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CONTROLADORES LOGICOS PROGRAM,ABLES – PLC 1

1.- GENERALIDADES

1.1.- ConceptoAparato electrónico a base de microprocesadores, utilizado para

automatizar sistemas eléctricos, electrónicos, hidráulicos y neumáticos.

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1.- GENERALIDADES

PLC (Controlador Lógico Programable) se introdujo porprimera vez en 1969 por Richard E. Morley es elfundador de Modicon Corporation.Según la Asociación Nacional de ElectricidadManufacturing (NEMA) el PLC se define como undispositivo electrónico digital con una memoriaprogramable para almacenar instrucciones que ejecutanfunciones específicas tales como la lógica, secuencia, elmomento, el recuento y aritmética para controlar unamáquina industrial o proceso de conformidad con laindustria deseada.PLC es capaz de hacer un proceso continuo de acuerdocon las variables de entrada y proporciona lasdecisiones de programación a voluntad de manera quela salida bajo control.

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1.- GENERALIDADES

Aparato electrónico operado digitalmente.Usa una memoria programable para el almacenamiento interno deinstrucciones.Para implementar funciones específicas, tales como lógica, secuenciación,registro y control de tiempo, conteo y operaciones aritméticas.Para controlar, a través de módulos de entrada/salida digitales (ON/OFF) oanalógicos (1 5 VDC, 4-20 mA, etc.), varios tipos de máquinas o procesos.

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1.- GENERALIDADES

1.2.- CaracterísticasTiene módulos que cumplen funciones específicas, para recibir información, para procesarla y entregar señales de salidas y/o comunicarla.

1.3.- Ventajas- No ocupan mucho espacio.- No requiere mantenimiento periódico.- Fácil para detectar fallas- Es posible sensar diferentes señales.- Bajo consumo.- Capacidad de integración con otros equipos.- Confiabilidad. 58


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1.- GENERALIDADES

Las operaciones en el PLC se compone de cuatro partes:

1.- Observación de la entrada

2. Ejecutar el programa de Valor

3. Salida

4. Control

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1.- GENERALIDADES

Selección del modo de operación RUN: En esta posición, el PLC empieza a ejecutar el programa

STOP: Esta posición detiene el proceso que se esté ejecutando.

PROGRAM: En esta posición, el PLC permite ser programado desde algún dispositivo externo

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Modo de Operación de un PLC.

a) Al encender el procesador, este efectúa un auto chequeo de encendido einhabilita(anula) las salidas. Entra en modo de operación normal.

b) Lee el estado de todas las entradas y las almacena en una zona dememoria llamada “tabla de imagen de entradas”

c) En base a su programa de control, el PLC modifica una zona de memoriallamada “tabla de imagen de salida”.

d) El procesador actualiza el estado de las salidas "copiando" hacia losmódulos de salida el estado de la tabla de imagen de salidas (estascontrolan el estado de los módulos de salida del PLC, relay, triacs, etc.).

e) Vuelve paso b)

A cada ciclo de ejecución de esta lógica se le denomina ciclo de barrido(scan) que generalmente se divide en:

Escaneo de Entradas y Salidas I/O scanEscaneo de Programación Program Scan

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2.- PARTES

2.1.- Estructura BásicaCuando la configuración es compacta las

partes vienen integradas en un todo, cuando la configuración es modular las partes se pueden identificar independientemente.

La estructura básica del PLC está constituida por :2.2 Fuente de alimentación.2.3 CPU (Unidad de procesamiento central)2.4 Módulos de Entrada/Salida2.5 Módulos de memoria.2.6 Unidad de programación.2.7 Módulos inteligentes.

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2.- PARTES

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2.- PARTES

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2.2.- Fuente de Alimentación

Esta fuente suministra la energía eléctrica que requieren el CPU y las demás tarjetas de la configuración del PLC.

Su función principal es transformar la tensión AC en tensión DC, para el buen funcionamiento de las partes del PLC.

En una configuración compacta la fuente no se percibe, cuando se tiene una configuración modular casi siempre ocupa el primer lugar de la izquierda.

Algunos niveles de tensión son :+ 5V : alimentar las tarjetas.+ 5.2v : alimentar al programador.+24V : canales de lazo de corriente 20 mA.

Generalmente los fabricantes sugieren la fuente a utilizar, según la potencia que requieren las tarjetas que se van a utilizar


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2.2.- Fuente de Alimentación


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2.3.- CPU (Unidad de Procesamiento Central)

Se trata de la parte mas compleja y viene a ser el cerebro del PLC.

Contiene la unidad de control, la memoria interna del programa RAM, temporizadores, contadores, memorias internas tipo relé, imágenes de proceso Entradas/Salidas..

Su función es :- Leer los estados de las entradas.- Guardar estos estados en la memoria denominada imagen del proceso de entrada.- Ejecutar el programa de control y gobernar las salidas.- Durante la ejecución del programa guardar los resultados de las

combinaciones en la memoria denominada imagen del proceso de salida.Esta función es permanente y a gran velocidad, motivo por el cual se clasifican las CPUs de acuerdo a :

Capacidad de su memoria.Funciones que realiza.


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Dentro de la CPU se dispone un área de memoria, la cual se emplea para diversas funciones:

- Memoria del programa de usuario: aquí introduciremos el programa que el PLC va a ejecutar cíclicamente.- Memoria de la tabla de datos: se suele subdividir en zonas

según el tipo de datos (como marcas de memoria, temporizadores, contadores, etc.)

- Memoria del sistema: aquí se encuentra el programa en código maquina que motoriza el sistema (programa del sistema). Este programa es ejecutado directamente por el microprocesador dividido microcontrolador que posea el PLC.

- Memoria de almacenamiento: se trata de memoria externa que empleamos para almacenar el programa de usuario y en ciertos casos parte de la memoria de la tabla de datos.


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Velocidad de procesamiento.

El tiempo de lectura del programa es función del número y tipo de instrucciones, y es del orden de milisegundos, es decir ante un cambio de estado de las entradas, la respuesta en la salida es inmediata.

Scan time = ms/Kb ( milisegundos por Kbyte)Generalmente se requiere una resolución no inferior a 10 bits.


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Bits : Unidad más pequeña de información, puede tener solo dos estados: Activo (on) o Inactivo (off), puede utilizarse para almacenar variables lógicas o números es aritmética binaria, pero también combinado con otros bits puede almacenar tipos de datos complejos.

Nibble o Cuarteto: Agrupación de cuatro bits, se utiliza principalmente para almacenamiento en código BCD.

Byte u Octeto: Agrupación de ocho bits, puede almacenar un carácter ( generalmente ASCII ), un número entre 0 y 255, dos números BCD u ocho indicadores de 1 bit.

Word o Palabra: Una palabra consta de un número fijo de bits, aunque este número varía de un procesador o otro.

Baudio: Medida de velocidad de transmisión de datos. Representa la cantidad de bits que es posible transferir por segundo.


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2.4 Módulos de Entrada/Salida

Proporcionan el enlace entre el CPU del PLC y los elementos del sistema, es decir se recoge (capta) la información o datos (entradas) y se entrega(actuar) señales de control o mando (salidas).

Las entradas y las salidas son aisladas mediante un acoplador óptico, para evitar daños en el elemento lógico.

- Módulo de Entrada Discreta o Digital- Módulo de Salida Discreta o Digital


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2.4 Módulos de Entrada/Salida


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2.4.1 Módulo de Entrada Discreta o Digital

Estos módulos toman la información de los captadores de datos del sistema del Tipo Discreto, cuya característica es comunicar dos estados lógicos : Activado o desactivado, óPermitir o no el paso de la señal digital (1 ó 0).

Los captadores pueden ser pulsadores, selectores, final de carrera, interruptores de nivel, detectores de proximidad, etc..

En general los Módulos de Entrada Discreta operan bajo cuatro funciones :Adquisición de Datos.Acondicionamiento de la señal de entrada, a niveles apropiados del PLC.Señalización mediante leds.Aislamiento y Filtrado de las señales mediante opto-acopladores y filtros


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2.4.2 Módulo de Salida Discreta o Digital

Estos módulos entregan la señal a los actuadores del sistema del Tipo Discreto, cuya característica es comunicar dos estados lógicos : Activado o desactivado.

Los actuadores pueden ser contactores, relés, electroválvulas, pilotos de señalización, etc..

En general los Módulos de Salida Discreta operan bajo cuatro funciones :Terminación, es decir el cableado desde el módulo hasta los actuadores.Acondicionamiento de la señal de salida del CPU del PLC, a un control de conexión y desconexión.Señalización mediante leds.Aislamiento de las señales mediante opto-acopladores


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2.4.2 Módulo de Salida Discreta o Digital

Existen módulos de salida discreta del tipo : Transistor.- Funcionamiento a base de transistores, para señales en corriente continua DC. Tiene vida útil larga y bajo nivel de corriente. TRIAC.- Funcionamiento mediante la conmutación de un Triac, para señales en corriente alterna.Relé.- Funcionamiento a base de dispositivos electrónicos y un micro relé electromagnético, para señales en AC ó DC, con diferentes niveles de tensión, corrientes más elevadas, pero con baja vida útil.


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2.4.3 Módulo de Entrada Análoga

Estos módulos están constituidos por tarjetas electrónicas, que tiene la función de digitalizar las señales analógicas que varían continuamente, para que puedan ser procesadas en el CPU.

Las señales analógicas pueden ser : magnitudes de presión, temperatura, corriente, tensión, etc..

En general los Módulos de Entrada Análoga operan bajo el siguiente principio :- Adquisición de Datos Análogos del proceso.- Selección mediante el Multiflexor del canal al que se conecta la señal analógica que se desea procesar y la transmisión de la señal al convertidor Análogo-Digital (ADC).- Digitalización de la señal en el convertidor ADC y transmisión hacia el controlador para depositarla en la memoria Imagen del Proceso de Entrada y pueda ser accesada por el programa del usuario.


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2.4.3 Módulo de Entrada Análoga

La calidad de la lectura de información está directamente en función de :

Resolución : Cantidad de bits que utiliza el convertidor ADC para representar el valor analógico. A mayor cantidad de bits habrá mayor precisión. Las resoluciones típicas son de 8, 12 y 16 bits.Tiempo de Escrutinio :Es el número de muestreos en un intervalo de tiempo. A mayor número de muestreos en un mismo intervalo de tiempo, la onda se reproduce de modo más preciso.

Toda magnitud análoga que se requiera procesar debe estar representada por una señal de tension , corriente o resistencia ; es decir que los sensores externos del sistema deben entregar este tipom de señal , ya sea directamente o a través de transductores.Las señales análogas de entrada más comunes son:

De corriente : 0-20 mA, +/- 10 mADe Tensión : 0-10 V, 0-2 V ,+/- 10 V


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2.4.4 Módulo de Salida Análoga

Estos módulos entregan la señal del tipo análogo ( tensión o análogo) que varían continuamente, a los actuadotes del sistema.

Estos módulos están constituidos por multiflexores, convertidores digital-análogo (DAC), opto-acopladores, etc.

En general los Módulos de Salida Análoga operan bajo el siguiente principio :Realizar la separación galvánica mediante el opto-acoplador de la información digital que sale del procesadorEl Multiflexor envía los datos al convertidor digital-analogo(DAC) para su conversión a señal analógica.


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2.4.4 Módulo de Salida Análoga

La calidad de la lectura de información está directamente en función de la Resolución y el Tiempo de Escrutinio.

Las señales análogas de salida más comunes son :De corriente : 0-20 mA, 4-20 mA, +/- 20mADe tensión : 0-10V, +/- 10V

SEÑAL ANALOGA


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2.5.- Módulos de Memoria

Sirven para guardar información de manera permanente o provisional. Pueden ser:

Volátiles : Requieren energía para conservar la información.- RAM (Random Access Memory)

- Memoria de Acceso Aleatoria

No volátiles :No requieren energía para conservar la información.

- EPROM ( Enable Programmable Read Only Memory)- Memoria de solo lectura, eléctricamente programable.- EEPROM ( Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)- Memoria de solo lectura, eléctricamente programable y borrable.

Las capacidades de memoria de los módulos pueden ser : 2,4,8,16,32,64,128,256 Kb ó más.


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2.5.1 Memoria RAMSirve para almacenar el programa del usuario durante su elaboración y prueba, donde se puede modificar las veces que se requiera.

Es necesario contar con una batería de larga duración para evitar la pérdida de información, por tratarse de una memoria volátil.

2.5.2 Memoria EPROM

Sirve para guardar programas definitivos, es decir que ya han sido probados, asimismo se pueden transportar y utilizar en otro PLC (depende de marca y tipo)

Para la grabación de programas en el módulo se necesitan unidades de programación adecuados y para borrar los programas se requieren unidades que someten al programa a rayos ultravioletas por periodos de 15 a 50 minutos.


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2.5.3 Memoria EEPROM

Con características idénticas a la memoria EPROM, con la diferencia que el borrado se realiza eléctricamente.

Los aparatos de programación realizan la programación y el borrado.


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2.6.- Unidad de Programación

Vienen a ser el medio de comunicación entre el hombre y la máquina o PLC, a través de la escritura, lectura, monitoreo, diagnóstico y puesta en servicio de una programación.

Está constituida por un teclado y un dispositivo de visualización.

Existen tres tipos de programadores :- Manual (hand help)- Video Tipo PC- Computadora


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Los del tipo manual son de fácil programación mediante listado de instrucciones, portátiles y económicos, son aplicables cuando no existe complejidad en la programación.

Los del video tipo PC y computadora, son los más completos, se pueden usar los lenguajes para programación mediante listado de instrucciones y método gráfico, cuando se usa la computadora es necesario el software de programación.


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Las Unidades de Programación sirven para :

- Leer, escribir, modificar o borrar, parcial o total, los programascontenidos en las memorias RAM, EPROM, EEPROM; a travésdel listado de instrucciones o método gráfico.

- Simular la ejecución(RUN) del programa, forzando las entradas ysalidas.

- Transferir los programas contenidos en al memoria a un casete oimpresora.

- Visualizar el estado lógico de las entradas y salidas. Asi comovisualizar y detectar fallas del programa y/o entradas y salidas.

- Accesar a instrucciones como el copiado, búsqueda, inserción,guardado, para el manejo y análisis de la programación.


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2.7.- Módulos Inteligentes

Son los módulos para trabajos específicos, tienen microprocesadores y software especiales para su funcionamiento. Existen dos tipos :

Pre-Procesadores de señal.Procesadores de comunicación.

2.7.1 Pre-Procesadores de señal

Son módulos inteligentes diseñados con procesador propio, para resolver tareas especiales y complejas, como medición de velocidades, conteos rápidos, pesos en movimiento, regulación de temperaturas, etc.Estos módulos trabajan en paralelo con el CPU del PLC, y permiten incrementar la eficiencia del PLC, porque las tareas especiales que realizan no afectan la velocidad y el tiempo de procesamiento del PLC:


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Módulo Contador Rápido.-Tienen contadores ascendentes y descendentes para lectura y pre-procesamiento de impulsos de alta frecuencia, suministrados por un emisor o encoder que está conectado al módulo. Se puede usar como : cronómetro, divisor de frecuencia o frecuencimetro.


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Módulo Regulador.-Tienen Fuente de Alimentación, Memoria de Programación y Microprocesador propios, su principio de funcionamiento es a base de un algoritmo de regulación PID.

Se usa para procesos como : lazos de regulación de velocidad, de temperatura, de presión, caudal; procesos continuos de dosificación.


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Módulo de Posicionamiento.-Dedicados a tareas de posicionamiento de alta precisión. Capta y procesa los impulsos digitales que proceden de los captadores de desplazamiento en verdadero valor y entrega los valores prescritos de velocidad a los actuadores en función a la posición que se quiere alcanzar.


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2.7.2 Módulos Procesadores de Comunicación (CP)

Sirven para la comunicación con otros dispositivos, tales como controladores, microprocesadores, periféricos locales y remotos.No prolonga el tiempo de respuesta del PLC, porque tienen procesador propio, dan la fecha y hora en tiempo real.


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3.- CONFIGURACION

3.1.- Nano PLCPLC de tipo compacto que tiene la Fuente, CPU e I/Ointegradas; que maneja un conjunto reducido de I/O,generalmente inferior a 100. Permiten manejar entradas ysalidas digitales y algunos módulos especiales.

3..2.- Compacto

Se denominan asi a los Micro ó Mini PLC, porque en suconstrucción reunen la estructura básica del PLC, tales comoFuente, CPU, Memoria, Entradas y Salidas.

En esta configuración los PLCs tienen como principalesventajas :

Muy económicos.Poco espacio.Programación sencilla.Fácil instalación.


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3.- CONFIGURACION

3..2.- Compacto

El PLC de tipo compacto que tiene permite manejar I/Ohasta varios cientos ( alrededor de 500 I/O ) , su tamaño essuperior a los Nano PLC y soportan una gran variedad demódulos especiales, tales como: entradas y salidasanálogas, módulos contadores rápidos, módulos decomunicaciones, interfaces de operador, expansiones de I/O


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3.- CONFIGURACION

3.3.- Modular

Se denominan así a los PLCs que se arman con módulos de acuerdo a la necesidad de la aplicación.

Se tiene que seleccionar cada uno de los módulos :El CPU.- De acuerdo a su capacidad de memoria, tiempo de ejecución, etc.E/S .- Cantidad de Entradas y Salidas digitales y análogas.Módulos Inteligentes.- De acuerdo a las tareas complejas que se necesitan.Fuente .- Según la potencia que requieren los módulos anteriores.Cantidad de Slots .- Tamaño del Rack donde se colocarán los módulos.

En esta configuración los PLCs tienen como principales ventajas :- Facilidad para detectar averías y cambiar el módulo con problemas.- Fácil de ampliar .- Mayor capacidad de procesamiento.


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3.- CONFIGURACION

3.4.- Compacto-ModularSe trata de PLCs del tipo compacto que utilizan extensores para lograr cumplir con ciertos procesos, en general son extensores con entradas y salidas adicionales para aplicaciones que tienen muchos captadores y actuadores.


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3.- CONFIGURACION

3.5.- Ampliaciones

Centralizada.-Cuando se requiere más módulos de E/S, es necesario utilizar bastidores cercanos al bastidor central, se conectan entre sí a través de Módulos de Interfase cuya función es conectar el bastidor principal con los bastidores de ampliación y llevar la información del CPU.

Descentralizada.-Cuando se encuentran aparatos que se desean automatizar distantes al bastidor central, es posible utilizar módulos de E/S cercanos a los captadores y actuadores, y conectarlos al bastidor central mediante cables de conexión de 2 ó más hilos entorchados que se conectan a los módulos de interfase.La longitud máxima del cableadoy se requieren de fuente de alimentación, depende de las recomendaciones dadas por los fabricantes.


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3.- CONFIGURACION

3.5.- Ampliaciones

Centralizada.-Cuando se requiere más módulos de E/S, es necesario utilizar bastidores cercanos al bastidor central, se conectan entre sí a través de Módulos de Interfase cuya función es conectar el bastidor principal con los bastidores de ampliación y llevar la información del CPU.

Descentralizada.-Cuando se encuentran aparatos que se desean automatizar distantes al bastidor central, es posible utilizar módulos de E/S cercanos a los captadores y actuadores, y conectarlos al bastidor central mediante cables de conexión de 2 ó más hilos entorchados que se conectan a los módulos de interfase.La longitud máxima del cableadoy se requieren de fuente de alimentación, depende de las recomendaciones dadas por los fabricantes.

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