Introducción a la

Automatización Lógica

Programable

Introducción a la automatización

Evolución de la automatización

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Componentes típicos de un sistema industrial automático

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Interface de Entradas Convierte variables físicas en

señales eléctricas

Controlador Garantiza una operación segura y

económica del proceso de producción

Interface de Salidas Convierte las señales eléctricas del

controlador en modificaciones al proceso

Interface Hombre – Máquina Presenta datos del proceso en

tiempo real y permite la interacción del operador con el proceso

Operador Supervisa la

operación segura y eficiente del proceso

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EL AUTÓMATA O CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE (PLC)

Se entiende por Controlador Lógico Programable

a toda máquina electrónica, diseñada para

controlar en tiempo real los procesos

secuenciales típicos de un medio industrial.

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VENTAJAS E INCONVENIENTES DEL PLC

Ventajas del PLC

• Menor tiempo empleado en la

elaboración de proyectos.

• Posibilidad de introducir

modificaciones sin cambiar el

cableado ni añadir aparatos.

• Mínimo espacio de ocupación.

• Menor costo de mano de obra

de la instalación.

• Economía de mantenimiento.

• Posibilidad de gobernar varias

máquinas con un PLC.

Desventajas del PLC • Hace falta un programador

• Costo inicial elevado

• Requiere mayores cuidados al momento de su instalación.

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ESTRUCTURA DE LOS AUTOMÁTAS

PROGRAMABLES

Estructura compacta:

Se distingue por presentar en un

sólo bloque todos sus elementos,

esto es, fuente de alimentación,

CPU, memorias, entradas/salidas,

etc.

Estructura modular:

La estructura de este tipo de

Autómatas se divide en módulos o

partes del mismo que realizan

funciones específicas.

– Estructura americana

– Estructura europea

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ARQUITECTURA INTERNA

• La Sección de Entradas: adapta y codifica las señales

procedentes de los dispositivos de entrada

• La Unidad Central de Proceso (CPU): Es la inteligencia del

sistema.

•La Sección de Salidas: Decodifica las señales procedentes de la

CPU, las amplifica y manda con ellas los dispositivos de salida.

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•La unidad de alimentación:

Adapta la tensión de red de 220 V 60 Hz (24VDC) a la de

funcionamiento de los circuitos electrónicos internos.

•La unidad de programación:

En los Autómatas más sencillos es un teclado con un display

similar a una calculadora, en otros es una PC.

•Equipos periféricos:

Son aquellos elementos auxiliares, físicamente

independientes del Autómata.

•Interfaces:

Son aquellos circuitos o dispositivos electrónicos que permiten

la conexión a la CPU de los elementos periféricos

OTROS ELEMENTOS DEL PLC

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ARQUITECTURA DE UN PLC

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MEMORIAS Y TIPOS

Tipo de MemoriaSistema de

programaciónSistema de

borrado

Ante el corte detensión lamemoria

RAMo memoria de lectura – escritura

Eléctrica. Eléctrico. Se pierde, es volátil.

ROMO memoria de sólo lectura.

Durante su procesode fabricación.

Es imposible suborrado.

Se mantiene.

PROMo memoria programable.

Eléctrica. Es imposible suborrado.

Se mantiene.

EPROMo memoria modificable

Eléctrica. Por rayos UV. Se mantiene.

EEPROMo memoria modificable

Eléctrica Eléctrico. Se mantiene.

Memoria es cualquier dispositivo que nos permite almacenar

información en forma de bits

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UTILIZACIÓN DE LAS MEMORIAS

• Memoria de usuario: 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.

• Memoria de la tabla de datos: También es del tipo RAM, y en ella se encuentra, por un lado, la

imagen de los estados de las entradas y salidas

• Memoria y programa del sistema: Esta memoria, que junto con el procesador componen la CPU, se

encuentra dividida en dos áreas; la llamada memoria del sistema, que utiliza memoria RAM, y la que corresponde al programa del sistema o firmware que es una memoria ROM.

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UNIDAD CENTRAL DE PROCESO, CPU

La CPU (Central Processing Unit) está constituida por los elementos siguientes:

– Micro procesador:

Está constituido por el chip P, el generador de impulsos de onda cuadrada o reloj y algún chip auxiliar.

– Circuitos de la unidad aritmética y lógica ALU:

Es la parte del P donde se realizan los cálculos y las decisiones lógicas.

– Circuito de la unidad de control o UC

Organiza todas las tareas del P

– Registros

Son memorias en las que se almacenan temporalmente los datos.

– Buses

No son circuitos en sí, sino zonas conductoras en paralelo

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FUNCIONES DE LA CPU

• Supervisión y control de tiempo de ciclo (watchdog),

tabla de datos, alimentación, batería, etc.

• Autotest en la conexión y durante la ejecución del

programa.

• Inicio del ciclo de exploración de programa y de la

configuración del conjunto.

• Generación del ciclo base de tiempo.

• Comunicación con periféricos y unidad de programación

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CICLO BÁSICO DE TRABAJO DE LA CPU

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UNIDADES DE ENTRADA – SALIDA (E/S)

Son los dispositivos básicos por donde se toma

la información de los captadores y por donde se

realiza la activación de los actuadores.

Funciones de las unidades de E/S:

Adaptar las tensiones e intensidades de trabajo

de los captadores y actuadores a las de trabajo

de los circuitos electrónicos del Autómata.

Señales Binarias

Señales que solo pueden tomar

dos estados definidos: existe

tensión” o “no existe tensión”,

“conectadas” o “desconectadas”.

En este sentido, las señales

digitales de entrada y salida del

PLC descritas hasta ahora, son

señales binarias.

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Señales analógicas

La transmisión de

información analógica está

caracterizada por un

cambio continuo de la

amplitud de la señal.

En la ingeniería de

procesos, la señal de

4…20 mA es transmitida en

una forma puramente

analógica.

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Representaciones utilizadas

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Definiciones

El bit es la unidad de

información más

pequeña. Solo puede

tomar los valores “0” y

“1”.

El byte es una unidad

compuesta de 8 bits.

La palabra es una unidad

mayor, compuesta de 16

bits = 2 bytes.

Bit Byte

PALABRA

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Representación numérica

Veamos el margen de

números enteros

representables en diversos

tamaños de datos.

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Interface de Entradas

• Se caracterizan físicamente por sus bornes para acoplar los dispositivos de

entrada o captadores

– Analógicas: Cuando la magnitud que se acopla a la entrada

corresponde a una medida de, por ejemplo, presión, temperatura,

velocidad, etc

– Binarias:

Corresponden a una señal de entrada todo o nada

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Interface de Salidas Binarias

– Aquí es donde se conectan o acoplan los dispositivos de salida o actuadores. Tres son los tipos de salidas:

A relé.

A triac.

A transistor

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EQUIPOS O UNIDADES DE PROGRAMACION

La unidad de programación es el medio material del que se auxilia el programador para grabar o introducir en la memoria de usuario las instrucciones del programa.

• Funciones principales

– Programación

– Grabación de programas

– Visualización y verificación dinámica del programa

– Modos de servicio

STOP (off-line), o salidas en reposo.

RUN (on-line), o ejecutando el programa.

Otros modos intermedios como MONITOR

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TAMAÑO DE LOS AUTÓMATAS

PROGRAMABLES

La clasificación de los PLC en cuanto a su tamaño se realiza en

función del número de sus entradas – salidas

– Gama baja. Hasta un máximo de 128 entradas – salidas. La

memoria de usuario de que disponen suelen alcanzar un valor

máximo de 4 K instrucciones.

– Gama media. De 128 a 512 entradas – salidas. La memoria de

usuario de que disponen suelen alcanzar un valor máximo de

hasta 16 K instrucciones.

– Gama alta. Más de 512 entradas – salidas. Su memoria de

usuario supera en algunos de ellos los 100 K instrucciones.

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Curva de averías en equipos electrónicos

¿Montaje vertical u horizontal?

Disposición horizontal: 0…60°C

Disposición vertical: 0…40°C

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Distancias mínimas de montaje

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Manejo e Instalación

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Circuito de potencia para alimentación

del PLC

Sistemas de conexión eléctrica ...

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Sistema de conexión ...

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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LAS SEÑALES DE ENTRADA

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CONEXIÓN A LAS ENTRADAS DE LOS CONTACTOS SIN TENSIÓN

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PROTECCIÓN EN CORRIENTE CONTINUA

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PROTECCION DE SALIDAS EN CORRIENTE ALTERNA

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Contactos de relés térmicos

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Conexión de las salidas

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Acoplamiento de cargas

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Acoplamiento de actuadores de gran consumo

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Conexión de captadores y actuadores

Consideraciones para el tendido de cables

No tender cables de señal cerca de cables de potencia en forma paralela

Tender lo más cerca posible los cables de señal y su línea equipotencial asociada

Evitar prolongar innecesariamente cables o líneas por intermedio de bornes o similares.

Las líneas sensibles a interferencias tenderse con una separación mínima a 1 m de las fuentes perturbadoras.

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Conexión con separación galvánica

Para aumentar la inmunidad frente a interferencias entre líneas de señal en DC.

En caso de líneas de señal incompatibles.

En líneas de señal en AC.

... cuando no existe un punto de tierra entre la CPU del controlador y las líneas de señal de E/S.

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Conexión sin separación galvánica

Cuando existe un punto de tierra entre la CPU del controlador y las líneas de señal de E/S siempre y

cuando estas últimas sean en DC.

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Medidas a considerar

Interferencias

Separación especial entre

equipos y líneas

Puesta a masa de todas las

piezas metálicas inactivas

Filtrado de líneas de red y

de señal

Apantallamiento de los equipos y

líneas

Medidas supresoras especiales.

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Mantenimiento del PLC

Mantenimiento preventivo:

• Inspección visual

• Condiciones ambientales

• Medidas de tensión de alimentación

Mantenimiento correctivo:

• Localización de fallas y averías