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APUNTES DE SISTEMAS ELECTRONICOS
INDUSTRIALES
Conceptos Básicos
de PLCs
1.-
GENERALIDADES DE LOS PLCs
El
término PLC de amplia difusión en
el medio significa en inglés, Controlador Lógico
Programable.
Originalmente se denominaban PCs (Programmable Controllers),
pero,
con la llegada de las IBM PCs, para evitar confusión, se
emplearon
definitivamente las siglas PLC.
En Europa,
el mismo concepto es llamado Autómata
Programable.
La
definición más apropiada es:
Sistema Industrial de Control Automático que trabaja bajo una
secuencia
almacenada en memoria, de instrucciones lógicas.
Es un
sistema porque contiene todo lo necesario
para operar, e industrial por tener todos los registros necesarios para
operar en los ambientes hostiles encontrados en la industria.
Esta
familia de aparatos se distingue de otros
controladores automáticos en que puede ser programado para
controlar
cualquier tipo de máquina, a diferencia de otros muchos que,
solamente
pueden controlar un tipo específico de aparato. Un programador o
Control de Flama de una caldera, es un ejemplo de estos últimos.
Además
de poder ser programados, se insiste
en el término "Control Automático", que corresponde
solamente
a los aparatos que comparan ciertas señales provenientes de la
máquina
controlada de acuerdo con algunas reglas programadas con anterioridad
para
emitir señales de control para mantener la operación
estable
de dicha máquina.
Las
instrucciones almacenadas en memoria permiten
modificaciones así como su monitoreo externo.
Los
controladores PLC fueron desarrollados como
una alternativa flexible y económica a los viejos controladores
lógicos de relevo utilizados en procesos y controles
industriales
automatizados. Tienen algunas ventajas sobre los
controladores
lógicos de relevadores, entre ellas, el costo, el
tamaño,
la fidelidad y otras características que los antiguos sistemas
carecen.
Su desarrollo se debe a la misma tecnología del microchip y del
microprocesador. Esto permite una más fácil
programación
de los programas de control almacenados dentro de la memoria del PLC y
elimina la necesidad de alterar el hardware cada vez que se tenga que
implementar
un nuevo proceso de control.
Los controladores PLC son económicos
y
compactos, son unidades versátiles basadas en la arquitectura
estándar
de microprocesadores, utilizados en el control de procesos o de
máquinas.
Fueron diseñados para facilitar su programación y
mantenimiento.
Los sistemas PLCs reemplazan de forma rápida, fácil y
eficiente
a los antiguos y aparatosos sistemas controladores lógicos de
relevadores
utilizados en manufactura automatizada. Los PLC’s, fueron
definidos
en 1978 por la Asociación Nacional (EUA) de Manufactureros
Eléctricos
(NEMA) como: “Un aparato electrónico de
operación
digital, el cual utiliza una memoria programable que almacena
internamente
las instrucciones para implementar funciones específicas, tales
como: lógicas,
secuenciales, de tiempo, de conteo, y aritméticas; para
controlar
por medio de entradas y salidas digitales o analógicas, varios
tipos
de máquinas o procesos.”.
Los PLC’s
operan básicamente detectando
las señales de entrada lógicas (on/off) o
analógicas,
y dependiendo de los programas de control o diagramas de escalera (Ladder),
produce señales de salidas del mismo tipo (normalmente
lógico).
En la implementación de PLCs, el campo de cableado o conexiones
entre los elementos lógicos permanece inalterado, pero no se
necesitaran
más conexiones físicas. Por el contrario, las
conexiones son
almacenadas en memoria de computadora, lo cual permite la
programación
de dichas conexiones y por ende facilita más las cosas al pasar
al ámbito o escala lógica. La
lógica de escalera
(Ladder logic) es una técnica de programación que
requiere un mínimo entrenamiento de programación.
Los
sistemas PLC’s, sobre los antiguos sistemas
de relevadores, tienen ventajas considerables:
-
Realizan todas las capacidades y
funciones de los
sistemas antiguos.
-
Mucho mayor y mejor desempeño.
-
Mayor fidelidad.
-
Requieren poco mantenimiento ya que no
utilizan partes
móviles.
-
No requiere habilidades especiales de
programación
para su mantenimiento.
-
Su tamaño físico es mucho
menor que
los antiguos sistemas convencionales.
-
Y lo más importante, un costo
mucho menor.
Aunque
los sistemas PLCs tienen muchas ventajas,
también tienen sus desventajas. Entre ellas esta la
localización
de fallas debido a su diseño mas complejo que los
anteriores.
Segundo, la falla del PLC puede detener por completo los procesos que
controla,
mientras que una falla en un sistema convencional solo lo interrumpe
parcialmente.
Y tercero, la interferencia eléctrica puede alterar o
interrumpir
la memoria del PLC.
2.-
COMPONENTES
Los
pequeños PLCs son compactos y contienen
en un solo cajón todos los componentes, reciben por lo tanto el
nombre de tipo "caja de zapatos". En cambio, los mayores, son del tipo
modular y se conectan las diferentes partes de una manera que pueden
ser
reemplazadas individualmente.
Un PLC
consiste en las siguientes partes:
-
Posicionamiento de Servomecanismos
-
Contadores de Alta Velocidad.
-
Transmisores de Temperatura.
-
Puerto de Comunicación BASIC.
BUS. Los sistemas modulares requieren
una
conexión entre los distintos elementos del sistema y,
ésto
se logra mediante un bastidor que a la vez es soporte mecánico
de
los mismos.
Este bastidor contiene la
conexión a la
fuente de voltaje, así como el "bus" de direcciones y de datos
con
el que se comunican las tarjetas y el CPU.
En el caso de tener muchas tarjetas de
entradas/salidas,
o de requerirse éstas en otra parte de la máquina, a
cierta
distancia de la CPU, es necesario adaptar un bastidor adicional que sea
continuación del original, con una conexión entre
bastidores
para la comunicación. Esta conexión si es cercana puede
lograrse
con un simple cable paralelo y, en otros casos, se requiere de un
procesador
de comunicaciones para emplear fibra óptica o, una red con
protocolo
establecida.
FUENTE DE PODER. Por último, se
requiere
una fuente de voltaje para la operación de todos los componentes
mencionados anteriormente. Y ésta, puede ser externa en los
sistemas
de PLC modulares o, interna en los PLC compactos.
Además, en el caso de una
interrupción
del suministro eléctrico, para mantener la información en
la memoria borrable de tipo RAM, como es la hora y fecha, y los
registros
de contadores, etc. se requiere de una fuente auxiliar. En los PLCs
compactos
un "supercapacitor" ya integrado en el sistema es suficiente, pero en
los
modulares, es preciso adicionar una batería externa.
PROGRAMADOR. Aunque de uso eventual en
un sistema,
desde un teclado con una pantalla de una línea de caracteres
hasta
una computadora personal pueden emplearse para programar un PLC,
siempre
y cuando sean compatibles los sistemas y los programas empleados.
Con base en lo anterior, podemos clasificar
a los
PLC por tamaño. Esto es, por el número de
entradas/salidas
que se pueden tener o conectar. Ej. Un PLC con 216 entradas/salidas
permite
la conexión de una combinación de entradas y salidas cuya
suma no pase de 216.
Además
del tamaño físico,
es importante la velocidad de proceso del CPU y la memoria total que
puede
ser empleada para programas por el usuario. Ej. Un PLC con una
velocidad
de proceso de 1000 instrucciones en 0.8 ms promedio y memoria de
8KBytes
(1 Byte = 8 bits)
Es
necesario hacer notar que después de
procesar las instrucciones, el PLC se comunica externamente, realiza
funciones
de mantenimiento como verificar integridad de memoria, voltaje de
batería,
etc. En seguida actualiza las salidas y acto seguido lee las entradas.
Con lo que el tiempo de proceso total, puede llegar a ser el doble del
de ejecución del programa.
3.-
COMPARACION ENTRE LOS MODELOS DE PLCS COMPACTOS
MÁS COMUNES EN NUESTRO MEDIO.
En el orden: MITSUBISHI FX, SIEMENS 95U,
SIEMENS
214U
4.- USO
Los
P.L.C. se encuentran en la gran mayoría
de las máquinas de proceso que se fabrican actualmente y, a
veces
disfrazados de tablillas electrónicas de control, pero siempre
reduciendo
en gran medida la mano de obra que requerían todos los tableros
de control alambrados que hasta hace unos años eran
omnipresentes
en la industria y, en gran medida su gran difusión los ha
abaratado
tanto que aún en las operaciones más sencillas, el P.L.C.
toma el lugar de temporizadores y contadores.
Al alambrar
un PLC se debe tener cuidado en emplear
los cables con código de colores para evitar en lo posible
cualquier
error que pudiera ser muy costoso.
Las
compañías fabricantes de máquinas
usan el siguiente código de colores para los cables:
AZUL para circuitos de control en
c.d.
ROJO para control en c.a.
VIOLETA y/o GRIS para entradas/salidas
del PLC.
NEGRO en circuitos de fuerza
BLANCO en cables puestos a tierra en c.a.
(neutro)
y el VERDE/AMARILLO o solamente VERDE para la conexión a tierra.
5.-
TENDENCIAS.
Las
máquinas modernas controladas por un PLC
tienen pocos botones de mando, porque han sido sustituídos en
gran
medida por los paneles de mando que a su vez tienen una pequeña
o gran pantalla de avisos y, en algunos casos hasta permiten la
programación
de la Producción.
Además,
la tendencia es hacia una fabricación
integrada y, los PLC juegan el papel del soldado raso en esa cadena al
efectuar todas las operaciones burdas de control.
Estos
sistemas donde los PLC son supervisados
por sistemas más complejos están actualmente en uso en
las
grandes compañías acereras, de alimentos y de
automóviles
y, con la caída en los costos reales actuales, se puede
anticipar
su uso en fábricas y empresas más y más
pequeñas en el próximo
futuro.
En nuestro
medio, esperamos ver cada vez un mayor
número de PLC controlando las máquinas de nuestras
industrias.
6.- LIGAS A PAGINAS RELACIONADAS CON
PLCs
PLCs
en la Universidad DeLaSalle
Fabricantes
Otras
7.- BIBLIOGRAFIA
-
Programmable Controllers - Using the
Allen-Bradley
SLC-500 Family. David A. Geller, Prentice Hall.
ISBN
0130962082.
-
Introduction to Programmable Logic
Controllers
: The Mitsubishi Fx. Ridley, J. E.
John Wiley & Sons (Sd); 04/1997
- Introduction
to Programmable Logic Controllers
Dunning, Gary Delmar Publishers Pub; 02/1998
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