transferencia/Desplazamiento: El direccionamiento de las instrucciones de transferencia/desplazamiento generalmente implica especificar las ubicaciones de memoria de los datos que se van a transferir o desplazar, así como la ubicación de destino. Aquí hay un ejemplo de cómo podría verse el direccionamiento: Instrucción de Transferencia (por ejemplo, "MOV"): • Origen: Esta es la ubicación de memoria de donde se tomarán los datos para la transferencia. Puede ser un registro, una entrada analógica o una palabra de memoria específica. • Destino: Esta es la ubicación de memoria donde se almacenarán los datos transferidos. También puede ser un registro, una salida digital o una palabra de memoria específica. Ejemplo de direccionamiento de una instrucción de transferencia en lenguaje de escalera (Ladder Logic): [ ] B3:1/2 (Origen) MOV [ ] N7:3 (Destino) El formato de direccionamiento exacto dependerá del fabricante del PLC y del software de programación que esté utilizando. Es importante consultar la documentación específica de su PLC y software para comprender el formato de direccionamiento que debe seguir para su aplicación particular. • Memorias Especiales. Las memorias especiales en un Controlador Lógico Programable (PLC) son áreas de memoria designadas para tareas específicas, como el almacenamiento de datos temporales, registros de control o información de configuración. Estas memorias ayudan a los programadores a gestionar y controlar el funcionamiento de la lógica del PLC. A continuación, se describen algunas de las memorias especiales comunes en los PLC: 1. Memoria Retentiva (Retentive Memory): Esta memoria retiene su estado incluso cuando se apaga la energía del PLC. Se utiliza para almacenar datos importantes que deben conservarse a pesar de cortes de energía. Por ejemplo, se pueden utilizar para mantener el tiempo de funcionamiento acumulado de una máquina o para recordar configuraciones críticas. 36 Automatismo programable por PLC 2. Memoria de Estado (State Memory): Almacena el estado actual de la máquina o proceso. Puede ser útil en aplicaciones donde se necesita recordar el estado anterior del sistema después de un reinicio. Esto es esencial para garantizar una continuidad suave de las operaciones. 3. Memoria de Datos de Configuración (Configuration Data Memory): Almacena datos de configuración y parámetros utilizados para ajustar el comportamiento del PLC o los dispositivos conectados. Esto puede incluir la configuración de comunicaciones, ajustes de temporización y otros parámetros personalizables. 4. Memoria de Registro (Register Memory): Utilizada para almacenar datos en tiempo real, como valores de sensores, lecturas analógicas o datos de proceso. Los registros son cruciales para realizar cálculos y controlar el proceso en función de las entradas del mundo real. 5. Memoria de Banderas (Flag Memory): Se utiliza para almacenar señales de estado o banderas que indican eventos específicos o condiciones en el sistema. Por ejemplo, se pueden utilizar para marcar el inicio o el final de una secuencia de operación o para gestionar el flujo de la lógica del programa. 6. Memoria de Pila (Stack Memory): Utilizada para implementar una pila de datos en la programación. Esto puede ser útil en aplicaciones donde se deben realizar operaciones de pila, como en la gestión de subrutinas o funciones. 7. Memoria de Temporizadores y Contadores: Estas memorias especiales se utilizan para almacenar valores temporales y contar eventos. Pueden incluir temporizadores (TIMER) y contadores (COUNTER) que se utilizan para controlar secuencias de tiempo y contar eventos discretos. Es importante destacar que la terminología y la implementación de estas memorias especiales pueden variar según el fabricante del PLC y el software de programación utilizado. Por lo tanto, siempre es crucial consultar la documentación específica del fabricante y el manual de programación del PLC usado. • Mando de electrobombas alternadas. El control de electrobombas alternadas con un PLC (Controlador Lógico Programable) es una aplicación común en sistemas de bombeo y distribución de líquidos en la industria. El objetivo es alternar entre dos o más bombas para distribuir la carga y asegurar un funcionamiento eficiente y confiable. Aquí se tiene un ejemplo de cómo se puede realizar este control utilizando un PLC: Preparación: 1. Definir las Entradas y Salidas: 37 Automatismo programable por PLC Entradas: Se tienen dos boyas, una para la cisterna y la otra para el tanque elevado, selector de cuatro posiciones para alternado, bomba 1 y bomba 2, en el modo alternado, funciona en modo automático alternando el funcionamiento de la bomba 1 y luego la bomba 2, luego se tienen los contactos cerrados de los relés térmicos de la bomba 1 y de la bomba 2, los contactos abiertos para señalización de falla de las bombas, se han puesto directamente por falta de entradas en el LOGO. Salidas: Se tiene K1 y K2 para la maniobra de las bombas 1 y 2 respectivamente, H1 y H2 son indicadores que las bombas están funcionando. 2. Circuito de fuerza: Consta de dos motores trifásicos en arranque directo, con sus respectivos dispositivos de activación y protección, un contactor, un disyuntor, y un relé térmico por cada bomba. 3. Condiciones de funcionamiento: 4. El contacto de la cisterna se conecta al inicio en del circuito de manera que si la cisterna no tiene agua, todo el control no funciona. En la posición manual se pueden activar la bomba 1 o la bomba 2 activando sus respectivos pulsadores. En el modo automático cuando la boya del tanque elevado pide agua cierra su contacto y se debe activar primero la bomba 1 en el siguiente cierre de la boya del tanque elevado se debe activar la bomba 2 y así sucesivamente, si por alguna razón alguna, de las bombas sale fuera de servicio, en modo automático debe funcionar la bomba que queda disponible. Si se produce una falla en una de las bombas se activa el relé térmico y apaga la bomba, en ese caso de inmediato debe arrancar la otra bomba y seguirá en la misma condición hasta que se arregle la bomba malograda. Pasos para el Mando de Electrobombas Alternadas con un PLC: 1. Detección de Condiciones: Utilizar sensores de nivel o interruptores de presión para detectar el nivel del líquido o la demanda de agua. Estos sensores enviarán señales al PLC para indicar cuándo se necesita encender o apagar una bomba. 2. Programación del PLC: Programar el PLC utilizando un software de programación PLC compatible. Defina las condiciones bajo las cuales se encenderán o apagarán las bombas. Esto puede incluir niveles de líquido, demanda de agua, o cualquier otro criterio relevante. 3. Lógica de Control: Utilizar instrucciones lógicas para alternar entre las bombas. Por ejemplo, si una bomba está funcionando y la demanda aumenta, el PLC puede recibir una señal para activar una segunda bomba. Puedes usar instrucciones IF-THENELSE para controlar la lógica de conmutación. 4. Monitoreo y Alarma (Opcional): Puedes programar el PLC para monitorear el estado de las bombas y generar alarmas en caso de fallos, como falta de flujo o sobrecarga. 38 Automatismo programable por PLC 5. Operación Continua: Una vez programado, el PLC funcionará automáticamente para alternar entre las bombas según las condiciones especificadas en la lógica de control. 6. Mantenimiento y Supervisión: Realizar un mantenimiento regular y supervisar el sistema para asegurarse de que las bombas estén funcionando correctamente y de que no haya problemas. 39 Automatismo programable por PLC La programación precisa y la configuración de los dispositivos de entrada y salida en el PLC son esenciales para un control eficiente y confiable de las electrobombas alternadas. Es importante seguir las pautas del fabricante del PLC y del fabricante de las bombas, y consultar la documentación específica del PLC y el software de programación que está utilizando. • Aritmética con coma flotante La aritmética con coma flotante permite representar y operar con números extremadamente grandes o pequeños de manera muy eficiente y compacta. Los números en punto flotante se representan generalmente en una notación similar a la notación científica, donde se utiliza una mantisa (parte significativa), una base (generalmente 2 o 10) y un exponente (que indica la posición decimal del número). Por ejemplo, en la notación científica decimal, 1.23 x 10^2 tiene una mantisa de 1.23, una base de 10 y un exponente de 2. La aritmética con coma flotante se utiliza en una variedad de aplicaciones, como cálculos científicos, ingeniería, procesamiento de señales, gráficos por computadora y mucho más. 40 Automatismo programable por PLC TAREA N°07 Programación del PLC para el control de velocidad de un motor trifásico • Instrucciones matemáticas: • Definición. Las instrucciones matemáticas son comandos o funciones que permiten realizar operaciones numéricas en un programa de computadora o en un sistema de control. Estas operaciones involucran la manipulación de datos numéricos, ya sea para realizar cálculos, comparaciones, conversiones o transformaciones de datos. • Tipos. 1. Suma (+): Esta instrucción se utiliza para sumar dos o más números. 2. Resta (-): Permite realizar operaciones de resta, restando un número de otro. 3. Multiplicación (*): Esta instrucción se utiliza para multiplicar dos o más números. 4. División (/): Permite realizar operaciones de división, dividiendo un número entre otro. 5. **Potenciación (^ ): Se utiliza para elevar un número a una potencia determinada. Por ejemplo, 2^3 = 8. 6. Raíz Cuadrada (√): Calcula la raíz cuadrada de un número. Por ejemplo, √16 = 4. 7. Funciones Trigonométricas (sin, cos, tan): Estas funciones realizan cálculos trigonométricos, como seno, coseno y tangente, sobre un ángulo dado. 8. Valor Absoluto (abs): Calcula el valor absoluto de un número, es decir, su distancia al origen en la línea numérica. 9. Redondeo (round): Redondea un número a la cantidad de decimales especificada. 10. Valor Máximo (max) y Valor Mínimo (min): Encuentra el valor máximo o mínimo entre un conjunto de números. 11. Logaritmo (log): Calcula el logaritmo de un número en una base determinada. 12. Funciones Exponenciales (exp): Calcula números exponenciales, como e^x, donde "e" es la base de los logaritmos naturales. Las instrucciones matemáticas disponibles pueden variar según el lenguaje de programación o el entorno de desarrollo que estés utilizando. • Entradas analógicas. Las entradas analógicas son interfaces de un sistema de control o PLC que permiten medir y adquirir señales analógicas del mundo real. Estas señales son continuas y varían en un rango determinado. Las entradas analógicas convierten estas señales en valores binarios que pueden ser procesados por el controlador. Algunos ejemplos de entradas analógicas comunes incluyen: 1. Sensores de temperatura: Para medir la temperatura en grados Celsius o Fahrenheit. 2. Sensores de presión: Para medir la presión en psi o bares. 41 Automatismo programable por PLC 3. Sensores de nivel: Para medir el nivel de un líquido en metros o centímetros. 4. Sensores de velocidad: Para medir la velocidad en RPM (revoluciones por minuto). 5. Transmisores de corriente y voltaje: Para medir señales eléctricas analógicas, como 4-20 mA o 0-10 V. • Salidas Analógicas: Las salidas analógicas son interfaces de un sistema de control que permiten generar señales analógicas para controlar dispositivos en el mundo real. Estas salidas convierten valores binarios en señales continuas para controlar actuadores o dispositivos que requieren un control preciso y gradual. Ejemplos de salidas analógicas comunes incluyen: 1. Variadores de velocidad: Para controlar la velocidad de un motor en una amplia gama de valores, permitiendo un control suave. 2. Válvulas proporcionales: Para controlar el flujo de líquidos o gases con precisión. 3. Controladores de temperatura: Para controlar la potencia de calentamiento o enfriamiento en un sistema de control de temperatura. 4. Controladores de nivel: Para regular la apertura de una válvula de entrada de líquido en función del nivel deseado. 5. Amplificadores de señal: Para amplificar y acondicionar señales analógicas antes de enviarlas a dispositivos de control. • Escalamiento. El escalado en un PLC (Controlador Lógico Programable) es el proceso de convertir una señal analógica medida en el mundo real en una unidad de medida específica o en un valor que pueda ser utilizado por el programa de control. Esto es esencial cuando se trabaja con entradas analógicas, como sensores de temperatura, sensores de presión, sensores de nivel, etc., ya que es necesario convertir la señal analógica en un valor numérico que tenga un significado específico en la aplicación. El escalado en un PLC generalmente se realiza utilizando una ecuación de conversión lineal que relaciona la señal analógica medida con el valor de la variable de proceso que se está controlando o supervisando. La ecuación de escalado lineal típica tiene la forma: P=m∗X+b 42 Automatismo programable por PLC Donde: P es el valor de la variable de proceso deseada. X es el valor de la señal analógica medida. m es el factor de escala (pendiente). b es el desplazamiento (offset). Presentamos los pasos generales para realizar el escalado en un PLC: 1. Conocer las Especificaciones del Sensor: Antes de realizar el escalado, es importante conocer las especificaciones del sensor analógico que está utilizando, como su rango de medición y la relación entre la señal de entrada y la variable de proceso que mide. 2. Normalizar el dato de entrada: Normaliza el valor de la entrada analógica utilizando la instrucción NORM_X, que normaliza el parámetro valor dentro de un rango de valores especificado por los parámetros mínimo y máximo, todos en el mismo tipo de datos (real), la salida de esta instrucción es Salida = (Valor- Mínimo) / Máximo Mínimo) donde (0 <= Salida <= 1). 3. Escalar el dato normalizado: Se utiliza la Instrucción SCALE_X que escala el Valor real normalizado donde (0 <= Valor <= 1) al tipo de datos y rango de valores especificador por los parámetros Mínimo y Máximo: Salida = (Valor – Mínimo) / (Máximo – Mínimo). • Funciones / Subrutinas. 1. Funciones: Las funciones son segmentos de código que realizan una tarea específica y devuelven un valor. Pueden tener parámetros de entrada y, en algunos lenguajes de programación PLC, parámetros de salida. Las Instrucciones de funciones pueden ser para realizar cálculos, comparaciones, operaciones lógicas, etc. 43 Automatismo programable por PLC 2. Subrutinas: Las subrutinas son segmentos de código que realizan una tarea específica pero no devuelven un valor. Se utilizan para organizar el código y ejecutar acciones específicas cuando sea necesario. Las Instrucciones de subrutina son la de llamada a subrutina JSR, la de Inicio de subrutina SBR y la de retorno de subrutina RET Extraído de: https://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/rm/1785rm001_-es-p.pdf • Direccionamiento. El direccionamiento en un PLC es la forma en que se identifican y acceden a las entradas, salidas y variables dentro del programa de control del PLC. El direccionamiento es esencial para establecer conexiones lógicas y físicas entre los componentes del sistema que el PLC está controlando o supervisando. presentamos una descripción general de los tipos de direccionamiento comunes en un PLC: 1. Dirección de entrada (Input Addressing): Se utiliza para referirse a las señales de entrada que provienen de sensores y dispositivos en el mundo real. Cada entrada se identifica mediante un número o dirección específica, que puede ser un número entero o una etiqueta simbólica, dependiendo del software de programación del PLC. Por ejemplo, una entrada analógica podría ser direccionada como "I:1/0" o "SensorNivelAgua". 2. Dirección de salida (Output Addressing): Similar al direccionamiento de entrada, se utiliza para referirse a las salidas del PLC que controlan dispositivos o actuadores en el mundo real. Al igual que con las entradas, las salidas se identifican mediante números o etiquetas. Por ejemplo, una salida podría ser direccionada como "O:2/3" o "MotorBomba". 44 Automatismo programable por PLC 3. Dirección de bits (Bit Addressing): Los PLCs también pueden direccionar bits individuales dentro de una palabra de datos. Esto es útil para controlar eventos discretos o activar y desactivar elementos específicos. Los bits se pueden direccionar utilizando notación como "B3:2/1" (donde B3 es una palabra de datos y 2/1 se refiere al segundo bit de esa palabra). 4. Dirección de registros (Register Addressing): Los PLCs a menudo tienen registros de datos para almacenar información importante, como contadores, temporizadores o valores de proceso. Estos registros se direccionan mediante su nombre o número de registro específico. Por ejemplo, un temporizador podría ser direccionado como "T4:0" o "TemporizadorInicio". 5. Dirección de registros de memoria (Memory Register Addressing): Algunos PLCs permiten el uso de registros de memoria personalizados para almacenar datos temporales o configuraciones. Estos registros se direccionan de manera similar a los registros estándar, pero suelen utilizar una convención de dirección diferente, como "M100" o "MemoriaConfiguracion". 6. Dirección de constantes y valores literales: Para configurar condiciones o valores específicos dentro del programa, puedes usar constantes o valores literales que se introducen directamente en las instrucciones de programación. Por ejemplo, "5" o "PI" podrían ser valores literales utilizados en el programa. El tipo de direccionamiento y la notación específica pueden variar según el fabricante del PLC y el software de programación utilizado. Es importante familiarizarse con la documentación proporcionada por el fabricante del PLC y el entorno de programación para comprender cómo se aborda el direccionamiento en un sistema PLC en particular. • Control de velocidad de un motor 3Ф. El control de velocidad de un motor trifásico (3Ф) se puede realizar utilizando un Controlador Lógico Programable (PLC) y un variador de frecuencia (VFD, por sus siglas en inglés). El control se realiza desde la salida analógica del PLC a la entrada analógica del variador. 45 Automatismo programable por PLC Pasos generales para controlar la velocidad de un motor 3Ф con un PLC: 1. Selección de Componentes: Se requiere contar con los siguientes componentes: • Motor trifásico. • Un variador de frecuencia (VFD) compatible con tu motor y PLC. • Un PLC con entradas y salidas digitales y, entradas y salidas analógicas. 2. Conexiones Físicas: realizar las siguientes conexiones: a) Conectar a las entradas digitales del PLC los dispositivos de accionamiento (Pulsadores, Interruptores). Una entrada para el control ON/OFF, la segunda para seleccionar la inversión de giro y la tercera para indicación de fallo. b) Conectar las salidas digitales del PLC a las entradas digitales del variador por donde pasan las señales de control ON/OFF, inversión de giro y acuse de fallo. c) Las salidas digitales del variador que se conectan a las entradas del PLC que son de convertidor de frecuencia en funcionamiento y Variador activo d) A una de las entradas analógicas del PLC se conecta un potenciómetro de 0 a 10 V o la salida de un sensor. e) La salida analógica del PLC se conecta a la entrada analógica del variador, que es la tensión de 0 a 10 V. f) La salida analógica del variador es de 0 a 20 mA, se le conecta un convertidor de corriente a voltaje o una resistencia de 500Ω, para convertirla en una señal de 0 -10V, lo que representa la salida de frecuencia del variador, la cual se conecta a la segunda entrada analógica del PLC. g) El común del PLC y variador deben estar conectados al común de la misma fuente. 46 Automatismo programable por PLC Extraído de: https://www.youtube.com/watch?v=4Gk86_zsWR4 3. Configurar el variador de velocidad: Realizar la configuración de los parámetros de fábrica, la forma de control por bornes, desde el PLC. 4. Programación del PLC: Utilizar el software de programación del PLC para crear el programa de control. A continuación, se describen los pasos típicos para la programación: a. Programar la normalización y escalamiento de las señales analógicas: Con el objeto de que la señal analógica de entrada tenga un rango normalizado de variación de 0 a 1.0 y luego escalar la señal que consiste en linealizar su rango de variación, por lo que, si se desea una salida de la mitad de la escala por ejemplo 30 Hz, la señal analógica debe tener un valor de 0.5. Para realizar estas acciones se utilizan las instrucciones NORM_X y SCALE_X. 47 Automatismo programable por PLC b. De la misma forma se normaliza y escala la frecuencia de salida que se enviará al variador: c. También se normaliza y escala la salida de frecuencia del variador que va al PLC. d. Luego se conectan las entradas digitales, la primera es para puesta en marcha, la segunda es para mandar el cambio de sentido y la tercera es para el acuse de fallo, las que luego se conectan a las entradas digitales del variador. 48 Automatismo programable por PLC e. Programar las entradas digitales que vienen de las salidas digitales del variador que son: se activa cuanto el motor tiene frecuencia y la segunda se activa cuando el variador esta alimentado. Todas las imágenes del programa han sido extraídos de: https://www.youtube.com/watch?v=4Gk86_zsWR4 5. Guardar el programa y luego transferirlo al PLC. 6. Realizar las pruebas: Verificar que las frecuencias que se programan en el PLC coinciden con la que el variador devuelve y que el funcionamiento es lineal en toda la escala. TAREA N°08 Elabora programa para automatizar sistema electroneumático – electrohidráulico • Lenguaje de programación. Los Controladores Lógicos Programables (PLC) utilizan varios lenguajes de programación para crear la lógica de control en aplicaciones industriales. Aquí se mencionan algunos de los lenguajes de programación PLC más comunes: 1. Lenguaje de Escalera (Ladder Logic): Este es el lenguaje de programación más utilizado en PLC y se asemeja a un diagrama de circuito eléctrico. Se basa en la lógica de relés y contactos eléctricos. 2. Lenguaje de Bloques de Función (Function Block Diagram - FBD): Este lenguaje permite la programación mediante la conexión de bloques de función que representan operaciones lógicas o matemáticas. 3. Lenguaje de Lista de Instrucciones (Instruction List - IL): Es un lenguaje de programación basado en una lista de instrucciones en lenguaje de máquina específico del PLC 4. Lenguaje de Texto Estructurado (Structured Text - ST): Permite escribir programas en un formato de texto estructurado similar a lenguajes de alto nivel como C. 5. Lenguaje Gráfico de Funciones Secuenciales (Sequential Function Chart - SFC): Se utiliza para describir secuencias de control en forma de gráficos y diagramas de estados. 49 Automatismo programable por PLC • Lenguaje estructural. Es un lenguaje de bajo nivel que tiene una sintaxis similar a la de PASCAL cuyo código alterna letras mayúsculas y minúsculas, es usado para programar expresiones aritméticas complejas, se utiliza con valores analógicos o digitales y permite hacer programaciones de bucles condicionales. Las partes de un programa en lenguaje estructural son: 1. Definición de variables: Permite definir los nombres de las variables y el tipo de dato que usa dicha variable. Se definen las variables de entrada, variables de salida y variables de proceso 2. Cuerpo del Programa: Consta de la secuencia de instrucciones donde se definen operaciones lógicas matemáticas, salidas en función de resultados y ciclos repetitivos condicionales. • Diagrama GRAFCET: El GRAFCET, o Diagrama GRAFCET, es una notación gráfica utilizada en la ingeniería de control para describir secuencias de control, estados de sistemas y lógica de control. Fue desarrollado en Francia y se utiliza ampliamente en aplicaciones de automatización industrial. Los diagramas GRAFCET son una parte integral de la especificación IEC 60848 y se utilizan en sistemas de control basados en estándares internacionales. 50 Automatismo programable por PLC • Etapas. En un Diagrama GRAFCET, las etapas representan los diferentes estados o condiciones de un sistema o proceso. Cada etapa es un estado específico en el que el sistema puede estar. Las etapas se representan como rectángulos con esquinas redondeadas y se conectan mediante transiciones. • Reglas. 1. Definir las variables: Definir las variables, direcciones y tipos de variable que se van a emplear en el programa. 2. Etapas Iniciales: Un diagrama GRAFCET debe tener al menos una etapa inicial, esta etapa representa el estado inicial del sistema antes de que comience cualquier secuencia de control, por ejemplo, que el motor que se controla se mantenga apagado, lo que se define con una bobina de Reset. 3. Transiciones: Las transiciones se representan como una cruz entre las etapas y se utilizan para indicar cuándo se produce una transición de una etapa a otra. Las transiciones pueden tener condiciones asociadas que deben cumplirse para que ocurra la transición. 4. Condiciones: Las condiciones se representan como etiquetas junto a las transiciones y especifican las condiciones lógicas que deben cumplirse para permitir una transición. Las condiciones pueden ser expresiones lógicas basadas en las entradas del sistema. 5. Etapas de Acción: Cada etapa puede tener una o más etapas de acción asociadas. Las etapas de acción indican qué acciones o tareas se deben realizar 51 Automatismo programable por PLC mientras el sistema está en esa etapa. Estas acciones pueden incluir activación o desactivación de salidas, activación de dispositivos, etc. • Estructura. La estructura básica de un Diagrama GRAFCET consta de las siguientes partes: • Etapas: Representan estados del sistema. • Arco: Son las líneas que unen la salida de una etapa con la entrada de una transición y la salida de la transición con la entrada de la siguiente etapa • Transiciones: Indican cambios entre etapas. • Condiciones: Definen las condiciones para que ocurran las transiciones. • Etapas de Acción: Especifican las acciones asociadas con cada etapa. • Etapas de Transición: Definen las reglas de prioridad para las transiciones. La estructura general de un Diagrama GRAFCET es jerárquica, lo que significa que se pueden utilizar subdiagramas GRAFCET para representar lógica de control más compleja. Un subdiagrama GRAFCET puede ser llamado desde una etapa de acción en otro diagrama GRAFCET principal, lo que permite una descripción más detallada y modular de la lógica de control. 52 Automatismo programable por PLC Los Diagramas GRAFCET son una herramienta poderosa para describir y diseñar secuencias de control en sistemas de automatización industrial y se utilizan ampliamente en la ingeniería de control. Ayudan a visualizar y comprender la lógica de control de manera intuitiva. TAREA N°09 Elabora programa para el accionamiento de automatismos por panel HMI • Puertos de comunicación. Los paneles HMI suelen contar con varios puertos de comunicación que permiten la conexión con dispositivos de control y adquisición de datos. Algunos de los puertos de comunicación comunes son: 1. Puertos Serie RS-232/RS-485: Estos puertos se utilizan para la comunicación serie con dispositivos como PLCs, controladores, y otros paneles HMI, en lado de la PC se puede usar convertidor serial a USB. 2. Ethernet (TCP/IP): Los paneles HMI pueden estar equipados con puertos Ethernet que permiten la comunicación a través de redes industriales Ethernet. Para realizar la conexión se debe configurar definiendo las direcciones IP correspondientes del PLC y el HMI. 3. Puertos USB: Los puertos USB se utilizan para conectar dispositivos USB externos, como unidades flash o ratones, para realizar transferencias de datos o configuraciones. 4. Otros Puertos Propietarios: Algunos paneles HMI pueden tener puertos de comunicación propietarios diseñados específicamente para trabajar con ciertos controladores o sistemas de control. • Configuración. La configuración de un panel HMI varía según el fabricante y el modelo, pero generalmente involucra los siguientes pasos: 53 Automatismo programable por PLC 1. Configuración de Comunicaciones: Debe configurar los parámetros de comunicación como el modelo del HMI, el tipo de conexión, el tipo y modelo del PLC y la dirección IP del PLC y del HMI. 2. Diseño de Pantallas: Utilice el software proporcionado por el fabricante para diseñar las pantallas del HMI. Esto implica crear pantallas gráficas que permitan representar gráficamente los comandos para comandar el programa del PLC. Como se muestra para el programa de la figura crear los pulsadores de entrada y las salidas de los motores, para comandar desde la pantalla las entradas y representar los cambios de estado de las salidas. 54 Automatismo programable por PLC 3. Asignación de Etiquetas y Variables: Asignar etiquetas a las variables que se mostrarán en las pantallas y que se utilizarán para la comunicación con los dispositivos de control. Esto ayuda a organizar y facilitar la visualización de datos. 4. Configuración de Alarmas: Configurar alarmas visuales o audibles que se activarán cuando se produzcan condiciones anormales en el sistema, se configuran pasando las variables de alarma tipo bir del PLC a enteros para cargarlo en el HMI. 5. Programación de Secuencias: En algunos casos, puede programar secuencias lógicas en el HMI para realizar acciones específicas en respuesta a eventos o condiciones. • Símbolos. Los símbolos en un panel HMI son representaciones gráficas de dispositivos, variables, alarmas y otros elementos del sistema. Los símbolos se utilizan para crear pantallas interactivas y visualmente informativas que permiten al operador entender el estado del 55 Automatismo programable por PLC sistema y tomar decisiones adecuadas. Los símbolos pueden incluir representaciones gráficas de botones, medidores, válvulas, indicadores, gráficos y otros elementos. Los símbolos en un panel HMI se seleccionan y se colocan en las pantallas durante el proceso de diseño y configuración utilizando el software del HMI proporcionado por el fabricante. Existen librerías de símbolos y se pueden personalizar para adaptarse a las necesidades específicas de la aplicación y mejorar la facilidad de uso. • Direccionamiento. El direccionamiento en un HMI (Interfaz Hombre-Máquina) es la forma en que se accede y se muestra la información de los dispositivos y sistemas que se supervisan o controlan a través de la interfaz gráfica del HMI. El direccionamiento es fundamental para garantizar que el HMI muestre datos precisos y permita la interacción con los dispositivos adecuados. A continuación, los tipos de direccionamiento en un HMI: • Acceso absoluto: Cuando se tiene establecida una conexión entre el HMI y el PLC el acceso absoluto hace referencia a la dirección absoluta de esa variable en el PLC. Cuando se incrementan datos, las direcciones no cambian, lo cual es un inconveniente cuando se tienen procesos elaborados con esas direcciones. Ejemplo: • Acceso Simbólico: Se accede a una variable no por la dirección, sino por el nombre, con la conexión al PLC, se direcciona el bloque de datos en el PLC y la variable se denomina con el bloque de datos y el número de la variable y no se considera la dirección. El acceso simbólico se usa cuando se incrementan variables y cambia la dirección física dentro del bloque de datos, como la variable no se designa por dirección no hay inconveniente con el acceso. 56 Automatismo programable por PLC • Servidor Web. Un servidor web para HMI es una tecnología que permite acceder desde el HMI al PLC configurado como un servidor WEB. Esta solución ofrece ventajas significativas en términos de accesibilidad y flexibilidad, permitiendo a los operadores y técnicos supervisar y gestionar el sistema desde el HMI. La configuración de un servidor web para HMI implica habilitar la función de servidor web en el HMI y definir políticas de acceso y permisos. Las pantallas web se diseñan para mostrar datos en tiempo real y permiten realizar acciones de control según la configuración del HMI. La seguridad es fundamental, con autenticación de usuarios, conexiones seguras (HTTPS) y control de acceso basado en roles para proteger la integridad de los sistemas industriales y los datos sensibles. El uso de servidores web para HMI se encuentra en constante crecimiento debido a su capacidad de proporcionar una interfaz de usuario remota y conveniente. Esto facilita la monitorización y el control de procesos industriales, mejorando la eficiencia y la toma de decisiones. La implementación exitosa de servidores web para HMI depende de la correcta configuración y gestión de la seguridad. 57 Automatismo programable por PLC • HMI: • Conectividad con dispositivos. Los HMI se conectan a dispositivos y sistemas de control a través de diferentes métodos de comunicación, como Ethernet, serie (RS-232/RS-485), y protocolos de comunicación industrial como Modbus. Esto permite la supervisión y el control de PLCs, controladores, y otros dispositivos en una planta industrial. • Características técnicas. Las características técnicas de un HMI pueden variar según el fabricante y el modelo, pero algunas características comunes incluyen: • • • • • • • Pantalla táctil para interacción intuitiva. Resolución de pantalla y tamaño adecuados para la aplicación. Capacidad de visualización de gráficos y tendencias en tiempo real. Puertos de comunicación para conectividad con dispositivos. Memoria y capacidad de almacenamiento para datos y proyectos. Compatibilidad con protocolos de comunicación industrial. Carcasa robusta y resistente para entornos industriales. • Tipos y modelos. Los HMI se presentan en varios tipos y modelos, incluyendo paneles táctiles montados en la pared, pantallas integradas en gabinetes de control, pantallas portátiles y dispositivos HMI industriales embebidos. Cada tipo está diseñado para adaptarse a aplicaciones específicas. 58 Automatismo programable por PLC • Mantenimiento El mantenimiento de un HMI implica tareas como actualización de firmware, limpieza de la pantalla, revisión de conexiones y resolución de problemas de hardware y software. El mantenimiento preventivo es esencial para garantizar un funcionamiento confiable y prolongar la vida útil del HMI. TAREA N°10 Supervisar y operar por software automatismos controlados por PLC • Software de supervisión y control. El software de supervisión y control se utiliza en combinación con Controladores Lógicos Programables (PLC) para supervisar y controlar sistemas industriales. A menudo, este tipo de software se conoce como SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) y es fundamental en la automatización y el monitoreo de procesos industriales. Presentamos una descripción general del software SCADA en combinación con PLC: Software SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition): 1. Supervisión: El software SCADA permite a los operadores y técnicos supervisar en tiempo real el estado de los dispositivos, sensores, actuadores y variables de proceso en una planta industrial. Proporciona una interfaz gráfica de usuario que muestra gráficos, pantallas y tableros personalizados para visualizar datos y estados. 2. Control: Además de la supervisión, el software SCADA permite el control de sistemas industriales. Los operadores pueden realizar acciones como arranque y parada de motores, ajuste de setpoints, cambio de modos de operación y más, todo desde la interfaz del software. 59 Automatismo programable por PLC 3. Almacenamiento de Datos: El SCADA almacena datos históricos de procesos y eventos, lo que facilita el análisis posterior y la toma de decisiones informadas. Los datos históricos pueden representarse en gráficos y tablas para su análisis. 4. Alarmas y Notificaciones: El software SCADA permite la configuración de alarmas y notificaciones que alertan a los operadores cuando se detectan condiciones anormales o eventos críticos en el proceso. 5. Acceso Remoto: Algunas soluciones SCADA permiten el acceso remoto a la planta industrial y al sistema de control desde ubicaciones fuera de la planta, lo que facilita la supervisión y el mantenimiento remoto. 6. Interoperabilidad: Los sistemas SCADA a menudo son compatibles con una variedad de dispositivos y PLC de diferentes fabricantes, lo que permite la integración con sistemas existentes. 7. Seguridad: La seguridad es fundamental en los sistemas SCADA para proteger contra amenazas cibernéticas y garantizar la integridad de los datos y la operación del sistema. • Servidor OPC. Un servidor OPC (OLE for Process Control) es un componente de software esencial en la automatización industrial. Su principal función es facilitar la comunicación y el intercambio de datos entre dispositivos y sistemas heterogéneos utilizados en la automatización y el control de procesos industriales. El Servidor OPC actúa como un interfaz que comunica por un lado con una o más fuentes de datos utilizando sus protocolos nativos (típicamente PLC’s, DCS’s, Controladores, etc.) y por el otro lado con clientes OPC (típicamente SCADAS, HMIs, 60 Automatismo programable por PLC generadores de informes, generadores de gráficos, etc). fabricantes, con diversos protocolos de comunicación, se comuniquen de manera estándar y eficiente. En una arquitectura Cliente OPC/ Servidor OPC, el Servidor OPC es el esclavo mientras que el cliente OPC es el maestro. Las comunicaciones entre el Cliente OPC y el Servidor OPC son bidireccionales, lo que significa que los clientes pueden leer y escribir en los dispositivos a través del Servidor OPC. • Tipos de ventanas Para la creación de aplicaciones de visualización reutilizables en SCADA se utiliza el software Intouch, con este software se pueden crear tres tipos de ventanas: 1. Ventana Reemplazo (Replace): Es la ventana inicial o principal de la aplicación SCADA, ocupa todo el espacio del monitor y generalmente contiene paneles de control, gráficos en tiempo real y resúmenes de estado del sistema. 2. Ventana Superpuesta (Overlay): Esta ventana se puede abrir sobre otras ventanas abiertas y se puede cambiar haciendo click sobre la ventana. Se usa como ventana de opciones o de configuración de botoneras o controles PID, variaciones de velocidad, etc. 3. Ventanas Emergentes (Pop-up): Se abren automáticamente o en respuesta a eventos específicos, como alarmas. Proporcionan información urgente y no permiten ejecutar otra acción hasta que haya la una interacción inmediata del operador y cierre dicha ventana. 61 Automatismo programable por PLC • Propiedades de objetos 1. Propiedades de Visualización: Incluyen colores, fuentes, tamaños y estilos utilizados para representar objetos en la interfaz de usuario. Estas propiedades afectan la apariencia de objetos como botones, gráficos y alarmas. 2. Propiedades de Comunicación: Determinan cómo los objetos se conectan a fuentes de datos, como PLC o servidores OPC, para obtener información en tiempo real. Esto incluye direcciones de memoria, etiquetas y actualizaciones de datos. 3. Propiedades de Interacción: Definen cómo los objetos responden a las acciones del operador, como clics de ratón o pulsaciones de teclas. Esto permite la ejecución de comandos o la navegación en la interfaz. Extraído de: https://www.youtube.com/watch?v=FEUQhLMUh6s • Aplicaciones industriales. Las ventanas, objetos y propiedades en sistemas SCADA se aplican en una variedad de entornos industriales, como: 1. Control de Procesos: Para monitorear y controlar procesos industriales, como la producción de alimentos, química o fabricación, utilizando interfaces gráficas personalizadas. 2. Automatización de Fábricas: En líneas de producción para supervisar y ajustar máquinas y equipos en tiempo real, mejorando la eficiencia y la calidad. 3. Gestión de Energía: Para monitorear y controlar sistemas de generación y distribución de energía eléctrica, optimizando la gestión y reduciendo costos. 4. Tratamiento de Agua y Aguas Residuales: En plantas de tratamiento para supervisar procesos de purificación y garantizar el cumplimiento de normativas ambientales. 62 Automatismo programable por PLC 5. Control de Edificios e Infraestructuras: Para la supervisión y control de sistemas HVAC (calefacción, ventilación y aire acondicionado) y sistemas de seguridad en edificios y estructuras industriales. Extraído de: https://www.youtube.com/watch?v=x0SoVdEYET0 La combinación de ventanas, objetos y propiedades en sistemas SCADA permite a los operadores supervisar y controlar procesos industriales de manera efectiva, lo que contribuye a la eficiencia, la seguridad y la toma de decisiones informadas en diversas aplicaciones industriales 63 Automatismo programable por PLC REFERENCIAS BIBLIOGRÁFÍCAS • Arzate Velásquez Mario Uriel (SF). Manual de Prácticas para PLCs Utilizando las plataformas RSLOgix 500 y 5000. Editorial Rockwell Automation • Rodríguez, Henry. (2016). Funcionamiento https://www.youtube.com/watch?v=REDXffLxVaA • Siemens. (2018). Simatic S7 Controlador Programable S7 -1200, Manual De Sistema. Siemens AG. • Montoya, Lucía. (2019). Programando https://slideplayer.es/slide/15762169/ • Abner, Carlos. (2021). MEMORIAS INTERNAS EN LOS PLC - COMO UTILIZARLAS (BOBINAS). https://www.youtube.com/watch?v=if7H_KNm0pU • Daneri, Pablo A. (2008). PLC. Automatización y Control Industrial. 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