PDF de programación - Introducción a los PLCs

Introducción a los PLCs



Un controlador de lógica programable es una pequeña computadora usada en la
automatización de procesos del mundo real, tales como líneas de producción, máquinas
herramientas, manejo de partes, empaquetado, bandas transportadoras, estaciones de
bombeo, semáforos, etc., ver figura 1. El rango de complejidad de los sistemas controlados
mediante PLCs va desde aplicaciones pequeñas dedicadas hasta poderosas y
extremadamente complejas líneas de ensamblado (por ejemplo, en la manufactura de
vehículos). El PLC usualmente utiliza un microprocesador. A diferencia de la computadoras
de propósito general, el PLC es empacado y diseñado para trabajar en amplios rangos de
temperatura, suciedad, y son inmunes al ruido eléctrico. Mecánicamente son más fuertes y
resistentes a la vibración e impacto.



Fig.1



Los PLCs son, en definitiva, los caballos de batalla en la automatización de la manufactura
moderna. El control automático permite la producción de un producto consistente a un costo
razonable y el PLC es la tecnología de control prevalente en la manufactura.

Antes de los PLCs la única forma de implementar un circuito de control para una máquina
era mediante el uso de relés, ver figura 2. Una máquina que tenía que controlar muchos
motores y solenoides requería de muchos relés, los cuales tenían que ser alambrados en el
orden correcto para lograr el funcionamiento deseado.


 

1 

Fig.2



Dado que los relés eran electromecánicos los mismos fallaban frecuentemente. Fallas en
las bobinas y contactos eran difíciles de diagnosticar y reemplazar, además si un cambio en
el circuito era necesario significaba el re-alambrado de todos los relés involucrados. Lo
anterior sin mencionar que un panel con centenas de relés consumía grandes cantidades de
energía.

Los PLCs fueron inventados como un reemplazo menos costoso para viejos sistemas
automatizados que usaban centenares de relés y temporizadores. Un PLC puede ser
programado para reemplazar miles de relés.


Desarrollos de los PLCs

En la tabla 1 se muestra, de forma muy breve, eventos, considerados importantes en el
desarrollo del PLC, y las fechas en que estos tuvieron lugar. Como se puede apreciar, la
tecnología de los PLCs no es nueva.


Año
1968
1969
1971
1972
1973

1974
1975
1976
1977
1978

1980

1983
1985
1986
1993
1994
1996
2000

 

Naturaleza del desarrollo

Concepto inicial desarrollado
CPU del controlador (hardware), con instrucciones lógicas, 1K de memoria y
128 I/O
Primeras aplicaciones fuera de la industria automotriz
Instrucciones de temporización y conteo
Instrucciones aritméticas y de movimiento de datos.
Comunicaciones Computadora - PLC
Varios procesadores en un PLC, 12K de memoria, 1024 I/O, terminal de
programación CRT.
Control PID
Sistema remoto de I/O
Pequeños PLCs basados en microprocesadores
Comunicaciones PLC - PLC
Módulos de I/O inteligentes
Características de software ampliadas (e.g., documentación)
Programación con computadoras personales
PLCs grandes: 4M de memoria, 8192 puntos de I/O
Protocolo para la automatización de manufactura de la GM (MAP)
Otros lenguajes de programación (además de Ladder)
Conexión a ETHERNET
Lenguajes estándar IEC 61131-3
Protocolos estándar para I/O remotas
Control basado en PC como alternativa a los PLC
Redes de comunicaciones IEC 61158



Tabla 1

2 

Paralelo al avance en la tecnología de los PLCs, también lo han hecho los lenguajes de
programación y las capacidades de comunicación, junto a otras importantes características.
Hoy día, los PLCs ofrecen “scan time” más rápidos, espacios eficientes y de alta densidad
para sistemas de entradas y salidas, e interfaces especiales que permiten que dispositivos
no tradicionales sean conectados directamente al PLC. No solamente pueden conectarse
con otros sistemas de control, ellos pueden realizar funciones de reporte y diagnosticar sus
propias fallas así como la falla de una máquina o proceso.



PLC vs otras tecnologías

Los PLCs no son la única tecnología disponible para implementar la automatización. La
tabla siguiente muestra una comparación de tecnologías para sistemas de control
disponibles.


Sistemas relé

Computadoras

Sistemas PLC



Característica

Precio por función
Tamaño físico
Velocidad de operación
Ambiente industrial
Diseño
Operaciones complicadas
Instalación
Facilidad de cambiar la
función
Facilidad
mantenimiento
Recuperación ante la falla
de energía.

de

Moderado
Voluminoso

Lento

Excelente

No

Time-consuming

Difícil

Pobre, muchos

contactos
0 segundos

3 

 

Time-consuming

Usualmente simple

Bajo

Compacto

Rápida
Bueno

Si

Bajo

Compacto

Rápida
Bueno
Simple

Si

Simple

Simple a Compleja
Usualmente simple
Buena si los módulos
I/O son estándar
10 – 100 segundos

Muy simple
Bueno pocas

tarjetas estándar
1 – 3 segundos

Excepto por la recuperación después de un fallo de energía, el PLC tiene una clara ventaja
sobre los sistemas basados en relés. Las ventajas de los PLCs sobre las PCs no son tan
claras.

En muchos aspectos, la arquitectura del PLC se parece a la de una computadora de
propósito general. Sin embargo, hay ciertas características del PLC que lo distinguen de
una PC.

Un PLC puede ser ubicado en un ambiente industrial. A diferencia de una computadora
típica, un PLC puede ser ubicado en áreas con cantidades sustanciales de:


Interferencia Electromagnética

• Ruido Eléctrico
•
• Vibraciones mecánicas
• Temperaturas extremas
• Humedad no condensada


Además:


Un PLC es más confiable.
Un PLC puede ser fácilmente mantenido por los técnicos de la planta
Un PLC ejecuta un programa ordenadamente y en una manera secuencial.
Un PLC se recupera rápidamente de una falla de energía.



Las principales ventajas de los sistemas de control basados en PC son la habilidad para
usar otros lenguajes de programación cuando se implementan tareas de control sofisticadas
y la inclusión de la interface de operador con el programa de control.

Cuando el control basado en PC fue introducido a mediados de los 80’s, la muerte de los
PLCs fue pronosticada. Tal predicción no ha sucedido y probablemente no sucederá. Tanto
el control basado en PC como los PLCs coexistirán y encontraron sus respectivos nichos de
aplicación.


 

4 

Arquitectura Básica de los PLCs

La arquitectura básica de un PLC es mostrada en la figura 3. Los principales componentes
son el módulo procesador, la fuente de alimentación y los módulos de entrada y
salida. El modulo de procesador consiste de la unidad central de procesamiento (CPU) y la
memoria. Además del microprocesador, la CPU también contiene al menos una interface
para un dispositivo de programación y puede contener interfaces para I/O remotas y otras
redes de comunicación. La fuente de alimentación es usualmente un módulo separado y los
módulos de I/O están separados del procesador. Los tipos de módulos de entrada pueden
ser discretos (on / off), analógicos (variables continuas), y módulos especiales tales
como Control de movimiento y contadores de alta velocidad. Los dispositivos de campo son
conectados a los módulos de I/O.



En dependencia de la cantidad de I/O y del procesador del PLC particular, los módulos de
I/O pueden estar en el mismo chasis que el procesador y en uno o varios chasis.

Fig. 3



 



Fig. 4

5 

Cómo el PLC maneja el proceso?

El PLC controla el proceso, en el cual actuadores son conectados como salidas a
conexiones especificas del mismo. Motores pueden ser conmutados ON u OFF, válvulas
abiertas o cerradas, lámparas encendidas o apagadas por medio de dicha conexión.



ENTRADAS



Fig. 5

SALIDAS



De dónde consigue el PLC la información?

Un PLC recibe información acerca del proceso de generadores de señal los cuales están
conectados a las entradas del mismo. Estos generadores de señal pueden ser, por ejemplo,
sensores los cuales reconocen si una pieza de trabajo se encuentra en una determinada
posición, switches o pulsadores que se encuentran abiertos o cerrados, etc.


Los elementos básicos de un sistema de control automático son mostrados en la figura 7.


Fig. 6 Sensores



Fig. 7

6 

 

Programación Ladder Básica



Introducción

Una vez introducido algunos conceptos básicos sobre los PLCs, haremos una introducción
a la programación. El primero, y más popular lenguaje de programación, es el lenguaje
LADDER. Usando ejemplos, el lenguaje será desarrollado desde el diagrama de alambrado
de un sistema electromecánico (relés). Después de describir los símbolos para el
procesador utilizado en el curso, los mismos serán combinados en un diagrama Ladder.
Posteriormente se estudiará el proceso de escaneo de un programa y el acceso a las
entradas y salidas físicas.


Elementos Básicos de Ladder Logic

Lógica ladder es el lenguaje de programación primario de los PLC. Dado que los
controladores de lógica programable fueron desarrollados para reemplazar sistemas de
control lógicos que usaban relés, es natural que el lenguaje inicial tuviera una semblanza
cercana con los diagramas utilizados para documentar la lógica de relés. El seguir ese
camino permitió a los ingenieros y técnicos que usaron los primeros PLCs entender el
programa sin necesidad de entrenamiento.

La programación de un PLC mediante lógica ladder