1.3 Controladores Lógicos Programables.pptx

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1. Controladores Lógicos Programables Ingeniería Industrial

2. Los conceptos básicos fundamentales de un controlador lógico programable ¿Qué tienen en común las atracciones de los parques de atracciones, las líneas de montaje de las fábricas, los aserraderos, las plantas de procesamiento de alimentos y las celdas de trabajo robóticas? Todas dependen de controladores lógicos programables (PLC) para su automatización y control. Los PLC son computadoras industriales especializadas diseñadas para monitorear entradas, ejecutar lógica programada y controlar dispositivos de salida en tiempo real. Su confiabilidad, flexibilidad y eficiencia los hacen esenciales en la automatización moderna, permitiendo un control preciso de procesos en diversas industrias.

3. ¿Cómo funciona un PLC? Los PLC vienen en varios modelos y configuraciones, cada uno diseñado para satisfacer necesidades específicas de automatización. Si bien cada fabricante ofrece funcionalidades únicas, el funcionamiento básico de un PLC sigue siendo el mismo: monitorizar continuamente las entradas, ejecutar la lógica y controlar las salidas. Un PLC es un sistema de control basado en tareas con cuatro pasos operativos básicos para cada dispositivo. Operan en un bucle continuo para ejecutar sus programas de control. El ciclo consta de estos cuatro pasos básicos: Procesamiento de entrada: Identifica el estado de todos los dispositivos de entrada conectados al PLC. Ejecución del programa: Implementa la programación del PLC creada por el usuario. Procesamiento de salida: activa o desactiva todos los dispositivos de salida conectados. Mantenimiento: se comunica con terminales de programación y diagnósticos internos. El orden, la complejidad y la sincronización de estos pasos dependen del modelo y el fabricante del PLC utilizado, así como de cómo esté configurada la programación.

4. ¿Qué son los dispositivos de entrada/salida (E/S)? Los dispositivos de entrada y salida (E/S) son componentes esenciales que permiten al PLC interactuar con el entorno externo. Estos dispositivos pueden ser activos o pasivos, según la función del proceso y del dispositivo. Los dispositivos activos requieren una fuente de alimentación externa para funcionar y suelen incluir componentes de amplificación o acondicionamiento de señales. Los dispositivos de campo suelen estar conectados físicamente a los módulos de E/S del PLC. Dispositivos de entrada: Los dispositivos de entrada transmiten señales al PLC, provenientes de diversos sensores e interruptores que monitorean los cambios ambientales. Un PLC puede recibir varios tipos de señales de entrada. Los dos tipos más comunes son las entradas digitales (ED) y las entradas analógicas (EA). Una ED tiene dos estados: ON (activado) o OFF (desactivado) (1 o 0). Algunas señales EA comunes incluyen bucles de corriente de 4-20 mA y señales de voltaje de 0-10 V. Los dispositivos de entrada se utilizan a menudo para la interacción humana con el proceso. Los pulsadores, como el botón de inicio, suelen montarse en un panel de interfaz hombre-máquina (HMI). Estos interruptores son generalmente dispositivos DI pasivos. Otros ejemplos de DI son los interruptores de límite, los interruptores de palanca y los contactos auxiliares. Los dispositivos DI pasivos suelen ser más económicos y menos complejos que los dispositivos activos. Algunos ejemplos de dispositivos de entrada digital activos son los interruptores de proximidad, los interruptores de temperatura, los interruptores de nivel y los presostatos. Las entradas de 24 V CC se utilizan ampliamente en la automatización industrial debido a su seguridad y compatibilidad. Sin embargo, muchos sistemas antiguos aún utilizan señales de entrada de 120 V CA.

5. Las entradas analógicas pueden ser suministradas por dispositivos pasivos o activos. Las señales de entrada analógicas a un PLC pueden variar continuamente en un rango de voltaje o corriente, proporcionando información detallada sobre los dispositivos conectados. Estas señales son esenciales para aplicaciones que requieren mediciones precisas en lugar de una simple detección de encendido/apagado. Algunos de los dispositivos pasivos más utilizados son los termopares y los detectores de temperatura resistivos (RTD). Sin embargo, los dispositivos activos se utilizan con mayor frecuencia para suministrar entradas analógicas al PLC. Algunos ejemplos de estos dispositivos incluyen sensores de temperatura, transductores de presión, sensores de nivel y caudalímetros.

6. Dispositivos de salida. Los dispositivos de salida son elementos que reciben señales de un PLC y ejecutan acciones en consecuencia. Desempeñan un papel crucial en la implementación de comandos de control en diversos procesos industriales. Dos señales comunes del PLC a un dispositivo de salida son la salida digital (DO) y la salida analógica (AO). Las señales de salida digital son binarias (encendido/apagado) y se utilizan para controlar dispositivos de salida como luces de columna, solenoides, relés, válvulas, arrancadores de motor, bocinas y alarmas. Las salidas digitales suelen ser de 24 V CC o 120 V CA, según el dispositivo que se controle. Los dispositivos de bajo voltaje pueden reducir el riesgo de descarga eléctrica. Las señales de salida analógicas de un PLC pueden variar continuamente dentro de un rango, lo que permite un control preciso de los dispositivos conectados. Estas señales son cruciales para aplicaciones que requieren ajustes precisos, en lugar de un simple control de encendido y apagado. Algunos dispositivos comunes son las válvulas de control, los variadores de frecuencia (VFD), los calentadores y los actuadores hidráulicos.

7. Componentes de hardware clave de un sistema PLC Chasis: Un chasis PLC, a menudo denominado rack, es la estructura física que alberga los componentes. Es un sistema modular que permite diversas configuraciones. El chasis facilita la comunicación entre todos los módulos a través del backplane . Unidad Central de Procesamiento (CPU): La Unidad Central de Procesamiento (CPU), o procesador principal, es un componente microprocesador dentro de un PLC. Monitorea el estado de las entradas de campo, ejecuta el programa de control y emite comandos a las salidas de campo. Esta secuencia permite al PLC supervisar y regular eficientemente diversos procesos industriales. Para sistemas de control PLC de gran tamaño, Allen-Bradley y Rockwell Automation ofrecen los  controladores ControlLogix 5580  . Módulos de E/S: Existen varios tipos de  módulos de E/S  , siendo los más comunes la salida analógica (AO), la entrada analógica (AI), la salida digital (DO) y la entrada digital (DI). Los módulos de E/S actúan como la interfaz de datos real entre los dispositivos de campo y el PLC. Un PLC conoce el estado real de los dispositivos de campo y los controla mediante las tarjetas de E/S correspondientes.

8. Interfaz hombre-máquina (HMI) con PLC: Una estación de operación HMI se utiliza para proporcionar una ventana operativa al proceso del PLC. Generalmente es un dispositivo independiente, como una PC y un monitor, que incorpora software de interfaz hombre-máquina. Una solución común de Rockwell para una  HMI es FactoryTalk View  . Entorno de programación: Los PLC de Rockwell Automation se programan principalmente utilizando el  entorno Studio 5000®  , un sólido conjunto de herramientas diseñadas para simplificar el desarrollo y el mantenimiento de los sistemas de automatización.

9. ¿Por qué utilizar un PLC? Los PLC ofrecen varias ventajas para la automatización industrial: ✔  Elimina la necesidad de recablear  al modificar la lógica de control. ✔  Compacto y escalable  , lo que permite configuraciones de E/S personalizadas. ✔  Capaz de funciones de control avanzadas  , como conteo, temporización y procesamiento analógico. ✔  Fácil resolución de problemas  con diagnósticos integrados. ✔  Integración perfecta  con HMI y redes industriales. ✔  Rentable  para soluciones de automatización complejas.

10. Sistema operativo vs. Programa de usuario En el mundo de la programación de PLC, a menudo escuchará que la CPU ejecuta dos tipos diferentes de programas: el sistema operativo y el programa de usuario. Echemos un vistazo a las diferencias entre cada uno de ellos. Sistema operativo El sistema operativo (SO) de un PLC incluye tareas y programas diseñados para ejecutarse automáticamente, lo que significa que no requieren comandos directos del usuario para funcionar. Organiza todas las funciones, secuencias y operaciones de la CPU no asociadas con una tarea de control específica. Las tareas clave del sistema operativo incluyen: Inicialización de un reinicio en caliente y un reinicio suave. Actualizar y generar tablas de imagen de proceso de E / S Ejecutar el programa de usuario Gestionar áreas de memoria Detectar e informar interrupciones Crear una conexión con dispositivos programables. Programa de usuario El programa de usuario es la combinación de las diversas funciones que requiere un PLC para procesar una determinada tarea automatizada. En otras palabras, es la parte del PLC que permite a los operadores dictar las salidas que desean, almacenadas en la memoria interna del PLC. Si bien está a cargo de las funciones más visibles, el programa de usuario trabaja con el sistema operativo del PLC.

11. Programando un PLC Una forma común de programar, modificar o solucionar problemas de un PLC es a través de un dispositivo de PC junto con el software del fabricante. También se utilizan dispositivos móviles propios conectados al PLC mediante un cable. Si bien a menudo se prefiere un dispositivo móvil por su portabilidad y conveniencia, puede carecer de un teclado tradicional y tener una capacidad limitada. Por otro lado, aunque un dispositivo de PC es un poco más voluminoso, normalmente tendrá una potencia de procesamiento más robusta. Por ejemplo, permite a los usuarios ejecutar un programa con o sin conexión, además de editar, monitorear, diagnosticar y solucionar problemas del programa. Independientemente del sistema, se puede usar la computadora portátil o dispositivo móvil para ingresar al programa PLC. Desde allí, es posible editar el código y transferirlo a la CPU. Luego, se debe desconectar el dispositivo de programación, ya que el código se encuentra está almacenado dentro de la CPU, donde se puede instruir y gobernar las operaciones del resto de la unidad.

12. Introducción a la programación en Ladder Al hablar de los conceptos básicos de programación de PLC, es posible que escuche el término "programación de escalera o ladder ". ¿Qué significa esto? Hay dos categorías principales de lenguajes de programación de PLC. Los idiomas específicos utilizados variarán según el fabricante. Mientras que algunos tienen sus propios lenguajes especializados, los más comunes encajan en una de dos categorías: lenguaje textual o lenguaje gráfico. El lenguaje textual incluye: Listados de instrucciones (IL) Texto estructurado (ST) El lenguaje gráfico incluye: Diagramas de escalera (LD) Diagrama de funciones secuenciales (SFC) Diagrama de bloques de funciones (FBD) En la mayoría de los casos, los usuarios prefieren los lenguajes gráficos a los basados ​​en texto, ya que son más simples y convenientes. Dentro de esta categoría, los diagramas ladder tienden a prevalecer por su facilidad de uso.

13. La estructura de la lógica ladder Este lenguaje gráfico ha existido desde los inicios de los PLC modernos a principios de la década de 1970, y se usó por primera vez porque tomó prestados los diagramas de relés con los que los electricistas de planta ya estaban familiarizados. La cantidad de símbolos disponibles ha crecido con el tiempo, lo que ha llevado a funcionalidades más avanzadas y diversas. El PLC se basa en estos símbolos para simular controles lógicos de relé del mundo real, conectándolos a través de líneas de circuitos y energía para dirigir el flujo de la corriente eléctrica. La programación en escalera o ladder , es a menudo conocida como lógica en escalera. Se la llama así debido a que el código resultante se representa gráficamente como peldaños de una escalera, compuesta por los siguientes símbolos: Un riel de alimentación a la izquierda Un riel de alimentación a la derecha Circuitos individuales ("peldaños") que conectan los rieles de alimentación izquierdo y derecho

14. Sistemas lógicos comunes Si bien la lógica de escalera es un lenguaje repleto de símbolos, hay algunos que se verán más que otros, especialmente en los diagramas. Repasemos algunos. Lógica de contactos Estos vienen en dos tipos: "Normalmente abiertos" (NA) y "Normalmente cerrados" (NC). Un interruptor de luz es un ejemplo de circuito NA, ya que permanece apagado a menos que alguien lo encienda. Otros usos del símbolo NA incluyen botones de encendido y otros programadores internos. Por otro lado, un contacto NC representa un circuito que permanece activo hasta que una entrada desencadena un apagado. Los usos del símbolo NC incluyen funciones a prueba de fallas, monitoreo de calor y botones de "Stop". Símbolo de salida El símbolo de salida es una representación común de señales de advertencia, luces indicadoras y contactores de motor. La salida de cada uno se enciende cuando se activa la entrada correspondiente. Flanco de salida, instrucciones OS Estas salidas se activan si una condición dada cambia de “falso” a “verdadero” durante el tiempo que le toma al PLC completar un escaneo. A menudo se usa para contadores y comandos matemáticos.

15. Temporizadores (activar / desactivar) Las instrucciones del temporizador permiten eventos con retardo activado o con retardo desactivado. Un sistema Timer Delay-On inicia un temporizador para encender el sistema cuando se energiza la entrada del PLC, dándole tiempo para calentarse antes de la operación. Esto funciona bien para retrasar los sonidos de la sirena y facilitar los retrasos en el inicio de la secuencia. Un sistema de temporizador de retardo de apagado pone este retardo al final de la operación, lo que permite que pase un tiempo entre la operación de apagado y el apagado real del sistema. Es ideal para pantallas automáticas y cualquier maquinaria que sea susceptible de apagarse accidentalmente. Comparaciones Este sistema determinará si un valor dado es mayor, menor o igual que otro valor. Los sistemas de procesamiento por dosificación son una aplicación, que utilizarán comparaciones para garantizar que todos los componentes del paquete tengan el mismo peso. Calculadoras Las calculadoras o instrucciones matemáticas permiten funciones simples de suma y resta, lo que permite a los PLC calcular datos como la velocidad del motor. Además de estas funciones numéricas típicas, también pueden alimentar funciones trascendentales más complejas, como raíces cuadradas, así como también seno, coseno y tangentes trigonométricos junto con sus formas inversas (arco seno, arco coseno y arco tangente). Instrucciones especiales Las instrucciones avanzadas pueden incluir direcciones de comunicación, bucles de controlador PID, secuencias de tambor, registros de cambio, generadores de rampas y más.

16. Diagrama de Bloques de funciones Al construir un diagrama ladder de PLC, los usuarios pueden incorporar bloques de funciones que presentan instrucciones más complejas. Además de mejorar el tiempo de escaneo, estos bloques pueden reemplazar componentes físicos completos de su sistema, como los temporizadores mecánicos cableados. Un ejemplo incluye: Y (and) / o (OR) lógica El uso de bloques de función, puede condensar los peldaños de la ladder incorporando la función lógica "Y" que requiere el encendido de dos o más entradas para activar una salida. Por ejemplo, un técnico tendría que presionar dos botones para que una máquina determinada se encienda. También se puede aplicar el mismo concepto a la función lógica "OR". Si la función lógica "Y" es similar a un circuito en serie, la función lógica "O" es su contraparte o un circuito paralelo. Se usa dentro de los bloques de funciones para requerir una entrada u otra. Esto lo hace ideal para máquinas que tienen más de un panel de control con un interruptor de ENCENDIDO / APAGADO en cada extremo. Con la función lógica "OR", los usuarios pueden presionar cualquier interruptor para lograr el mismo efecto.

17. Crear un programa de PLC Si desea utilizar la lógica ladder para crear un programa de PLC, revisemos los pasos a seguir. 1. Determine las funciones del programa Primero, determine lo que necesita que haga su programa. ¿Quiere encender un interruptor de luz? ¿Qué tal apagar una cinta transportadora o permitir que una máquina se detenga cada tres minutos? No hay una respuesta correcta o incorrecta, pero necesitará una visión clara de la función de salida antes de comenzar. 2. Enumere las condiciones del programa A continuación, enumere todas las condiciones que influirán en su programa. Usando el ejemplo del interruptor de luz, una condición sería que cuando mueva el interruptor hacia arriba, la luz se encienda. Luego, cuando lo gire hacia abajo, la luz se apaga. Diseñe un diagrama de flujo que haga referencia a estas condiciones para la representación visual. 3. Configure su software Ya está en condiciones de abrir su computadora portátil o su PC y cargar su software de programación. Configúrelo con los ajustes necesarios y establezca su idioma en "lenguaje de lógica ladder ” Finalmente, seleccione el procesador de hardware apropiado y asigne un nombre a su nuevo programa.

18. 4. Agregue los peldaños Puede comenzar a programar los "peldaños" de su progracaión en ladder una vez que coloque los carriles de alimentación en su lugar. Agregue la cantidad necesaria de peldaños en el programa, prestando mucha atención a cada entrada y salida. 5. Buscar errores Es esencial escanear su programa en busca de errores en este momento y detectarlos ahora en lugar de volver más tarde. 6. Descargar el programa Su último paso es descargar el programa a su PLC. Descárguelo en la memoria del sistema. Cuando finalice la transferencia, puede desconectar su dispositivo de programación.