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AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE AUTOMATISMO La auto automa mati tiza zaci ción ón de una una máqu máquin ina a o proc proces eso o prod produc ucti tivo vo simp simple le tien tiene e como como consecuencia la liberación física y mental del hombre de dicha labor. Se denomina automa tomati tis smo al disp dispo ositiv itivo o físi físico co que rea realiza liza esta sta fun funció ción con contro troland lando o su funcionamiento. AUTOMATIZACION INDUSTRIAL Hasta no hace mucho tiempo el control de procesos industriales se venía haciendo en forma cableada por medio de contactores y relés. Al operario que se encontraba a cargo de este tipo de instalaciones instalaciones se le exigía tener tener altos conocimientos técnicos para poder poder realizarla realizarlas s y posteriormente posteriormente mantenerlas mantenerlas.. Además, Además, cualquier cualquier variación variación en el proceso suponía modificar físicamente gran parte de las conexiones de los montajes, sien siendo do nece necesa sari rio o para para ello ello un gran gran esfu esfuer erzo zo técn técnic ico o y un mayo mayorr dese desemb mbol olso so económico. En la actualidad, no se se puede entender entender un proceso complejo complejo de alto nivel desarrollado por técnicas cableadas. El ordenador y los controladores lógicos programables (PLCs) han intervenido intervenido en forma considerabl considerable e para que este tipo de instalacio instalaciones nes hayan hayan sido sustituidas por instalaciones controladas de forma programada. El Autómata Programable (PLC) nació como solución al control de circuitos complejos de automatización. La automatización de una máquina o proceso productivo simple tiene como consecuencia la liberación física y mental del hombre de dicha labor. Se denomina automatismo al dispositivo físico que realiza esta función controlando su funcionamiento. TABLEROS ELECTRICOS DE AUTOMATIZACION A BASE DE RELES 1 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE Un tablero eléctrico de automatización constituido básicamente por equipos elec electro troma magn gnét ético icos s como como relé relés s de control, contadores, temporizadores, etc., es denominado tablero eléctrico conve convenci nciona onal. l. Esto Esto se debe debe a que estos tos equipo ipos, que gobierna rnan espec especialm ialmen ente te la lógica lógica,, datan datan de prin princi cipi pios os de sigl siglo. o. Sin Sin emba embarg rgo, o, estos estos equipo equipos s aún const constitu ituye yen n en muchas empresas el soporte para la auto automa mati tiza zaci ción ón de sus sus proc proces esos os indust industria riales les,, especi especialm alment ente e en los países en vías de desarrollo. Ventajas - La totalidad de sus componentes pueden ser adquiridas rápidamente. Su estudio, fabricación e instal instalaci ación ón está está muy difund difundido ido desde hace décadas. - La adaptación de los responsables del mantenimiento es rápida debido a que todo es conocido. - Es fácil encontrar personas para su instalación, mantenimiento y reparación. - Se enseña en todas las l as universidades, institutos técnicos y escuelas técnicas. - Existe gran cantidad de material de consulta bibliográfica para aprender su lógica. - No existe inconveniente en cuanto al lugar de su instalación, ya que todos los equipos son de ambientes industriales, salvo aquellas zonas donde puede existir fugas de gases explosivos. Desventajas - El costo de estos tableros es alto, incrementándose de acuerdo al tamaño del proceso a automatizar. - Generalmente ocupan mucho espacio. - Requiere mantenimiento periódico debido a que gran parte de sus componentes están constituidas por piezas móviles sujetas a desgaste. - Cuando se origina origina una falla es muy muy laborioso su identificación y reparación. reparación. - No son versátiles, puesto que solamente se le pueden utilizar para una determinada aplicación. - Con el tiempo disminuye su disponibilidad disponibilidad debido al incremento incremento de su probabilidad de fallar. - No es posi posibl ble e sens sensar ar seña señale les s de alta alta frec frecue uenc ncia ia,, teni tenién éndo dose se que que recu recurr rrir  ir  constantemente a la electrónica. - El consumo de energía es representativa representativa en tableros grandes. grandes. - No permite una comunicación comunicación directa entre entre todos sus componentes, componentes, siendo necesario necesario hacer hacer varia varias s modific modificaci acione ones s y adquir adquirir ir equipo equipos s de interf interface aces, s, elevan elevando do de esta esta manera su costo. EL PLC COMO ALTERNATIVA EN EL AUTOMATISMO 2 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE El PLC es la denomi denominac nación ión dada dada al Controlador Lógico Programable (Programma mmable Logic Con Contro trolle ller) y se defi defin ne como: como: Equipo Equipo electrónic electrónico o inte intelig ligen ente te dise diseña ñado do en base a microp microproc rocesa esador dores, es, que consta de unidades o módulos como Fuente de alime imentación, Unida idad central de proceso, Módulos de entrada, Módulos de salida y Módul Módulos os espec especiale iales, s, que que permiten recibir   inform informac ación ión de todos todos los sensores res y coman mandar  todos todos los actua actuador dores es del sistema a controlar, con la ventaja adicional de poder  agreg agregarl arle e otros otros módulo módulos s inteligent inteligentes es que permitan permitan el pre-pr pre-proc ocesa esamie miento nto de información y la comunicación respectiva. El PLC PLC se utiliz utiliza a para para autom automati atiza zarr sistem sistemas as eléctr eléctrico icos, s, electró electrónic nicos, os, neumát neumático icos s hidráulicos de control discreto o análogo. Las múltiples funciones que pueden asumir estos equipos de control se debe a la diversidad de operaciones a nivel discreto y análogo que maneja para realizar los programas lógicos sin la necesidad de contar con equipos adicionales. Es importante resaltar el bajo costo que representa un automatismo basado en PLCs comp compar arad ado o con con la adqu adquis isic ició ión n de una una seri serie e de equi equipo pos s para para un auto automa mati tism smo o convencional, de tal forma que puedan realizar las mismas funciones, tales como relés auxiliares, contadores, temporizadores, controladores, etc.  A las diversas ventajas que tiene el PLC respecto a la alternativa convencional, se suma la capacidad que tienen para integrarse con otros equipos a través de redes industriales de comunicación. Esta posibilidad cada día toma mayor aceptación en la indust industria ria,, por por el signifi significad cado o que tiene tiene la comun comunica icació ción n entre entre equip equipos os de tabler tableros os diferentes, acompañados de un costo adicional razonable. Estas son las razones razones que obligan a analizar, analizar, antes de tomar una decisión, decisión, cuando se requiere requiere automatiza automatizarr un sistema. sistema. Sin duda, hoy en día el PLC representa representa una buena buena alternativa como medio de una automatización moderna. EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE 3 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ACTUADORES SENSORES PLC OPERADOR 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. También se le puede definir como una “caja negra” en la que existen unos terminales de entrada a los que se conectarán pulsadores, finales de carrera, fotocélulas, detectores, etc.; unos terminales de salida a los que se conectarán bobinas de contactores, electroválvulas, lámparas, etc.; de tal forma que la actuación de estos últimos esté en función de las señales de entrada que estén activadas en cada momento, según el programa pr ograma almacenado. Esto Esto quiere quiere decir decir que los elemen elementos tos tradic tradicion ionale ales s como como relés relés auxili auxiliare ares, s, relés relés de enclavamiento, temporizadores, contadores, etc. son internos. La tarea del usuario se reduce reduce a realizar realizar el “programa”, “programa”, que no es más que la relación relación entre entre las señales señales de entrada que se tienen que cumplir para activar cada salida. Antecedentes El desafío constante que toda industria tiene planteado para ser competitiva ha sido el moto motorr impu impuls lsor or del del desa desarro rrollo llo de nuev nuevas as tecn tecnolo ologí gías as para para cons conseg egui uirr una una mayo mayor  r  productividad. Debido a que ciertas etapas en los procesos de fabricación se realizan en ambientes nocivos para la salud, con gases tóxicos, ruidos, temperaturas extremadamente altas o bajas, etc., unido a consideraciones de productividad, surge la necesidad de pensar en la posibilidad de dejar ciertas tareas tediosas, repetitivas y peligrosas a un ente al que no pudiera afectarle las condiciones ambientales adversas: había nacido la máquina y con ella la automatización. En consecuencia, surgieron empresas dedicadas al desarrollo de los elementos que hicieran posible tal automatización. Y debido a que las máquinas eran diferentes y 4 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE diver diversa sas s la mani maniob obra ras s a real realiz izar ar,, se hizo hizo nece necesa sario rio crea crearr unos unos elementos estándar que, mediante la combinación de los mismos, el usuario pudiera real realiz izar ar la secu secuen enci cia a de movi movimi mien ento tos s dese desead ada a para para solu soluci cion onar ar su prob proble lema ma de aplicación particular. Los relés, temporizadores, contadores, etc. fueron y son los elementos con los que se cuenta para realizar el control de cualquier máquina. Y debido a la constante mejora de la calidad de estos estos elementos elementos y a la demanda demanda del mercado, mercado, que exigía mayor y mejor  calidad en la producción, se fue incrementando el número de etapas en los procesos de fabricación controlados de forma automática. Luego, comenzaron a aparecer los problemas: los armarios de maniobra o cajas donde se colocaban el conjunto de relés, temporizadores, etc., constitutivos de un control, se hacía hacían n cada cada vez más y más grande grandes. s. La probab probabilid ilidad ad de averí avería a era enorme enorme;; su localización, larga y complicada; el stock que el usuario se veía obligado a soportar era numeroso; y el costo del mismo se incrementaba cada vez más. Finalmente, el desarrollo tecnológico que trajeron los semiconductores primero, y los circuitos integrados después, intentaron resolver el problema sustituyendo las funciones realizadas mediante relés por funciones realizadas con compuertas lógicas de estado sólido. Con estos estos nuevos elementos se ganó en fiabilidad y se redujo redujo el problema de espacio, espacio, pero no así la detección detección de averías ni el problema problema de mantenimiento mantenimiento de un stock. De todas maneras subsistía un problema: la falta de flexibilidad de los sistemas. Debido a las constantes modificaciones que las industrias se veían obligadas a realizar  en sus instalaciones para la mejora de la productividad, los armarios de maniobra tenían que ser cambiados, con la consiguiente pérdida de tiempo y el aumento del costo que ello producía. En 1968, 1968, las empre empresas sas Ford Ford y Genera Generall Motors Motors impusi impusiero eron n a sus proveed proveedore ores s de autom automati atismo smos s unas unas especi especifica ficacio ciones nes para para la realiza realizació ción n de un sistem sistema a de contro controll electró electrónic nico o para para máquin máquinas as TRANSF TRANSFER. ER. ¡Los ¡Los equipo equipos s tenían tenían que ser ser fácilme fácilmente nte programables, sin recurrir a los computadores industriales que ya estaban en servicio en la industria!  A medio camino, entre el desarrollo de los microcomputadores y la lógica cableada, aparecen los primeros modelos de Autómatas, también llamados controladores lógicos programab programables. les. Limitados Limitados originalme originalmente nte a los tratamiento tratamientos s de lógica lógica secuencia secuencial, l, los autómatas se desarrollaron rápidamente, y actualmente extienden sus aplicaciones al conjunto de sistemas de control de máquinas m áquinas y procesos industriales. Los PCs están comenzando a reemplazar al PLC en algunas aplicaciones; incluso la compañía que introdujo el Modicon 084 ha cambiado al control basado en PCs. Por lo tanto, no sería de extrañar que en un futuro no muy lejano el PLC desaparezca frente a la cada vez más potente PC, debido a las posibilidades que pueden proporcionar. Campos de aplicación Un PLC suele emplearse en procesos industriales que tengan una o varias de las siguientes necesidades: - Espacio reducido 5 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE Procesos de producción periódicamente cambiantes - Procesos secuenciales - Maquinaria de procesos variables - Instalaciones de procesos complejos y amplios - Chequeo de programación centralizada de las partes del proceso. Aplicaciones generales - Maniobra de máquinas - Maniobra de instalaciones - Señalización y control. Ventajas del PLC Menor costo Las razones que justifican una mayor economía en la alternativa del uso del PLC, espe especia cialme lment nte e en aplic aplicac acio ione nes s comp comple leja jas, s, se da porq porque ue pres presci cind nde e del del uso uso de disp dispos osit itiv ivos os elec electr trom omec ecán ánic icos os y elec electr trón ónic icos os,, tale tales s como como relé relés s auxi auxililiar ares es,, temporizadores, contadores, algunos controladores, etc. Puesto que tales dispositivos se encuentran integrados en el PLC, solamente se necesita que sean programados, sin necesidad de realizar una inversión adicional. El costo que implicaría invertir en estos equipos convencionales convencionales es muy superior al del propio PLC. Menor espacio Un tablero de control que gobierna un sistema automático mediante un PLC es mucho más más compa compact cto o que que si lo hici hicier era a medi median ante te disp dispos osit itiv ivos os conv conven enci cion onal ales es (relé (relés, s, temporizadores, contadores, controladores, etc.). Esto de debe a que el PLC está en capac capacida idad d de asumir asumir todas todas las funcio funciones nes de contro controll neces necesaria arias. s. La difere diferenci ncia a de espacio se hace muy notable cuando se cuenta con varios tableros de control. Confiabilidad  La probabilidad de que un PLC pueda fallar por razones constructivas es insignificante, excep exceptua tuando ndo errore errores s human humanos os que puedan puedan surgir surgir en alguna algunas s partes partes vulne vulnerab rables les (módulos de salida). Esto se debe a que los fabricantes realizan un riguroso control de calidad, permitiendo que llegue al cliente un óptimo producto. Además, dado que sus componentes son de estado sólido con pocas partes móviles, los PLCs se hacen partícipes de una inherente y elevada confiabilidad. Versatilidad  La vers versat atililid idad ad de esto estos s equi equipo pos s radi radica ca en que que es posi posibl ble e real realiz izar ar gran grande des s modific modificac acion iones es en el funcio funcionam namien iento to del sistem sistema a automá automático tico contr controla olado, do, con con sólo sólo realizar un nuevo programa y mínimos cambios en el cableado. Además, es importante resalta resaltarr que el tiempo tiempo emple emplead ado o en realiz realizar ar tales tales modifi modificac cacion iones es es insign insignifi ifican cante te comparado con el que se emplearía en un automatismo convencional. Poco mantenimiento Por su constitución -son bastante compactos con respecto a la cantidad de trabajo que pueden realizar- y porque cuenta con muy pocos componentes electromecánicos, no requieren de un mantenimiento periódico, sino sólo lo necesario para mantenerlo limpio y con sus terminales ajustados a los conductores de control o de puesta a tierra. Fácil instalación 6 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE Debido a que el cableado de los dispositivos de entrada como los de salida se realizan de la misma forma y de la manera más simple -y que no se precisa de mucho cableado- su instalación resulta sumamente sencilla en comparación con la lógica convencional que sí requiere de conocimientos técnicos calificados. Compatibilidad con dispositivos sensores y actuadores  Actualmente las normas establecen establecen que los sistemas y equipos sean diseñados bajo un modelo abierto, de tal manera que para el caso de los PLCs, éstos puedan fácilmente conectarse con cualquier equipo sin importar la marca ni procedencia. Hoy en día, casi todas las marcas de PLCs están diseñadas di señadas bajo este modelo. Integración en redes industriales El avan avance ce acel acelera erado do de las las comun comunic icac acio ione nes s conl conlle leva va a que que los los PLCs PLCs teng tengan an la capacidad de comunicarse, vía una red LAN, entre ellos y con otros equipos, para de este modo trabajar en sistemas jerarquizados o distribuidos, lo que permitirá un mejor  trabajo en los niveles técnicos y administrativos de la planta. Detección de fallas La detección de una falla resulta sencilla porque dispone de LEDs indicadores de diagnóstico, tales como: estado de la CPU, batería, terminales de E/S, etc. Además, medi median ante te el módu módulo lo de prog progra rama maci ción ón,, se pued puede e acce accede derr al modo modo diná dinámi mico co del del programa en representación gráfica, o también recurrir a la memoria de errores ubicada en la CPU del PLC. Fácil programación Prog Progra rama marr los los PLCs PLCs resu result lta a fáci fácill por por la senc sencililla la razó razón n que que no es nece necesa sari rio o cono conoci cimie mient ntos os avan avanza zado dos s en el mane manejo jo de PCs. PCs. Sola Solame ment nte e es sufi sufici cien ente te tene tener  r  conceptos básicos de las PCs. Por otro lado, existen diversas representaciones de programación donde fácilmente el usuario se adapta a la representación con la que mejor se familiarice. Sus instrucciones y comandos son transparentes y entendibles, requiriendo poco tiempo para lograr ser un experto. Menor consumo de energía Como es de conocimie conocimiento nto general, general, cualquier cualquier equipo electromec electromecánico ánico y electrónic electrónico o requiere de un consumo de energía para su funcionamiento, siendo dicho consumo representativo cuando se tiene gran cantidad de ellos. Sin embargo, el consumo del PLC es muy pequeña que con el tiempo se traduce en un ahorro sustancial. Lugar de instalación Por Por las caract caracterí erísti sticas cas técnic técnicas as que presen presenta ta en cuanto cuanto a los requis requisito itos s que debe debe cump cumplir lir para para su inst instal alac ació ión, n, tale tales s como como nive nivell de temp temper erat atur ura, a, hume humeda dad, d, ruid ruido, o, variaciones de tensión, distancias permisibles, etc., fácilmente se encuentra un lugar en la planta en donde instalarlo, aún en ambientes hostiles. Inconvenientes del PLC  Adiestramie  Adiest ramiento nto de de técnicos técnicos Hace falta falta un programad programador, or, lo que obliga a adiestrar adiestrar a uno de los trabajadores trabajadores en tal sentido. Costo 7 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE Este es otro factor importante, como el coste inicial, que puede ser o no un inconveniente, según las características del automatismo en cuestión. Dado que el PLC PLC cubr cubre e vent ventaj ajos osam amen ente te un ampli amplio o espa espaci cio o entr entre e la lógi lógica ca cabl cablea eada da y el microprocesador, es preciso que el proyectista lo conozca tanto en su amplitud como en sus limitaciones. Por tanto, aunque el coste inicial debe ser tenido en cuenta a la hora de decidirnos por uno u otro sistema, conviene analizar todos los demás factores para asegurarnos de una decisión acertada. COMPARACION TECNICA-ECOMOMICA DE AUTOMATIZACIONES  A continuación se hace una comparación de los costos aproximados para un supuesto caso caso de requ requer erim imie ient nto o de inve invers rsió ión n para para auto automa mati tiza zarr un sist sistem ema a emple emplean ando do la alternativa de un automatismo convencional (por relés) y un automatismo por lógica programada (por PLCs). Supo Supong ngam amos os que que se dese desea a auto automa mati tiza zarr una una plan planta ta indu indust stri rial al,, comp compue uest sto o de arrancadores directos, estrella-triángulo, resistencias rotóricas, mandos secuenciales, etc., donde es necesario para su automatización los equipos detallados en las tablas 1 y 2. Es impo mporta rtante nte seña señala larr que que sola solame ment nte e se ha consid nside erado rado los los equip quipo os repres represent entati ativos vos en el costo total, total, no figurando figurando otros, otros, tales tales como: como: conduc conductor tores es,, terminales, canaletas, cintas de amarre, pernos, etc. Tabla 1 Requerimiento de equipos equipos para un sistema sistema automatizado por por relés N° Descripción Cantidad 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Contactor Relé térmico Relé auxiliar Temporizador (On Delay) Contador electromecánico Pulsador NA/NC Selector Seccionador Lámpara de señalización Fusible y portafusible Transformador aislador 220/220V Tablero 2200 x 1000 x 500 mm 100 47 52 47 3 36 10 16 24 140 3 3 Costo US$ Unitario Total 60 6000 70 3290 25 1300 80 3760 40 120 15 540 20 200 40 640 18 432 25 3500 150 450 800 2400 TOTAL 22 632 La zona sombreada de la Tabla 1 indica los equipos que no se requieren o que son necesarios en una cantidad inferior cuando se considera la opción de automatismo por PLC, ya que los l os dispositivos de lógica vienen integrados en el PLC. Observe que los equipos que proporcionan las señales de entrada (sensores), los equipos que proporcionan las señales de salida (actuadores) y otros, como los de prot protec ecci ción ón,, son son los los mism mismos os para para amba ambas s alte altern rnat ativ ivas as de auto automa mati tiza zaci ción ón.. Por  Por  consiguiente, la evaluación de los costos variables representados por los dispositivos de lógica, cantidad de transformadores aisladores y cantidad de tableros, representa una diferencia de US $ 3930 de ahorro, un 17% aproximadamente del monto total para 8 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE este caso en particular. Los márgenes de ahorro pueden ser mayores para algunos sistemas de regulación tales como los controladores, que también pueden ser asumidos por el PLC. Tabla 2 Requerimiento de equipos equipos para un sistema sistema automatizado por por PLC N° 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Descripción Cantidad PLC Contactor Relé térmico Pulsador NA/NC Se Selector Seccionador Lámpara de señalización Fusible y portafusible Transformador aislador 220/220V Tablero 1000 x 500 x 200 mm 1 100 47 36 10 16 24 140 1 1 Costo US$ Unitario Total 3500 3500 60 6000 70 3290 15 540 20 200 40 640 18 432 25 3500 150 150 150 150 TOTAL 18 402 Por Por otro otro lado lado,, desd desde e el punt punto o de vist vista a técn técnic ico, o, adem además ás de reem reempl plaz azar ar relé relés, s, temporizadores, contadores, etc., un PLC puede proporcionar otras funciones que no podría podría realizarse realizarse con lógica convencio convencional, nal, lo que permite automatiza automatizarr sistemas muy complejos. En conclusión, el uso del PLC permite ventajas técnicas y económicas inclusive en sistemas no muy complejos, donde el nivel de ahorro lo determina el sistema, siendo mayor cuando es necesario utilizar muchos dispositivos de lógica convencional.  Además, entre otras ventajas, tenemos: fácil diagnóstico ante fallas, poco mantenimiento, reducido espacio para su instalación, poco cableado, etc. ESTRUCTURA ESTRUC TURA BASICA DE UN PLC La estructura básica del hardware de un controlador programable propiamente dicho está constituido por: - Fuente de alimentación - Unidad de procesamiento central (CPU) - Módulos o interfases de entrada/salida (E/S) - Memoria - Unidad de programación - Periféricos - Interfaces En algunos casos, cuando el trabajo que debe realizar es muy exigente, se incluyen a módulos inteligentes. inteligentes. En la siguiente figura se muestra muestra un diagrama de bloques de la estructura básica de un automatismo gobernado por PLC. 9 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE TRANSDUCTORES PR OC ESO A CT UA D ORES PLC  INTERFASES DE ENTRADA uP INTERFASES DE SALIDA MANDO DE POTENCIA DIÁLOGO HOMBRE / MAQUINA Respecto a su disposición externa, los autómatas pueden contener varias de estas secciones en un mismo módulo o cada una de ellas separadas por diferentes módulos. ESTRUCTURA EXTERNA El término estructura externa se refiere al aspecto físico exterior del mismo, bloques o elementos en que está dividido, etc. Desde su nacimiento y hasta nuestros días han sido varias las estructuras y configuraciones que han salido al mercado condicionadas no sólo por el fabricante del mismo, sino por la tendencia existente en el área al que pertenece: europea o norteamericana. Cuando los fabricantes diseñan sus equipos, no lo hacen pensando en la necesidad específica del cliente; esto es, para una determinada aplicación de un proceso. En consecuencia, es el cliente quien tiene la responsabilidad de seleccionar el equipo para sus necesidades. Sin embargo, los fabricantes aplican criterios técnicos y económicos para lograr una flexibilidad en el uso del PLC en lo que respecta al hardware. Es decir, exis existe ten n equi equipo pos s que que sati satisfa sface cen n pequ pequeñ eñas as aplic aplicac acio ione nes s y equi equipo pos s para para gran grande des s aplicaciones, donde se manejan miles de E/S discretas, cientos de señales análogas y hasta unidades remotas. Por lo tanto, es importante conocer las diferentes configuraciones existentes de PLCs, así como sus bondades para una buena adaptación al proceso a controlar, a fin de lograr una óptima selección en tecnología y economía. 10 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE Configuración compacta Se denomina así a los PLCs que reúnen en el poco espacio de su construcción la estructura básica del hardware de un controlador programable, tales como la fuente de alimentación, la CPU, la memoria y las interfases de E/S. Las principales ventajas que presentan estos PLCs compactos, denominados por su tamaño minicontroladores o microcontroladores, son: - Son económico económicos s dentro dentro de su variedad. - Ocupan un menor menor espacio. espacio. - En algunas marcas se cuenta con una fuente destinada para alimentar  las entradas discretas y análogas. - Su programac mación ión es bastante sencilla. - Pueden control rolar lógica icamen mente pro proceso cesos s de alarm larma as, con conteo teos rápido rápidos, s, así como como aquell aquellos os donde donde se requieran funciones como regulación, posicionamiento, etc. - No se requ requie iere re de cono conoci cimie mient ntos os profundos para su selección. - Es de fácil instalación. instalación. - Soportan contingencias extremas de funcionamiento tales como tempe temperat ratura uras s (de hasta hasta 60°C), 60°C), fluctuaciones de tensión, vibraciones mecánicas, humedad, etc.  Actualmente se diseñan equipos de tamaño reducido pero con características de funcionamiento cada vez más completos, tales como el Nano PLC de Telemecanique, Micrologix 1000 de Allen Bradley, D50 de Cutler Hammer, TWIDO de Schneider, S7 200 de Siemens, Siemens, etc. Por otro lado, su bajo costo les permite permite ser los más solicitados solicitados del mercado, mercado, utilizándo utilizándose se inclusive inclusive en viviendas viviendas inteligent inteligentes. es. Algunos Algunos especialis especialistas tas consideran que esta configuración es rentable cuando remplazan a unos 5 relés. Su uso radica en aplicaciones simples y en numerosos sectores, tales como: - Mando de arrancadores de motores - Mando de electrobombas - Máquinas de embolsado - Mando de compuertas - Centros de formación - Calefacción, climatización, ventilación - Embotelladoras - Transporte - Túneles de lavado - Domótica - Sistemas automáticos de equipos, etc. 11 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE Tabla 3. configuración compacta MARCA SIEMENS (Simatic) PAIS ALEMAN KLOKNER MOELLER ALLEN BRADLEY USA Valores res comparativo ivos de 4 mar marcas de PLCs en SERIE CAPACIDAD DE MEMORIA (Kb) S7-200 4 0,8 S5-95U 16 2 S5-90U 4 2 TI 305 0,7 43 SUCOS PS3 3,6 5 SLC-100 1,77 15 SLC-500 1 10 TSX07 TELEMECANIQUE FRANCES SCAN TIME* (ms/Kb) 6 TSX17-10 8 5 TSX17-20 24 12 * Tiempo de ejecución en promedio para 1K de instrucciones de aproximadamente 65% de operaciones binarias y 35% de operaciones tipo palabra. Configuración modular  Esta configuración se caracteriza por su modularidad, esto es, que pueden ser armados de acuerdo a las necesidades, lográndose una mayor flexibilidad. En consecuencia cada configuración es diferente, al igual que cada tarea de automatización. Cuando se decide instalar instalar controladores controladores modulares, modulares, hay que seleccionar cada cada uno de sus componentes empezando en primer lugar por la CPU que varía de acuerdo con la capac capacida idad d de memori memoria a del usuari usuario, o, tiempo tiempo de ejecuc ejecución ión y softw software are reque requerido rido.. En segundo lugar hay que tener presente el tipo y cantidad de módulos de E/S digitales y anál análog ogas as,, módu módulo los s inte intelilige gent ntes es,, etc. etc. de acue acuerd rdo o a los los requ requer erim imie ient ntos os de la automatización. En tercer lugar hay que seleccionar la fuente de alimentación según la poten potencia cia que consu consumen men la CPU, CPU, los módulo módulos s de E/S, E/S, los perifé periférico ricos, s, los módulo módulos s futu futuro ros, s, etc. etc. Fina Finalme lment nte, e, hay hay que que cons consid ider erar ar el tama tamaño ño del del rack rack,, cono conocie ciend ndo o de antemano todos los módulos involucrados y las expansiones futuras. Las ventajas y desventajas de la configuración modular son: 12 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE - Son Son más más caro caros s que que los los compa mpactos tos y varí varía an de acue cuerdo rdo a la configuración del PLC. - Las ampliaciones van de acuerdo con las necesidades, por lo general en cuanto se refiere a módulos de E/S discreto o análogo. - En caso de avería puede aislarse el problema, cambiando el módulo averiado sin interrupción de las demás. - Utiliza mayor espacio que los compactos. - Su mantenimiento requiere de mayor tiempo. Tabla 4. Valores comparativos de 3 marcas marcas de PLCs en configuración configuración modular  MARCA SIEMENS (Simatic) PAIS DE ORIGEN ALEMAN  ALLEN BRADLEY SERIE S5-100U SLC-500 USA GENERAL ELECTRIC 90-30 CPU CAPACIDAD DE MEMORIA (Kb) SCAN TIME* (ms/Kb) 103 20 10 102 4 15 100 2 75 5/03 24 1 5/02 4 4,8 5/01 4 8 341 80 0,3 334 16 0,4 313/323 6 0,6 * Tiempo de ejecución en promedio para 1K de instrucciones de aproximadamente 65% de operaciones binarias y 35% de operaciones tipo palabra. Las Las apli aplica caci cion ones es que que se pued pueden en desa desarro rrolla llarr con con esto estos s tipo tipos s de PLCs PLCs son son más más versátiles, y van desde pequeñas tareas como las del tipo compacto, hasta procesos muy sofisticados. Configuración compacto-modular  La configuración compacto-modular está constituida básicamente por un PLC compacto con expansiones de E/S discretas o análogas, módulos inteligentes, etc. El uso de las expansiones se debe a que la unidad básica que contiene a la CPU está diseñada gener generalm almen ente te con pocas pocas E/S, E/S, de modo modo que, que, cuando cuando la aplica aplicació ción n a automa automatiza tizar  r  cont contie iene ne much muchos os capt captad ador ores es y actu actuad ador ores es,, es nece necesa sario rio ampl amplia iarr el cont contro rola lado dor  r  utilizando solamente módulos de E/S gobernados por la misma CPU. 13 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE Esta configuración se destaca por las siguientes características: - Son más económicos que los PLCs de tipo modular  - La selección es sencilla ya que la CPU está seleccionada - Soportan contingencias extremas de funcionamiento - Su prog progra rama maci ción ón es senc sencililla la,, dond donde e sola solame ment nte e se debe debe tene tenerr en cuen cuenta ta el direccionamiento de las instrucciones según la unidad de extensión referida. ESTRUCTURA INTERNA I / O BUS Memoria de Programa Fuente de Alimentación Circuitos de I/O Procesador  Memoria de Datos Fuente Externa IN 14 OUT AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE Los Los autó autóma mata tas s prog progra rama mable bles s se comp compon onen en esen esenci cial alme ment nte e de tres tres bloques: la sección de entradas (I), el procesador (unidad central de procesos) y la sección de salidas (O), tal y como se representa en la siguiente figura. Fuente de alimentación La función de la fuente de alimentación en un controlador programable es suministrar la energía eléctrica a la CPU y demás tarjetas según la configuración del PLC. La fuente, en una configuración modular del PLC, ocupa generalmente el primer lugar  de izquierda a derecha en el bastidor central, y está diseñada a base de componentes eléctricos y electrónicos. Su objetivo fundamental es transformar la tensión alterna de la red en tensión continua, en niveles compatibles que garanticen el funcionamiento del hardware del controlador. Como Como valore valores s refere referenci nciale ales s se indica indican n a conti continua nuació ción n alguno algunos s nivele niveles s de tensió tensión n suministrados por una fuente de alimentación de una marca determinada: +5V +5,2V +24V para alimentar a todas las tarjetas para alimentar al programador  para los canales de lazo de corriente de 20mA. Todas las fuentes están protegidas contra sobrecargas mediante fusibles que pueden ser reemplazados fácilmente en caso de avería. Los fabr fabric ica ante ntes de estos tos equip quipo os lo dis diseñan ñan gene genera ralm lme ente nte con dife iferent rente es características en cuanto a nivel de tensón y capacidad de corriente. La elección de la fuente apropiada dependerá básicamente de la complejidad y magnitud del controlador  para manejar un determinado número de tarjetas de E/S, tarjetas de comunicación, etc. Por Por consi consigui guient ente, e, para para selecc seleccion ionar ar la fuente fuente alimen alimentac tación ión adecua adecuada da es import important ante e conocer la potencia de todas las tarjetas involucradas y prever expansiones futuras. Unidad Central de Procesos La Unidad Central de Procesos (Central Processing Unit) es el auténtico cerebro del sistema. sistema. Es la parte más compleja e imprescind imprescindible ible del controlado controladorr programab programable. le. Se encarga de recibir las ordenes del operario, por medio de la consola de programación, y del modulo de entradas. Posteriormente las procesa para enviar respuestas al módulo de salidas. En su memoria se encuentra encuentra residente el programa destinado destinado a controlar el proceso. La unidad central está diseñada a base de microprocesadores y memorias. Contiene una una unid unidad ad de cont contro rol, l, la memo memori ria a inte intern rna a del del prog progra rama ma RAM, RAM, tempo tempori riza zado dore res, s, contadores, memorias internas tipo relé, imágenes im ágenes del proceso de E/S, etc. Su misión es leer los estados de las señales de entrada, ejecutar el programa de control y gobernar las salidas. El procesamiento es permanente y lo realiza a gran velocidad. Una de sus funciones es, antes de la elaboración del programa, depositar los estados de señal de todas las entradas en una memoria denominada imagen imagen del   proceso de entradas; asimismo, otra de sus funciones es, durante la ejecución del programa, guardar los resultados de las combinaciones en otra memoria denominada imagen del proceso de salidas. 15 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE  Al igual que para las computadores, la CPU puede clasificarse de acuerdo a su capacidad de memoria, las funciones que puede realizar y la velocidad de procesamiento. El tiempo de lectura del programa está en función del número y tipo de instrucciones y, por lo general, es del orden de los milisegundos. Este tiempo tan pequeño significa que cualquier modificación del estado de una entrada genera casi instantáneamente una señal de salida. La mayoría de los fabricantes dan a conocer, en sus especificaciones técnicas de la CPU, la velocidad de procesamiento en unidades de milisegundos por kilobyte (ms/Kb), denominándolo Scan time del procesador. procesador. Lógicamente, este este parámetro dependerá del del tipo de instrucciones que contiene el programa. Esto significa que es muy diferente escanear operaciones del tipo binario que operaciones del tipo palabras. En algunos casos, consideran porcentajes de cada uno de ellos para indicar el scan time. Así, por  ejemplo, un PLC Simatic S5 – 115U con CPU 944 utiliza 1,6 ms de scan time por 1 kilobyte de instrucciones binarias y 3 ms por 1 kilobtyte, en promedio, de instrucciones con el 65% del tipo binario y 35% del tipo palabra, aproximadamente. 16 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE Imagen o estado de las entradas 0ó1 Entradas Elaboración de las instrucciones del programa Ejecución del estado de las salidas 0 ó 1 Entradas Scanning El ciclo básico de trabajo en la elaboración del programa por parte de la CPU es el siguiente:  Antes de iniciar el ciclo de ejecución, el procesador, a través del bus de datos, consulta el estado 0 ó 1 de la señal de cada una de las entradas y las almacena en los registros de la memoria de entradas, esto es, en la zona de entradas de la memoria de la tabla de datos. Esta situación se mantiene durante todo el ciclo del programa. A continuación, el procesador accede y elabora las sucesivas instrucciones del programa, realizando las conc concat aten enac acio ione nes s corre corresp spon ondi dien ente tes s de los los oper operan ando dos s de esta estas s inst instru rucc ccio ione nes. s. Seguidamente asigna el estado de señal a los registros de las salidas de acuerdo a la concatenación anterior, indicando si dicha salida ha o no de activarse, situándola en la zona de salida de la tabla de datos.  Al final del ciclo, una vez concluida la elaboración del programa, asigna los estados de las las seña señale les s de entra entrada da a los los termi termina nale les s de entr entrad ada a y los los de salid salida a a las las salid salidas as,, ejecutando el estado 0 ó 1 en estas últimas. Esta asignación se mantiene hasta el final del siguiente ciclo, en el que se actualizan las mismas. 17 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE Dada la velocidad con que se realiza cada ciclo, del orden de 5 a 10 milisegundos por cada 1024 instrucciones, se puede decir que las salidas se ejecutan en función de las variables de entrada prácticamente en tiempo real. Módulo de entradas  A este módulo se unen eléctrica eléctricamente mente los captadore captadores s (interruptores res, fina inales de carrer carrera, a, pulsa pulsador dores, es, etc.). etc.). La inform informaci ación ón recibi recibida da en él es envia nviada da a la CPU para ara ser  ser  proc proces esad ada a de acue acuerd rdo o a la programación residente. Se pueden diferenciar diferenciar dos tipos de captadores captadores conectables al módulo de entradas: entradas: los Pasivos y los Activos. Los Captadores Pasivos son aquellos que cambian su estado lógico, activado - no activado, por medio de una acción mecánica. Estos son los Interruptores, pulsadores, finales de carrera, etc. Captadores Activos son Los dispositivos elect lectró róni nico cos s que que necesitan ser   alime imentados por  una ten tensió sión para que varíen su estado lógico. Este es el caso de los los difere diferente ntes s tipos tipos de detectores detectores (Inductivo (Inductivos, s, Capacitivo Capacitivos, s, Fotoeléct Fotoeléctricos, ricos, etc). Muchos Muchos de estos estos aparatos aparatos pueden ser alimentados por la propia fuente de alimentación del autómata. Los Los módul módulos os de entrad entrada a transf transform orman an las señale señales s de entrad entrada a prove provenie niente ntes s de los captadores, que se transmiten hacia el controlador, a niveles permitidos por la CPU. Mediante el uso del optoacoplador, los los módulo dulos s de entra trada aísla íslan n eléctricamente las señales externas de la sección lógica del controlador, protegiéndola a ésta contra tens tensio ione nes s pelig peligro rosa same ment nte e alta altas, s, ruidos eléctricos y señales parásitas. Los módulos de entrada son fácilmente identificables, ya que se cara caract cter eriza izan n físic físicam amen ente te por por sus sus bornes para acoplar los dispositivos de entradas, por su numeración, y 18 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE por su identificación INPUT o ENTRADA. Llevan además una indicación luminosa de activado por medio de un diodo LED. a) Mód Módulo uloss de entr entrada ada dis discre creta ta Corresponden a una señal de entrada de todo o nada, esto es, a un nivel de tensión o ausencia de la misma. La siguiente figura representa el esquema simplificado de una inte interf rfas ase e de entr entrad ada a disc discre reta ta en el que que dest destac aca, a, como como elem elemen ento to prin princi cipa pal, l, el optpoacoplador. Se usan como interfase entre los captadores y la CPU del PLC. Estos captadores son los encargados de la adquisición de datos del sistema, que para este caso deben ser  del tipo discreto. Estos captadores tienen la característica de comunicar dos estados lógicos: activado o desactivado, o lo que es lo mismo, permitir el paso o no de la señal digi digita tall (1 ó 0). 0). Esto Estos s capt captad ador ores es disc discre reto tos s pued pueden en ser ser a su vez vez del del tipo tipo manu manual al (pulsadores, conmutadores, selectores, etc.) o del tipo automático (finales de carrera, detectores de proximidad, interruptores de nivel, etc.) Estos módulos están diseñados mediante una estructura de 4 funciones operacionales para el sistema del controlador, que son: - Adquisición: Consiste en el cableado de los captadores desde la máquina o proceso hacia el módulo de entrada. - Acondicionamiento de la señal: Establece los niveles de tensión de entrada de la máquina a niveles lógicos convenientes, mediante resistencias limitadoras o puentes rectificadores para el caso en que la adquisición sea en alterna. - Señalización: Se disponen de indicadores luminosos (LEDs) que permiten la función de diagnóstico más rápido. La tensión para el indicador puede provenir del sistema o del mismo controlador. - Aislamiento: Las señales son aisladas eléctrica y físicamente mediante dispositivos electrónicos optoacopladores. optoacopladores. Todos Todos los módulo módulos s tienen tienen tambié también n circui circuitos tos de filtrad filtrado o que suprime suprimen n las señal señales es parásitas perjudiciales al funcionamiento del controlador. En la figura anterior se puede 19 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE visu visual aliz izar ar las las 4 func funcio ione nes s oper operac acio iona nale les: s: se empi empiez eza a por por la adqu adquis isic ició ión n de seña señal, l, lueg luego o es acon acondi dici cion onad ada a por por un rect rectif ifica icado dorr o resi resist sten enci cia a limi limita tado dora ra,, en segu seguid ida a se seña señaliliza za medi median ante te un LED LED y fina finalm lmen ente te se acop acopla la ópticamente. Obsérvese también que se cuenta con un filtro R-C. En los módulos de entrada discreta AC se incluye una etapa previa de rectificación. Principio de funcionamiento Tal y como se observa en la siguiente figura y en el caso del contacto cerrado “b”, sucede que queda aplicada la tensión de la batería al elemento interno del autómata (designado por el símbolo de rectángulo en negrita) lo que desencadena una señal hacia el circuito de control de entrada del autómata. Por el contrario, el contacto “a” no ocasiona fenómeno alguno al estar éste en posición de abierto. En el caso de que la  b a 24V 0 V 1 2 3 4 n Circuitos internos de entrada señal que se va a aplicar a la entrada sea de tipo analógico, la entrada ha de ser del mismo mismo tipo. tipo. En este este tipo tipo de entrad entradas as exist existe e un circu circuito ito analóg analógico ico/di /digit gital al A/D, A/D, que transforma dichas señales en digitales, ya que éste es el lenguaje que entiende el procesador. Dos son los tipos de captadores posibles desde el punto de vista de la tensión: - Captadores libres de tensión - Captadores con tensión Conexionado de captadores libres de tensión Los captadores sin tensión que se pueden conectar a un autómata pueden ser de varios tipos y, entre otros, se podría citar a los siguientes: pulsadores, interruptores, finales de carrera, contactos de relés, etc. 20 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE En la siguiente figura se puede observar su forma de conexión. 0 24V 0 V 0 1 1 4 3 2 Entrada s 1 n Conexionado de captadores con tensión Los elementos de este tipo pueden ser: detector de proximidad, célula fotoeléctrica, senso sensorr de caudal caudal,, senso sensorr de nivel, nivel, senso sensorr de temper temperatu atura, ra, etc. etc. Al elegir elegirlos los en el mercado, lo haremos de tal forma que su tensión de trabajo coincida con la tensión de  _  + Entrada s 24V 0 V 1 2 3 4 n entrada al autómata, en nuestro caso 24 VDC. En la siguiente figura se puede observar  la disposición del conexionado de este tipo de entrada al canal 4. b) Módulos de entrada analógica Cuando la magnitud que se acopla corresponde a una medida de, por ejemplo, presión, temperatura, velocidad, etc., esto es, a una señal analógica, es necesario disponer de este tipo de módulo de entrada. 21 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE Su prin princ cipio ipio de funcionamiento se basa en la conversión de la señal analógi lógica ca a códig digo bina inario rio mediante un convertidor  anal analóg ógic icoo-di digi gita tall (A/D (A/D). ). Los Los módulos de entrada analógica son son tarjet tarjetas as electró electrónic nicas as que tienen como función digitalizar  las las seña señale les s anal analóg ógic icas as para para que puedan ser procesadas por  la CPU. Estas señales analógicas, que varían cont contin inua uame ment nte, e, pued pueden en ser  ser  magnitu magnitudes des de tempe temperat ratura uras, s, presiones, tensiones, corrientes, etc. Estos Estos módulos módulos están están constituido constituidos s generalme generalmente nte por un convertido convertidorr análogo-dig análogo-digital ital (ADC) y un multiplexor. Además, según su diseño, puede conectársele un número determinado de sensores analógicos. A sus terminales de conexión se les conoce también como canales. Existen tarjetas de 4, 8, 16 y 32 canales de entrada analógica. El principio de funcionamiento de este módulo consiste, en su primera etapa, en la adqui adquisic sición ión de la inform informaci ación ón analóg analógica ica del del proces proceso o vía los senso sensores res de entra entrada da,, teniendo presente el tipo de señal física que se desea procesar. Un ejemplo de tal sensor es la termocupla, la misma que puede ir conectada en cualquier canal del módulo analógico. En una segunda etapa entra a tallar el multiplexor. El multiplexor hace las veces de un conmutador para seleccionar un canal al cual está conectado un captador analógico cuya cuya seña señall se dese desea a proc proces esar ar.. Una Una vez vez esco escogi gida da la seña señal, l, ésta ésta se trans transmit mite e al conve convertid rtidor or análog análogo-d o-digi igital tal (ADC). (ADC). El conve convertid rtidor or análog análogo-d o-digi igital tal se encarg encargará ará de digitalizar la señal, la misma que estará en función del nivel de la señal analógica. Finalmente, esta información es transmitida al controlador para ser depositada en una memoria denominada imagen del proceso de entrada , para que pueda ser accesada por el programa del usuario. Es importante señalar que cualquier magnitud analógica que se desea procesar vía los módulos de entrada analógica, tiene que estar representada por una señal de tensión, corriente o resistencia. Este trabajo es realizado por el mismo captador o a través de un transductor. Los módulos analógicos se distinguen por el tipo de señal que reciben, pudiendo ser  éstas de tensión (V) o de corriente (mA), las mismas que se han de encontrar dentro de ciertos rangos estandarizados, que son: - Señal de corriente: 0 a 20mA, 4 a 20mA, -10 a +10mA - Señal de tensión: 0 a 10V, 0 a 5V, 0 a 2V, -10 a +10V 22 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE La vent ventaj aja a de trab trabaj ajar ar con con seña señale les s de corr corrie ient nte e radi radica ca en que que no presentan los problemas del ruido eléctrico y la caída de tensión. Por último, en lo que respecta a la calidad de la lectura de la información, estos módulos se caracterizan por dos parámetros importantes: - La resolución: Se refiere a la cantidad de bits que utiliza el convertidor A/D para representar el valor analógico, lo que significa que, a mayor número de bits, existirá mayor precisión. Las resoluciones típicas son de 8, 12 y 16 bits. - El tiemp tiempo o de escr escrut utin inio io:: Resu Resulta lta obvi obvio o que que si se real realiza iza un mayo mayorr núme número ro de muestreos en un mismo intervalo de tiempo, se reproduce la forma de onda de un modo más preciso. Por lo tanto, es conveniente un menor tiempo de escrutinio. Módulo de salidas El modulo modulo de salidas del autómata es es el encargado de activar activar y desactivar los actuadores (bobinas de contactores, lámparas, motores pequeños, etc.). Con el uso del optoacoplador y un relé de impulso, se asegura el aislamiento de los circuitos circuitos electróni electrónicos cos del controlador de las tens tensio ione nes s exte extern rnas as que que alimentan a los actuadores. La iden identi tific ficac ació ión n de los los módulos los de salid lida se realiza igual que con las entr entrad adas as,, figu figura rand ndo o en este caso la indicación de OUTPUT o SALIDA. Es en las salidas donde se conectan o acoplan los dispositivos de salida o actuadores, e incluyen un indicador i ndicador luminoso LED de activado. La información enviada por las entradas a la CPU, una vez procesada, se envía al módulo de salidas para que éstas sean activadas y a la vez los actuadores que en ellas están conectados. Tipos de módulos de salida En cuanto a su tensión, las salidas pueden ser de dos tipos: ti pos: - a corriente continua - a corriente alterna. En cuanto al tipo de señal que reciben, pueden ser: - discretas - analógicas. a) Mód Módulo ulos s de de salid salida a disc discret reta a 23 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE  Al igual que los módulos de entrada discreta, estos módulos se usan como como inter interfa fase se entre entre la CPU CPU del del cont contro rola lado dorr y los los actu actuad ador ores es,, a los los que que sólo sólo es necesario transmitirle dos estados lógicos: activado o desactivado. Los actuadotes que se conectan a estas interfases pueden ser contactores, relés, lámparas indicadoras, electroválvulas, displays, anunciadores, etc. La estructura de estos módulos contempla también las 4 funciones operacionales: - Terminación: Alambrado desde el módulo hacia los actuadores que se encuentran cerca de la máquina o proceso. - Acondicionamiento de la señal: Convierte las señales provenientes de la CPU de cierto nivel lógico a un estado de conexión o desconexión. - Aislamiento: Las señales son aisladas mediante dispositivos optoacopladores. optoacopladores. - Señalización: Se disponen de indicadores luminosos (LEDs) que permiten la función de diagnóstico más rápido. La tensión para el indicador proviene del mismo controlador. Existen diversos tipos de módulos de salida discretos según el tipo de corriente que ha de manejar. Módulos de salidas a relés Son Son usad usados os en circ circui uito tos s de corr corrie ient nte e cont contin inua ua y alterna. Están basados en la conmutación mecánica, por la bobina del relé, de un contacto eléctrico normalmente abierto. Módulos de salidas a Transistores a colector abierto El uso uso de este ste tipo tipo de módulos es exclusivo de los los circ circui uito tos s de c.c. .c. Al igual que en los de TRIACs TRIACs,, es utiliz utilizado ado en circ circui uito tos s que que nece necesi site ten n maniobras de conexión / desconexión muy rápidas. En cuanto a las intensidades que soportan cada una de las salidas, esta es variable, pero suele oscilar entre 0,5 y 2A. Módulos de salidas a TRIAC  Se utili utiliza zan n en circ circui uito tos s de corri corrien ente te cont contin inua ua y corri corrien ente te alte alterna rna que que nece necesi site ten n maniobras de conmutación muy rápidas. Conexionado 24 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE En los los cont contac acto tos s de salid salida a del del autó autóma mata ta se cone conect ctan an las las carg cargas as o actuadores bien directamente o bien a través de otros elementos de mando, como pueden ser los contactores por medio de sus bobinas. La forma de conectar los actuadores a los módulos de salidas, dependerá del tipo de módulo utilizado. A continuación se muestran algunos ejemplos: b) Módulos de salida analógica Estos módulos son usados cuando se desea transmitir hacia los actuadores análogos seña señale les s de tens tensió ión n o corri corrien ente te que que varía varían n cont contin inua uame ment nte. e. Está Están n cons consti titu tuid idos os básic básicame amente nte por dispos dispositiv itivos os multip multiplex lexore ores, s, conve converti rtidor dores es digita digital-a l-aná nálog logo o (DAC), (DAC), optoacopladores, optoacopladores, etc. Su principio de funcionamiento puede considerarse como el de un proceso inverso al de los módulos de entrada analógica. Esto quiere decir que la información proveniente del procesador, elaborada por el programa del usuario, es optoacoplada por estas interfases para asegurar su aislamiento galvánico. A continuación, un multiplexor se encargará de enviar los datos al convertidor digital-análogo (DAC) para su conversión a señal analógica, para luego ser aplicada al actuador respectivo. Estos módulos pueden tener uno o más DAC, dependiendo ello de la cantidad de cana canale les s de salid salida a que que teng tenga a el módu módulo lo.. Debe Debe tene teners rse e pres presen ente te tambi también én que que la uniformidad o regularidad de la señal está supeditada a la resolución del DAC, lo que significa que es importante en estos módulos el nivel de resolución y el tiempo de escrutinio. 25 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE Las señales señales analógica analógicas s de salida salida pueden pueden ser de corriente corriente o de tensión. tensión. Las estandarizaciones son: - Señal de corriente: 0 a 20mA, 4 a 20mA, -20 a +20mA. - Señal de tensión: 0 a 10V, 10V, -10 a +10V. Memorias Llamamos memoria a cualquier dispositivo electrónico enchufable que nos permita alma almace cena narr infor informa maci ción ón en forma forma de bits bits (cer (ceros os y unos unos)) de mane manera ra prov provis isio iona nall o permanente. Tipos de memorias Se cuentan con dos tipos de memorias: volátiles (RAM) y no volátiles (EPROM y EEPROM), según requieran o no de energía eléctrica para la conservación de su información. a) Memor Memoria ia RAM (Rando (Random m Access Memor Memory) y) Este Este tipo tipo de memo memoria ria sirv sirve e para para alma almace cena narr el prog progra rama ma de usua usuari rio o dura durant nte e su elaboración y prueba, donde es posible su modificación constante. El contenido de la memoria RAM, ya sea la del módulo enchufable o la que posee la CPU, es volátil; es decir, su contenido se pierde si el suministro de energía proporcionado por la fuente de alimentación se corta. Por consiguiente, para evitar perder la información ante fallas del sumin suminist istro, ro, es necesa necesario rio salvag salvagua uarda rdarlo rlo median mediante te una bater batería ía de larga larga durac duración ión enchufable en la CPU. Estas baterías están disponibles en todos los controladores y tienen una duración que varía entre 2 a 5 años, dependiendo del tipo de CPU. Por  consiguiente, es importante que esta batería se mantenga en perfectas condiciones durante todo el tiempo de funcionamiento del PLC. b) Memoria ROM (Read Only Memory) Memoria de sólo lectura. En estas memorias se puede leer su contenido, pero no se puede escribir en ellas; los datos e instrucciones los graba el fabricante y el usuario no puede alterar su contenido. Aquí la información se mantiene ante la falta de energía eléctrica. c) Memoria EPROM (Enable Programmable Read Only Memory) Es un modulo de memoria enchufable del tipo no volátil; es decir, la información conte contenid nida a se conse conserva rva aún cuando cuando se pierde pierde el sumini suministr stro o de energía energía.. Se utiliz utiliza a norma normalme lment nte e para para guar guarda darr prog progra rama mas s defi definit nitiv ivos os ya prob probad ados os y debi debida dame ment nte e depurados; además, pueden ser transportados y utilizados en cualquier controlador de su marca y tipo. Para grabar en este módulo es necesario utilizar aparatos de programación destinados para para este este propó propósit sito, o, mientr mientras as que para su borra borrado do deben deben ser ser someti sometidos dos a rayos rayos ultravioletas durante 15 a 45 minutos. Por lo tanto, se requiere de una unidad para la escritura y otra para el borrado. d) Memoria EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) Este modulo tiene las mismas características que el módulo EPROM, con la única difere diferenci ncia a que el borrad borrado o se realiza realiza eléctr eléctrica icamen mente; te; es por por ello ello que se denomi denomina na memoria de sólo lectura eléctricamente eléctricamente programable y borrable. 26 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE Para estos tipos de módulos, los aparatos de programación realizan las dos funciones, tanto de programación como de borrado. Utilización de las memorias Dependiendo de la función asignada, asignada, así se utilizará un tipo de memoria u otra: a) Me Memo mori ria a de de usu usuar ario io El programa de usuario normalmente se graba en memoria RAM, ya que no sólo ha de ser leído por el microprocesador, sino que ha de poder ser variado cuando el usuario lo desee, utilizando la unidad de programación. En algunos autómatas, la memoria RAM se auxilia de una memoria sombra del tipo EPROM. La desconexión de la alimentación o un fallo de la misma borraría esta memoria, ya que que al ser la RAM una memoria volátil volátil necesita estar constantemente alimentada y es por ello que los autómatas que la utilizan llevan incorporada una batería tampón que impide su borrado. b) Me Memo mori ria a de la tab tabla la de de datos datos La memoria de esta área también es del tipo RAM, y en ella se encuentra, por un lado, la imagen de los estados de las entradas y salidas y, por otro, los datos numéricos y variables internas, como contadores, temporizadores, marcas, etc. c) Mem Memori oria a y prog program rama a del del siste sistema ma Esta memoria, que junto con el procesador componen la CPU, se encuentra dividida en dos áreas: la llamada memoria del sistema, que utiliza la memoria RAM, y la que corresponde al programa del sistema o firmware, que lógicamente es un programa fijo grab grabad ado o por por el fabr fabric ican ante te y que que por por tant tanto o corre corresp spon onde de al tipo tipo ROM. ROM. En algu alguno nos s autómatas se utiliza únicamente la EPROM, de tal forma que se puede modificar el programa memoria del sistema previo borrado del anterior con UV. Estructuración de las memorias Los chips de memoria suelen estar organizados en octetos y, a su vez, éstos en palabras; cada palabra es normalmente de 16 bits, esto es, 2 bytes, es decir, cada posición de memoria suele contener 16 bits de información, o lo que es lo mismo, dos bytes. Cada palabra o registro define una instrucción o dato numérico o un grupo de estados de E/S. La cantidad de palabras de que dispone una memoria se expresa en K, y 1K representa 1024 bytes. La capacidad de las memorias recaen en valores típicos de 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256Kb o más, excepcionalmente. excepcionalmente. Unidad de programación Las unidades unidades de programac programación, ión, denominad denominados os también también terminales terminales de programac programación, ión, constituyen el medio de comunicación entre el hombre y la máquina, a través de la escritura, lectura, modificación, monitoreo, forzado, diagnóstico y puesta a punto de los programas. Estos aparatos están constituidos por un teclado y un dispositivo de visualización. El teclado muestra todos los símbolos (números, letras, instrucciones, etc.) necesarios para la escritura del programa y otras acciones ya señaladas. El visualizador o pantalla 27 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE pone a la vista todas las instrucciones programadas o registradas en la memoria. Exis Existe ten n tres tres tipo tipos s de unid unidad ades es de prog progra rama maci ción ón:: los los manu manual ales es (Han (Hand d held held)) tipo tipo calculadora, los de video (tipo PC) y la computadora. Los programadores manuales son de fácil programación (lista de instrucciones) y son portátiles y económicos. Generalmente están destinados para PLCs pequeños. El medio más completo de programación, incluyendo la detección de fallas, son los programadores de video y las computadoras personales. Estas permiten emplear todos los los leng lengua uaje jes s de prog progra rama maci ción ón.. Cuan Cuando do se usa usa la comp comput utad ador ora a es nece necesa sario rio el software de programación. Las unidades de programación constituyen una herramienta necesaria para el diálogo con el PLC, y no obstante ser físicamente independiente del PLC, permite: - Escribir los programas, a través de la lista de instrucciones o mediante el método gráfico, así como modificar o borrarlos de manera total o parcial. - Leer o borrar los programas contenidos en la memoria RAM de la CPU o también de las memorias EPROM o EEPROM. - Simular la ejecución de las instrucciones del programa a través del forzado de las entradas y salidas. - Detectar y visualizar las fallas del programa o fallas originadas en los dispositivos de campo, ya sea en los de entrada o en los de salida. - Visualizar en todo momento el estado lógico de los captadores y actuadotes en tiempo real. - Real Realiz izar ar la trans transfe fere renc ncia ia de los los prog progra rama mas s cont conten enid idos os en la memo memoria ria volá volátil til o permanente a los diferentes periféricos, tal como la impresora. - Permite acceder a instrucciones tales como: copiar, buscar, insertar, guardar, etc. que sirven de ayuda para un mejor manejo y análisis de la programación. Tipos a) Unidades tipo calculadora (Hand held) Son las más comúnmente usadas en los autómatas de la gama baja; constan del corre correspo spondi ndient ente e teclad teclado, o, conmut conmutado adorr de modos, modos, displa display y de crista cristall líquid líquido o o siete siete segmentos de dos o más líneas, así como de las entradas para la grabación del programa de usuario. Puede ser totalmente independiente, ser enchufada directamente en la CPU, o con ambas posibilidades. En las de pocas líneas (2,4) sólo es posible escribir mnemónicos, pero en aquellas llamadas de programación gráfica pueden visualizarse algunas líneas de programa de lenguajes gráficos, datos del programa, etc. 28 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE b) Con Consol sola a de de progr programa amació ción n Está en una posición intermedia entre la unidad tipo calculadora y el PC. Consta de pantalla de plasma o tipo similar y tamaño suficiente para 20-30 líneas y 60-80 caracteres por línea, así como teclado. Al igual que el PC utiliza el software de programación preciso para los lenguajes utilizados en el PLC, almacenando los programas en disquete. c) Un Unid idad ad co con n PC  PC  Esta unidad que se adapta al autómata mediante el interfaz correspondiente lleva incorporado un monitor de tubos de rayos catódicos (TRC), y realiza la misma función que la unidad de programación normal, pero con mayores prestaciones, permitiendo visualizar los esquemas o diagramas completos o partes importantes de los mismos. Este equipo incorpora incorpora el software necesario para poder poder trabajar en más de un lenguaje de programación, incluso realizar la transformación de lenguajes. La grabación de programas se realiza en disquete o disco duro, según modelos del PC. Periféricos Los Los perifé periférico ricos s no interv intervien ienen en direct directame amente nte en el funcio funcionam namien iento to del PLC. PLC. Como Como elementos auxiliares y físicamente independientes del autómata, los equipos periféricos realizan funciones concretas de gran importancia. 29 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE El incremento que experimenta las prestaciones de los autómatas hace que el número de periféricos aumente día a día para equipos de la misma gama, pero en general para un equipo de la gama baja podría decirse que son: - Impresora, que permite obtener en papel el listado de instrucciones o programa de usuario, el de temporizadores, contadores, etc., utilizados, así como los esquemas respectivos. - Unidades de cinta o memoria, por medio de las cuales grabamos los programas en cinta cassete o chips de memoria EPROM o EPROM, respectivamente. Otros equipos que se utilizarían en la gama media o en algún caso en la gama baja serían: - Monitores de tipo TRC - Lectores de código de barras - Displays y teclados alfanuméricos - Unidad de teclado y tests. Interfases  0  0 0  1 0 0   T - L L 1 0  B   XX  B  T - . de la CPU con el exterior llevando la Son circuitos que permiten la comunicación info informa rmaci ción ón acer acerca ca del del esta estado do de las las entra entrada das s y tran transm smiti itien endo do las las órde órdene nes s de activación de las salidas. Constan de enlaces del tipo RS-232 o RS-485, y efectúan efectúan la comunicación mediante el código ASCII. 30 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE  Asimismo, permiten la introducción, verificación y depuración del programa mediante la consola de programación, así como la grabación del programa a casete, en memoria EPROM, comunicación con TRC (monitor), impresora, etc. CIRCUITOS PROTECTORES Contacto de relé interno C = 220 nF Contacto de relé interno R = 100 Ω Salidas VDR  C 0 1 2 4 3 n Circuito protector RC en paralelo con el contacto del relé Salidas de salida. C 0 1 3 2 4 n Circuito protector con VDR en paralelo con el contacto del relé de salida. Como sabemos, las cargas en las salidas se pueden clasificar en: cargas DC y cargas  AC. En la mayoría de los casos, las cargas aplicadas a las salidas suelen ser circuitos cir cuitos inductivos como, por ejemplo, bobinas de contactores. La desconexión de una bobina da lugar a picos de tensión transitorios de alto valor. Para proteger los circuitos internos y los conta contacto ctos s de relés, relés, los fabric fabricant antes es acopla acoplan n intern intername amente nte un circui circuito to R-C de protección, o bien un varistor. 31 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE Como en ocasiones estos circuitos internos no proporcionan suficiente protección, lo que se hace es acoplar circuitos adicionales exteriores para que supriman mejor y más rápidamente dichas tensiones transitorias. Salidas C 0 1 Z 2 3 n 4 D = 1N4004 Protección mediante diodo de cargas inductivas en DC con bajo número de maniobras. En el caso de cargas DC los circuitos a acoplar serían los que correspondan a las siguientes figuras. Cuando las cargas son del tipo resistivo puro, no es necesario acoplar circuito alguno. Salidas C 0 + 1 3 2 4 n R (Ω) = Z ( Ω) Z  _  D = 1N4004 Protección mediante diodo y resistencia de cargas inductivas en DC con bajo número de maniobras. 32 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE En el caso caso de cargas cargas AC podemo podemos s encont encontrar rar,, genera generalme lmente nte,, dos casos: casos: de alta alta inductancia y de alta impedancia. En el primer caso, los valores de R y C son típicos. Salidas En el segundo caso, puede ocurrir que la intensidad de fuga del circuito R-C interno se mantenga circulando durante unos segundos y así mantenga a su vez alimentada la bobina de alta impedancia del contactor de salida. En este caso existe la necesidad de calcular los valores de R y C. n C 0 1 2 3 4 Salidas + VDR  CZ 0  _  1 2 3 4 n Diodo Los valores de RSalidas yC Protección mediante diodo y VDR de cargas  pueden inductivasser: en DC con elevado K  VDR  número de maniobras. R = 100Ω n C 0 1 C 2 3 4  Χ = 0,1 uF R  Circuito de protección R  para carga en AC de alta inductancia. Los valores de R y C deben ser calculados K  C 33 Circuito de protección para carga en AC de alta impedancia. AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE Contactos de relés térmicos Dos Dos son las posibilid posibilidade ades s de conexió conexión n de los conta contacto ctos s de los relés relés térmicos térmicos de protección contra sobreintensidades: sobreintensidades: - En las entradas con los captadores - En las salidas con los actuadores. Las ventajas e inconvenientes que presentan ambas posibilidades son las siguientes: - La conexión en el circuito de captadores es la más técnica y segura desde el punto de vista de control, control, ya que su apertura apertura desactiva desactivará rá los correspondien correspondientes tes circuitos circuitos de entrada y, como consecuencia, la salida que ha dado origen a dicha sobreintensidad, quedando señalizado señalizado en ambos ambos diodos LEDs (E/S) del PLC. - Otra Otra vent ventaj aja a a tene tenerr en cuen cuenta ta es que que en func funció ión n del del prog progra rama ma esta estable bleci cido do un contacto de un relé térmico puede detener únicamente el proceso del actuador al cual esté protegiendo o detener el proceso completo. En este último caso y conectando todos en serie - en el caso de contactos NC - o paralelo si NA, es suficiente con un solo contacto de entrada, según puede apreciarse en la siguiente figura. Las posibilidades que nos ofrecen los relés térmicos son dos: - Utilizar el contacto normalmente cerrado, NC - Utilizar el contacto normalmente abierto, NA. 34 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE F1 24 V 0V 0 1 2 3 C 0 1 2 3 4 Entradas s Salidas A1 K  1 Un contacto de relé térmico es conectado a una entrada. A2 En el primer caso, la bobina del contactor se alimentará directamente, ya que el contacto NC se utiliza en la entrada. En el segundo caso, al utilizar en la entrada el contacto NA, el contacto NC puede o no ser utilizado en la salida. Si se utiliza tendremos doble protección. Como Como desven desventaj taja a podemo podemos s citar citar el que que necesi necesitamo tamos s una entra entrada da por cada cada relé relé térm térmic ico o, o grupo rupo en parale ralelo lo o seri serie, e, lo que nos nos pue puede incre ncreme ment nta ar ésta stas considerablemente y, como consecuencia, necesitaremos un PLC con más entradas y, por tanto, de mayor precio. La conexión en el circuito de actuadores significa ahorrarse el correspondiente circuito de entrada, pero no nos dará indicación de avería en la señalización de salida o LED, aunque lógicamente la bobina del contactor quede desactivada. En este caso sólo se detendrá el actuador que esté protegiendo. 35 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE C 0 1 F1 K  1 2 3 4 Salidas El contacto del relé térmico es conectado en la salida en serie con la bobina de su relé. A1 A2 POSIBILIDADES DE CONEXIÓN DE LAS SALIDAS  A continuación figuran algunas posibilidades de conexión de los actuadores en las salidas del autómata. La comprensión de estos ejemplos hará que nos encontremos en F1 F2 F3 condiciones de dar solución a cualquier otra necesidad que se nos presente. a) Conexión en un grupo de cuatro salidas comunes o de igual tensión En este caso, tal y como se muestra en la siguiente figura, es necesario que: - Las tension tensiones es de los elemen elementos tos acoplado acoplados s sean iguales iguales,, y que esta esta tensión tensión esté Entradas dentro de los márgenes24V indicados0V por las l as especificaciones del autómata. 0 2 1 3 - Que la intensi intensidad dad total total y las intensida intensidades des parcial parciales es se encuentre encuentren n también también dentro dentro de los mismos márgenes. C 0 1 2 A1 A1 K1 U A2 A1 K2 A2 K3 36 A2 3 4 Salidas AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE C It 0 1 2 I1 I2 I3 3 Salidas I4 F5 F3 F1 K1 K1 K2 K2 U F2 K3 F4 K3 K4 K4 F6 Circuitos de salida PLC. Bobinas de igual tensión. It = I1 + I2 + I3 + I4 = < I (del fabricante) fabricante) M  Nota: El contacto del relé Térmico F6 se supone Situado en la entrada. F4 M M Circuito de potencia, U = 380 / 220 V b) Acoplamiento directo e indirecto de cargas 37 F2 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE 3N 50 Hz 380 / 220 220 V P E Q 1 Q 2 PE : Toma de tierra. Q PARA ALIMENTACION Q1 : Interruptor general CIRCUITO DE POTENCIA DE UN PLCcon accionamiento 3 manual girando. Q2 : Interruptor general automático. CONCEPTOS GENERALES DE PROGRAMACION Q3 : Interruptor diferencial Desde el punto de vista del procesador, un programa es un conjunto de instrucciones o Q4 : Interruptor automático alimentación PLC. T1 proposiciones bien definidas que le dicen lo que tiene que hacer. Cada instrucción le indica: - Qué operación realizará a continuación. - De dónde obtendrá obtendrá los datos datos que necesita para para realizarla. - Dónde guardará guardará los resultados resultados de la operación. Q 5 Q 4 3 2 Desde el punto de vista del usuario, un programa constituye las especificaciones de un conjunto de operaciones que debe llevar a cabo el computador para lograr resolver una K  K  determinada tarea. Un programa se escribe en un lenguaje de programación. Estos lenguajes permiten simplifica simplificarr la creación de programas programas debido a su fácil descripción descripción de las instrucciones instrucciones U2 casos, agrupando varias instrucciones y que ha de ejecutar el procesador. En algunos dando un solo nombre al conjunto, se consigue que la lista de operaciones se reduzca consi consider derabl ableme emente nte,T2 , obteni obteniénd éndos ose e una compre comprensi nsión ón y resolu resolució ción n sencil sencillas las de los programas. Asimismo, varios cientos de instrucciones simples se pueden expresar con Entradas una lista U1 de unas cuantas líneas. Por último, el término programación se refiere a la acción de realizar un programa. En conclusión, reuniendo estos tres conceptos, podemosCPU decir que: un programa se escribe en un lenguaje de programación, y a la actividad de expresar un algoritmo en form forma a de prog progra rama ma se le deno denomi mina na prog progra rama maci ción ón.. A menu menudo do,, al leng lengua uaje je de programación se le denomina software de programación cuando se emplea un término genérico, con el fin de distinguirlo del hardware. Salidas CLASIFICACION DE PROGRAMAS Parte Parte un prog progra rama ma lo de escr esinterferencias crib iben en los los de usua uslínea uari rios os para para 1:1. ejec ejecut utar ar tare tareas as que que debe deben n T1 :de Transformador protector de relación automatizar. Sin embargo, existen otros programas escritos quecuando permiten procesar  T2 : Transformador adaptador de tensión y/o protector de lasya salidas del PLC éstas no los programas del usuario. A continuación definen estos dos tipos de programas. están protegidas de cortocircuito (si fuera se necesario). K2 / K3 : Contactores circuitos de alimentación fuente de alimentación PLC y salidas. U1 : Fuente de alimentación 24 / 48 / 110 V para 39salidas DC. U2 : Fuente de alimentación auxiliar  AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE Programas del sistema Existen cierto número de programas que proporcionan servicios vitales a los programas de usuario usuario,, esto esto es, program programas as que realizan realizan funcion funciones es operativa operativas s intern internas as del del contr controla olador dor.. Estos Estos progra programas mas,, incluy incluyend endo o los traduc traductor tores es de lengu lenguaje aje,, recibe reciben n la denominación colectiva de programas del sistema o software del sistema. Un elemento notable de éste es el sistema operativo, cuyos servicios incluyen el manejo de los dispositivos de entrada y salida del PLC, el almacenamiento de la información durante largos períodos, organizar el procesamiento de los programas de usuario, etc. Estos programas están almacenados en memoria EPROM dentro de la CPU y, por lo tanto, no se pierden ni se alteran en caso de pérdida de alimentación del equipo. El usuario no tiene acceso a ellos (no puede modificarlos). Programas del usuario Denominados también  programas de aplicación, es el conjunto de instrucciones o proposiciones que programa el usuario con el fin de resolver tareas de automatización específica. Para ello, el usuario escribe el programa de acuerdo a la representación del lenguaje de programación que mejor se adapte a su trabajo. Es impo import rtan ante te seña señala larr que que algu alguno nos s fabr fabric ican ante tes s no empl emplea ean n todo todos s los los tipo tipos s de representaciones de los lenguajes de programación, por lo que el usuario tendría que adaptarse a la representación que se disponga. REPRESENTACION DE LOS LENGUAJES DE PROGRAMACION Cuando surgieron los autómatas programables, lo hicieron con la necesidad de sustituir  a los enormes cuadros de maniobra constituidos con contactores y relés. Por lo tanto, la comunicación hombre-máquina debería ser similar a la utilizada hasta ese momento; el lengua lenguaje je usado usado deber debería ía ser interp interpret retado ado,, con con facilid facilidad ad,, por los mismos mismos técnic técnicos os electricistas que anteriormente anteriormente estaban en contacto contacto con la instalación. Estos Estos lenguajes han evolucionado en los últimos tiempos, de tal forma que algunos de ellos ya no tienen nada que ver con el típico plano eléctrico a relés. En la actualidad cada fabricante diseña su propio lenguaje de programación, lo que significa que existe una gran variedad de lenguajes de programación. Las formas que adopt adopta a el lengua lenguaje je de progra programac mación ión usado usado para para realiz realizar ar progra programas mas se denomi denomina na representación del lenguaje de programación . Hasta el momento existen tres tipos de representaciones a nivel mundial, como las más difundidas, dif undidas, que son: - Lista de instrucciones (AWL) - Plano de funciones (FUP) - Diagrama de contactos (KOP). Es obvio que la gran diversidad de lenguajes de programación da lugar a que cada fabricante tenga su propia representación, originando cierta incomodidad al usuario cuando programe en diferentes marcas de PLCs. Con el objetivo de uniformizar estas representaciones se ha establecido la norma internacional IEC 1131-3 que se encarga de estandarizar los lenguajes de programación. Esta norma contempla dos tipos de lenguajes de programación: 40 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE Lenguajes gráficos - Lenguajes textuales. LENGUAJES GRAFICOS Se denomina lenguaje gráfico a la representación basada en símbolos gráficos de tal forma que, según la disposición en que se encuentren cada uno de estos símbolos y en conformidad con sus sintaxis, expresa una lógica de mando y control. Dentro de estos lenguajes gráficos, tenemos a: - Grafcet - Plano de funciones (FUP) - Diagrama de contactos (KOP). Carta de funciones secuenciales (Grafcet) Es el llamado llamado Gráfico de Orden Orden Etapa Transición. Transición. Ha sido especialmente especialmente diseñado diseñado para resolver problemas de automatismos secuenciales. Las acciones son asociadas a las etapas y las condiciones a cumplir a las transiciones. Este Este leng lengua uaje je resu result lta a enor enorme meme ment nte e senc sencilillo lo de inte interp rpre reta tarr por por oper operar ario ios s sin sin conocimientos de automatismos eléctricos. Muchos de los autómatas que existen en el mercado permiten la programación en GRAFCET, tanto en modo gráfico o como por  lista de instrucciones. Tambié También n podemo podemos s utiliz utilizarl arlo o para para resolv resolver er proble problemas mas de automa automatiz tizaci ación ón de forma forma teórica y posteriormente convertirlo a lenguaje l enguaje a contactos. Plano de funciones Es una una repr repres esen enta taci ción ón gráf gráfic ica a orie orient ntad ada a a las las puertas lógicas AND, OR 41 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE y sus combinaciones. Las funciones individuales se representan con un símbolo, donde al lado izquierdo se ubican las entradas y al lado derecho las salidas. El plano de funciones lógicas resulta especialmente cómodo de utilizar a técnicos habituados a trabajar con circuitos de puertas lógicas, ya que la simbología usada en ambos es equivalente. Diagrama de contactos (Ladder) Es la representación representación gráfica que tiene cierta anal analog ogía ía a los los esqu esquem emas as de cont contac acto tos s según la norma NEMA (USA). Su estructura obedece a la semejanza que existe con los circuitos de control de lógica cableada, es decir, utiliza la misma representación de los contactos normalmente abiertos y normalmente cerrados, con la diferencia que su interpretación es diferente.  Además de los simples contactos que disp ispone, ne, existe isten n otro tros eleme lemen ntos tos que que perm permit iten en real realiz izar ar cálc cálcul ulos os arit aritmé méti tico cos, s, operaciones de comparación, algoritmos de regulación, etc. Su gran difusión se debe porque facilita el trab trabaj ajo o de los los usua usuario rios. s. Es el que que más más simi similit litud udes es tiene tiene con con el util utiliz izad ado o por por un electricista al elaborar cuadros de automatismos. Muchos autómatas incluyen módulos especiales de software para poder programar  gráficamente de esta forma. LENGUAJES TEXTUALES Este tipo de lenguaje se refiere básicamente al conjunto de instrucciones compuesto de letras, códigos y números de acuerdo a una sintaxis establecida. Se considera un lenguaje de menor nivel que los gráficos y por lo general se utilizan para programar  pequ pequeñ eños os PLCs PLCs cuyos uyos prog progra rama mas s no son son muy muy comp comple lejo jos, s, o para para prog progra rama mar  r  instrucciones no programables en modo gráfico. Existen dos tipos, que son: - Lista de instrucciones - Texto estructurado. Lista instrucciones de Son Son instru instrucc ccion iones es de tipo tipo Bool Boolea eana nas s que que utilizan letras y números para su representa representación. ción. Dado que se usan abreviaturas mnemotécnicas no se 42 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE requiere gran memoria para tareas de automatización. Su desventaja radi radica ca en la mag magnitu nitud d del tra trabajo bajo que es nece necesa sari rio o para para su pro progra gramac mación ión, espe especia cialme lment nte e si el prog progra rama ma cons consta ta de unos unos cien ciento tos s de inst instru rucc ccio ione nes. s. En los los autómatas de gama baja, es el único modo de programación. También hay que decir  que este tipo de lenguaje es, en algunos casos, la forma más rápida de programación e incluso la más potente. Texto estructurado Es un lenguaje del tipo Booleano de alto nivel y estructurado, que incluye las típicas sentencias de selección IF – THEN – ELSE y de interacción FOR, WHILE y REPEAT, además de otras funciones específicas para aplicaciones de control. Su uso es ideal para aplicaciones en las que se requiere realizar cálculos matemáticos, comparaciones, comparaciones, emular protocolos, etc. DENOMINACION DE LOS LENGUAJES DE PROGRAMACION Cada fabricante ha nombrado mediante siglas o palabras compuestas a su lenguaje de prog progra rama maci ción ón o soft softwa ware re de prog progra rama maci ción ón que que lo dife difere renc ncia ia de los los demá demás. s. A continuación se presenta una tabla donde se indican estos nombres. Tabla 7. Denominación de algunos algunos lenguajes lenguajes de programación GRAFICO TEXTUAL MARCA SIEMENS (Simatic) PLANO DE FUNCIONES DIAGRAMA DE CONTACTOS STEP 5 STEP 5, STEP 7 GRAFCET GRAPH 5, S7-GRAPH LISTA DE INSTRUCCIONES STEP 5, STEP 7 TEXTO ESTRUCTURADO STEP 7 SIEMENS (TI) TISOFT (RLL) TISOFT (Machine-Stage) - - AEG (modicon) MODSOFT - MODSOFT - SUCOSOFT 30 - KLOCKNER MOELLER (Sucos PS30-Serie) - SUCOSOFT 30 - TELEMECANIQUE - PL7-2 PL7-2 PL7-1 PL7-0 ALLEN BRADLEY - APS - - - - LOGICMASTER 90 - LOGICMASTER 90 GENERAL ELECTRIC (Fanuc) - 43 AUTOMATISMO POR  CONTROLADORES PROGRAMABLES EL CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE 44