SUCRE INSTITUTO SUPERIOR TECNOLÓGICO PLCs DOCENTE: ING. CHRISTIAN LLUMIQUINGA PERIODO ACADÉMICO MAYO 2018 – OCTUBRE 2018.

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1 SUCRE INSTITUTO SUPERIOR TECNOLÓGICO PLCs DOCENTE: ING. CHRISTIAN LLUMIQUINGA PERIODO ACADÉMICO MAYO 2018 – OCTUBRE 2018

2 Introducción a la Automatización La automatización es un sistema donde se transfieren tareas de producción, realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnológicos

3 Un sistema automatizado consta de dos partes principales: Parte operativa. La parte operativa es la parte que actúa directamente sobre la máquina, son los elementos que hacen que la maquina se muevan y realicen las operaciones deseadas, ejemplo: motores, cilindros, compresores, detectores, captadores y transductores. Parte de mando. La parte de mando suele ser un autómata programable (tecnología programada), aunque hasta hace poco se utilizaban relevadores electromagnéticos, los relé o relevadores son dispositivos electromagnéticos, funcionan como interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que por medio de una bobina y un electroimán se acciona uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes.

4 Autómatas Programables Introducción Hasta no hace mucho tiempo el control de procesos industriales se hacía de forma cableada por medio de Contactores y relevadores. Al operario que se encontraba a cargo de este tipo de instalaciones se le exigía tener altos conocimientos técnicos para poder realizarlas y posteriormente mantenerlas en funcionamiento. El Autómata Programable Industrial (API), nació como solución al control de circuitos complejos de automatización. Por lo tanto se puede decir que un API no es más que un aparato electrónico que sustituye los circuitos auxiliares de mando de los sistemas automáticos, a este dispositivo electrónico se le conecta los captadores, transductores, botones por una parte, y los actuadores bobinas de Contactores, lámparas por otra como elementos de salida.

5 Definición de un autómata programable Se entiende por Controlador Lógico Programable (PLC), o autómata programable, a toda máquina electrónica diseñada para controlar en tiempo real y en medio industrial procesos secuenciales. Definición NEMA (Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos). “Instrumento electrónico, que utiliza memoria programable para guardar instrucciones sobre la implementación de determinadas funciones, como operaciones lógicas, secuencias de acciones, especificaciones temporales, contadores y cálculos para el control mediante módulos de entrada y salida E/S analógicos, digitales sobre diferentes tipos de máquinas y de procesos”. Definición IEC 61131 “Un autómata programable (AP) es una maquina electrónica programable diseñada para ser utilizada en un entorno industrial, que utiliza una memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones orientadas al usuario, para implantar soluciones específicas tales como funciones lógicas, secuencias, temporizaciones, recuentos y funciones aritméticas con el fin de controlar mediante entradas y salidas, digitales y analógicas diversos tipos de máquinas o procesos”.

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7 El campo de aplicación de los PLCs es muy diverso, a diferencia de las computadoras de propósito general, el PLC está diseñado para múltiples señales de entrada y de salida, amplios rangos de temperatura, inmunidad al ruido eléctrico, resistencia a la vibración y al impacto. Los programas para el control de funcionamiento de la máquina se suelen almacenar en baterías copia de seguridad o en memorias no volátiles. ventajas que estos equipos poseen se encuentran que, gracias a ellos, es posible realizar operaciones en tiempo real, debido a su disminuido tiempo de reacción. Son fácilmente programables por medio de lenguajes de programación bastante comprensibles.

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9 VENTAJAS QUE PROPORCIONAN LOS PLC’S Aumento de la fiabilidad: Una vez que un programa ha sido escrito y probado, se puede descargar fácilmente a otros PLC’S. Dado que toda la lógica está contenida en la memoria del PLC, no hay ninguna posibilidad de hacer un error de cableado en la lógica. Más flexibilidad: Es más fácil crear y modificar un programa en un PLC que cablear un circuito. con una PLC las relaciones entre las entradas y salidas. están determinados por el programa de usuario en lugar de la manera en que están interconectados. Menor coste: Si una aplicación tiene más de una media docena relés de control, probablemente será menos costoso instalar un PLC. Capacidad de Comunicaciones: Un PLC puede comunicarse con otros controladores o equipos informáticos y desempeñará las funciones de control y supervisión, recopilación de datos, monitorio de dispositivos y parámetros del proceso, carga y descarga de programas. Tiempo de respuesta más rápido. PLC están diseñadas para alta velocidad y aplicaciones en tiempo real. Las máquinas que procesan miles de señales por segundo y objetos que pasan sólo una fracción de un segundo frente a un sensor requieren que el PLC tenga una capacidad de respuesta rápida.

10 VENTAJAS QUE PROPORCIONAN LOS PLC’S Más fácil de solucionar problemas: Los PLC´S tienen diagnósticos que permiten a los usuarios rastrear fácilmente y corregir problemas de software y hardware. Para hallar y solucionar los problemas, los usuarios pueden visualizar el programa de control en un monitor y ver el programa conforme se ejecuta.

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13 ESTRUCTURA GENERAL DE LOS PLCs

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20 Fuente de alimentación. Es el corazón del PLC y nutre de energía eléctrica al resto de módulos del mismo y en ocasiones incluso a los sensores del proceso. Por lo general los PLCs funcionan internamente a 5V de corriente continua (DC), pero sin embargo no suele ser alimentados directamente con fuentes de 5V DC, sino que se utilizan o bien fuentes que transforman de 110V de corriente alterna (AC) a 5V DC o bien de 24V DC a 5V DC. En el primer caso el PLC puede ser conectado directamente a la red eléctrica de la instalación. En el segundo caso se necesitará una fuente externa capaz de transformar la corriente de 110V AC de la instalación en 24V DC.

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23 Módulos de E/S.

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25 Cantidad de E/S: Una de las clasificaciones más comunes de los PLC hace referencia en forma directa a la cantidad de entradas y salidas (E/S o I/O) de un PLC y nos dice que un PLC es considerado micro PLC cuando tienen menos de 64 E/S, pequeños cuando tienen menos de 256 E/S, medianos cuando tienen menos de 1024 E/S y grandes cuando tienen más de 1024 E/S.

26 Dispositivos de entrada: Los dispositivos de entrada y salida son aquellos equipos que intercambian (o envían) señales con el PLC. Cada dispositivo de entrada es utilizado para conocer una condición particular de su entorno, como temperatura, presión, posición, entre otras. Entre estos dispositivos podemos encontrar: Sensores inductivos magnéticos, ópticos, pulsadores, termocuplas, termoresistencias, etc.

27 Dispositivos de salida: Los dispositivos de salida son aquellos que responden a las señales que reciben del PLC, cambiando o modificando su entorno. Entre los dispositivos típicos de salida podemos hallar: Contactores de motor Electroválvulas Indicadores luminosos o simples relés Generalmente los dispositivos de entrada, de salida y el microprocesador trabajan en diferentes niveles de tensión y corriente. En este caso las señales que entran y salen del PLC deben ser acondicionadas a las tensiones y corrientes que maneja el microprocesador, para que éste las pueda reconocer. Ésta es la tarea de las interfaces o módulos de entrada o salida.

28 Entradas Digitales: también llamadas binarias u “on-off”, son las que pueden tomar sólo dos estados: encendido o apagado, estado lógico 1 ó 0. Los módulos de entradas digitales trabajan con señales de tensión. Cuando por un borne de entrada llega tensión, se interpreta como “1” y cuando llega cero tensión se interpreta como “0”. Existen módulos o interfaces de entradas de corriente continua para tensiones de 5, 12, 24 ó 48 Vcc y otros para tensión de110 ó 220 Vca. Los PLC modernos tienen módulos de entrada que permiten conectar dispositivos con salida PNP o NPN en forma indistinta. La diferencia entre dispositivos con salida PNP o NPN es como la carga (en este caso la carga es la entrada del PLC) está conectada con respecto al neutro o al positivo. Recuerde que… Las señales digitales en contraste con las señales analógicas no varían en forma continua, sino que cambian en pasos o en incrementos discretos en su rango. La mayoría de las señales digitales utilizan códigos binarios o de dos estados.

29 Funcionamiento del PLC Un plc una vez conectado a la red eléctrica tiene básicamente dos modos de funcionamiento: Stop, en este modo de funcionamiento no se ejecuta el programa de control. Run, en este modo de funcionamiento el programa de control se está ejecutando de manera indefinida hasta que o bien el plc pasa al modo stop o bien se desconecta de la alimentación.

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31 Lectura de entradas. Al comienzo de cada ciclo de scan, el sistema operativo del PLC comprueba el estado en el que se encuentran todos y cada uno de los elementos de entrada (sensores, pulsadores, etc.) que están conectados a los distintos módulos de entradas del PLC. Si un sensor está activado, el PLC pondrá un “1” lógico en una posición determinada de una zona de memoria especial llamada “Memoria de Entradas” o “Imagen del Proceso de Entradas”. Si por el contrario ese sensor no estuviese activado, entonces el PLC pondría un “0” lógico en la posición de memoria de entradas asignada para esa entrada. Si el sensor fuese analógico en vez de escribir un “1” o un “0”, se convertiría el valor de la magnitud física a un valor numérico que también se depositaría en una zona de la memoria de entradas analógicas. Esta operación de lectura de las entradas conlleva un cierto tiempo para ejecutarse totalmente, el cuál debe ser tenido en cuenta a la hora de calcular la duración del ciclo de scan.

32 Ejecución del programa de control Una vez que la memoria de entradas ha sido totalmente actualizada el sistema operativo del PLC, comenzará a ejecutar las instrucciones del programa albergado en su memoria de programa del PLC. Escritura de salida Cuando el sistema operativo del PLC detecta que se ha ejecutado la última instrucción del programa de control, éste comienza a revisar una por una todas las posiciones de su memoria de salidas. Si en una posición lee un “1” lógico, el PLC activará la salida correspondiente en el módulo de salidas. Tareas internas Antes de comenzar un nuevo ciclo de scan, el PLC necesita realizar ciertas tareas internas como por ejemplo comprobar si se han producido errores, almacenar la duración del ciclo de scan, actualizar valores internos de sus tablas de datos, etc. De nuevo la duración de esta fase puede considerarse despreciable con respecto a las otras tres. Una vez que esta fase ha terminado el sistema operativo del PLC comenzará a ejecutar un nuevo ciclo de sacan.

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34 ESPACIO DE MEMORIA Y TAMAÑO DEL PROGRAMA El tamaño de un programa en LOGO! está limitado por el espacio de memoria disponible. Áreas de memoria Memoria de programa: LOGO! solo permite utilizar un número limitado de bloques en el programa. La segunda limitación resulta del número máximo de bytes disponibles que puede contener un programa. El número de bytes utilizados puede determinarse sumando el número de bytes destinados a los bloques de función relevantes. Memoria remanente (Rem): En esta área, LOGO! almacena valores que son remanentes (p. ej. el valor del contador de horas de funcionamiento). Los bloques con remanencia opcional utilizan esta área de memoria solo si se ha activado la función de remanencia.

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