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Introducción a los PLC’sIntroducción a los PLC’s
Taller de Electrónica IntermediaAutor: Dr. Elmer Javier Córdova Zapata
UNIVERSIDAD NACIONAL TECNOLÓGICA DEL CONO SUR DE LIMAUNIVERSIDAD NACIONAL TECNOLÓGICA DEL CONO SUR DE LIMACARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y
TELECOMUNICACIONESTELECOMUNICACIONES
¿¿Qué Qué son los PLC’sson los PLC’s??
PLC = Programmable Logic ControllerPLC = Programmable Logic Controller
Programmable.- Computadora de propósito específico. Lenguaje de programación propio
Logic.- Basado en funciones lógicas (ON/OFF)
Controller.- Interacción directa con dispositivos externos
*PLC también es una marca registrada de Allen-Bradley, pero actualmente se ha vuelto un término genérico.
Taller de Electrónica IntermediaAutor: Dr. Elmer Javier Córdova Zapata
¿¿Qué Qué son los PLC’sson los PLC’s??
El PLC está diseñado para realizar control automático en tiempo real de procesos secuenciales, máquinas o herramientas en ambientes industriales.
El PLC fue concebido originalmente para reemplazar el control basado en relevadores.
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El relevadorEl relevador
Principio de operación:
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El relevadorEl relevador
Aspecto físico:
Taller de Electrónica IntermediaAutor: Dr. Elmer Javier Córdova Zapata
AntecedentesAntecedentes
Control basado en relevadores: Cada esquema de control estaba alambrado en
tableros de relevadores. Cuando cambian los requerimientos de producción
también tiene que cambiar el sistema de control. Cambios frecuentes Costo elevado, e.g.
industria automotriz. Los relevadores son dispositivos electromecánicos:
vida útil limitada. Conexiones entre cientos o miles de relés
enorme esfuerzo de diseño y mantenimiento. Taller de Electrónica Intermedia
Autor: Dr. Elmer Javier Córdova Zapata
AntecedentesAntecedentes
En 1968 Ford y General Motors imponen condiciones a sus proveedores de sistemas de control:
Debían ser fácilmente programables y modificables por ingenieros de planta o personal de mantenimiento.
El tiempo de vida debía ser largo. Operación en entornos industriales adversos.
Taller de Electrónica IntermediaAutor: Dr. Elmer Javier Córdova Zapata
AntecedentesAntecedentes
Bedford Associates propuso algo denominado Controlador Digital Modular o MODICON (MOdular DIgital CONtroler).
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AntecedentesAntecedentes
En la década de los 70’s el desarrollo de los microprocesadores generó un auge en el desarrollo de los PLC, mejorándolos en
Mayor capacidad de memoria Mayor capacidad de entradas /salidas Reducción de tamaño Incorporación de funciones más poderosas Facilidad de programación: mejormaiento de la
interfaz hombre-máquina Comunicación con otros PLC y otras
computadoras de control en red.
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AntecedentesAntecedentes
En la década de los 80’s continuó el mejoramiento de los PLC, en cuanto a
Mayor concentración de entradas /salidas por módulo
Incorporación de funciones analógicas: Control PID Servocontroladores Control Fuzzy
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AntecedentesAntecedentes
Década de los 90’s:
Tendencia a la estandarización Reducción de protocolos de comunicación El estándar IEC-1131-3 intenta unificar el
sistema de programación de PLCs en un único sistema a nivel mundial.
Desplazamiento del PLC por las cada vez más potentes PCs.
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AntecedentesAntecedentes
Tendencia actual:Tendencia actual:
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Campos de aplicaciónCampos de aplicación
Aplicaciones donde es necesario realizar procesos de Maniobra, secuenciación, señalización Maquinarias con procesos variables Procesos de producción cambiantes por periodos Procesos complejos y amplios
Ejemplos típicos:Máquinas herramientas, máquinas transfer, maquinaria industrial del mueble y madera, plásticos, cementeras, industria química y eléctrica, empacadoras y ensambladoras, semáforos, control de iluminación, riego de jardines, invernaderos, climatización, etc..
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Campos de aplicaciónCampos de aplicación
Máquina transfer para manufactura flexible
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Opciones TecnológicasOpciones Tecnológicas
Lógica Cableada
Relés electromagnéticos
ElectroneumáticaElectrohidráulica
Electrónica estática
Lógica Programada
Computadoras
MicrocontroladoresDispositivos Lógicos Programables (FPGAs)PLCs
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Ventajas respecto a la lógica cableadaVentajas respecto a la lógica cableada
Reducción del tiempo de diseño Reducción del cableado Reducción de espacio Posibilidad de hacer cambios en el diseño sin
cambiar el cableado Facilidad de mantenimiento
Desventajas: En lugar de alambrar hay la necesidad de programar. Dependiendo del modelo, la inversión inicial puede ser muy elevada.
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Estructura de un PLCEstructura de un PLC
Estructura Compacta: Contiene todos sus elementos en un solo módulo:
Fuente dealimentación
CPUCPU Entradas/Salidas
Actuadores
Sensores
Interfaz de programación
Memoria
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Estructura de un PLCEstructura de un PLC
Estructura Modular:
• Estructura americana: Separa las unidades de Entrada/Salida del resto de las unidades del PLC.
• Estructura Europea: Separa un módulo para cada función: Fuente, CPU, Entradas/Salidas, etc.
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Gamas de PLCsGamas de PLCs
La capacidad más importante de un PLC es su número de entradas/salidas:
• Gama Baja: número de E/S menor de 256
• Gama Media: número de E/S de 256 a 1024
• Gama Alta: número de E/S mayor de 1024
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Unidades de Entrada/SalidaUnidades de Entrada/Salida
Tipos de Entrada: se pueden clasificar en cuanto a la tensión que manejan como:• Libres de tensión• De corriente directa• De corriente alterna
Y en cuanto al tipo de señal:• Analógicas• Digitales
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Unidades de Entrada/SalidaUnidades de Entrada/Salida
Tipos de Salida: también se clasifican de acuerdo al tipo de voltaje manejado:• a relevador (corriente directa o alterna)• a triac (sólo corriente alterna)• a transistor (sólo corriente directa)
Y en cuanto al tipo de señal:• Analógicas• Digitales
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Unidades de Entrada/SalidaUnidades de Entrada/Salida
Aislamiento galvánico: Para protección contra sobrevoltajes, sobrecorrientes o errores de conexión, tanto entradas como salidas pueden ser de dos tipos:
• Con aislamiento galvánico (por optoacopladores)• Con conexión directa.
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Ciclo de operación del PLCCiclo de operación del PLC
InicioLee estado
de entradas
Ejecutaprograma
Diagnosticacomunicaciones
Actualizasalidas
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n
ProgramaciónProgramación
Lenguaje original: Diagrama de contactos (diagrama de escalera)
mn
PL1
PL3
m
mn
PL2
Símbolos lógicos:
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El PLC LOGO!El PLC LOGO!
El PLC LOGO! De SIEMENS es un PLC de bajo costo, muy compacto de gama baja
Familia de PLCs de Siemens
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El PLC LOGO!El PLC LOGO!
El LOGO! Básico tiene 8 entradas y 4 salidas (ampliable) y tiene dos versiones:
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El PLC LOGO!El PLC LOGO!
8 EntradasFuente
4 salidas
Interfaz local de
programación
Cable para programación
remota
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El PLC LOGO!El PLC LOGO!
Identificación y variantes:
12: versión de 12 v DC24: versión de 12 v DC230: versión de 115…240 v ACR: Salidas a ReléC: Incluye timer semanalo: Versión “ciega”DM: Módulo digitalAM: Modulo analógicoCM: Módulo de comunicaciones
Entradas Analógicas
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El PLC LOGO!El PLC LOGO!
Montaje en un Riel:
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El PLC LOGO!El PLC LOGO!
Conexión de Fuente y Entradas:
Sólo las entradas de grupos distintos pueden ser conectadas a fases distintas
Separador de grupos
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El PLC LOGO!El PLC LOGO!
Conexión de Salidas a relé:
Carga
Protección16 Amp.
Max.
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Arrancando LOGO!Arrancando LOGO!
Al energizar sin programa en Memoria:
Con programa ejecutándose en memoria:
>Program.. PC/Card.. Start..
No ProgramOK
>Program.. PC/Card.. Start..
I:123456
DD hh:mmQ:1234
OK
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Progamación del PLC-LOGO!Progamación del PLC-LOGO!
Crear un programa en Logo! es equivalente a alambrar un circuito lógico con los componentes que Logo! Proporciona:
Conectores: Entradas: I1, I2, …I6, I7, …I24, AI1, …, AI8 Salidas: Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, …, Q16, AQ1, AQ2 Banderas: M1, …, M8, M9, …, M24 Constantes: hi, lo, x
Bloques: Funciones Básicas Funciones Especiales
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Progamación del PLC-LOGO!Progamación del PLC-LOGO!
Vista de un Bloque en el display de Logo!
B01I2 ≥1B2 Q1x
Número de bloque asignado por LOGO!
Salida
Entrada
Salida de otro Bloque
No conectado
Bloque
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Progamación del PLC-LOGO!Progamación del PLC-LOGO!
Interconexión de Bloques: Como sólo se puede ver un bloque a la vez, LOGO! Asigna números para indicar la interconexión entre bloques:
B01B2 ≥1B3 Q1x
B02I2 ≥1B2 B1x
B03I2 ≥1B2 B1x
B1 Q1
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Progamación del PLC-LOGO!Progamación del PLC-LOGO!
Ejemplo 1: Se programará en LOGO! El siguiente circuito lógico:
I1
I2 I3K1
K1
Carga
Bobina de Relé
Contacto de Relé
L1
L1
I1
I2
I3
L N
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Progamación del PLC-LOGO!Progamación del PLC-LOGO!
En LOGO!:
I1 ≥1 Q1x
I2 &I3x
L1
L1
I1
I2
I3
Taller de Electrónica IntermediaAutor: Dr. Elmer Javier Córdova Zapata
Progamación del PLC-LOGO!Progamación del PLC-LOGO!
Alambrado:
I1 ≥1 Q1x
I2 &I3x
L1
L
N
L1
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Progamación del PLC-LOGO!Progamación del PLC-LOGO!
Creación del programa en LOGO!
>Program.. PC/Card.. Start..
OK>Edit Prg Clear Prg Set Clock
ESC
Q1
OK
ESC
Modo de programación
Otra salida
El programa comienza desde la salida hacia atrás
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Progamación del PLC-LOGO!Progamación del PLC-LOGO!
Manejo del Cursor en modo de Programación:
Se puede Mover el cursor cuando está en forma de “_” Presione alguno de los botones para moverse sobre el circuito
Presione para cambiar a modo de selección de Conector o Block. Presione para salir del modo de programación.
En modo de selección de Conector o Block (el cursor se ve en forma de un bloque sólido)
Presione para seleccionar un Conector o un Block
Confirme con Presione para volver al modo anterior
OK
ESC
OK
ESC
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Progamación del PLC-LOGO!Progamación del PLC-LOGO!
Creación del programa del Ejemplo 1
I1 ≥1 Q1x
I2 &I3x
Q1
Cursor
_ Q1_ OK
Co Q1↓
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Progamación del PLC-LOGO!Progamación del PLC-LOGO!
Creación del programa del Ejemplo 1
OK
Co Q1↓
Gf Q1↓
B01 B2 & B3 Q1 x
B01_ ≥1 Q1OK
B01 Co ≥1 Q1
OK
↓ B01 I1 ≥1_ Q1
OK
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Progamación del PLC-LOGO!Progamación del PLC-LOGO!
Creación del programa del Ejemplo 1OK
OK
OK B01 I1 ≥1_ Q1
OK B02_ & B01
OK
OK
B02I2 &_ B01
OK
OK
OK
B02I2 &I3 B01_
OK
OKOK
B02I2 &I3 B01x
B01 I1 ≥1B02 Q1_ ?
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Progamación del PLC-LOGO!Progamación del PLC-LOGO!
Creación del programa del Ejemplo 1
OK
B01 I1 ≥1B02 Q1_ ?
B01 I1 ≥1B02 Q1x
OK
B01 Q1
ESC
>Edit Prg Clear Prg Set Clock
Taller de Electrónica IntermediaAutor: Dr. Elmer Javier Córdova Zapata
Progamación del PLC-LOGO!Progamación del PLC-LOGO!
Ejecución del Programa
ESC>Edit Prg Clear Prg Set Clock
Program.. PC/Card..>Start..
OK
I:123456
DD hh:mmQ:1234
Modo de Ejecución
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Progamación del PLC-LOGO!Progamación del PLC-LOGO!
Modificación del programa:Si el diagrama del ejemplo 1 se desea cambiar a:
I1 ≥1 Q1x
I2 ≥1I3x
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Progamación del PLC-LOGO!Progamación del PLC-LOGO!
Pasar a modo de edición de programa:
B01 Q1
varias teclas de cursor
B02I2 &I3 B01x
_OK B02
I2 ≥1I3 B01x
OK
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Progamación del PLC-LOGO!Progamación del PLC-LOGO!
Borrado de Bloques:Si deseamos borrar el bloque B01 del ejemplo 1:
I1 ≥1 Q1x
I2 ≥1I3x
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Progamación del PLC-LOGO!Progamación del PLC-LOGO!
En modo de edición de programa:
El circuito queda:
B01 Q1_
OKOK
B01 Q1_OK
B02 Q1
I2 ≥1I3x
Q1
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Funciones Lógicas BásicasFunciones Lógicas Básicas
LOGO! Cuenta con las siguientes funciones Básicas:
Función AND Función OR Función NOT
Función NAND Función NOR Función EXOR
& ≥1 1
& ≥1 =1
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Funciones Lógicas BásicasFunciones Lógicas Básicas
Otras funciones Básicas:
Función AND con detección de flanco (transición)
Función NAND con detección de flanco (transición)
&↑
&↓
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Funciones Lógicas BásicasFunciones Lógicas Básicas
Función AND con detección de flanco (transición)
&↑ Produce una salida 1 solamente cuando todas sus entradas son 1 y al menos una de ellas era 0 en el ciclo previo.
123
Q
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Funciones Lógicas BásicasFunciones Lógicas Básicas
Función NAND con detección de flanco (transición)
Produce una salida 1 solamente cuando al menos una de sus entradas es 0 y todas ellas eran 1 en el ciclo previo.
123
Q&↓
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Funciones EspecialesFunciones Especiales
Las aplicaciones más poderosas del PLC están basadas en el manejo de timers y contadores. Este tipo de funciones se denominan Funciones Especiales, a continuación se describen algunas.
El Latch Set Reset:
SRPar
QRS
Set: Activa la Salida Q=1Reset: Apaga la salida Q=0Parámetro: Activa/desactiva la Retentividad= Capacidad de conservar el estado previo a una corte de energía.
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Funciones EspecialesFunciones Especiales
Ejemplo: Un arrancador simple de motor consiste en un botón de arranque A y un botón de paro P. En este caso se ha agregado un switch C de mantenimiento para evitar el arranque.
MotorRS
&ACx
P
L
N Motor
A
P
C
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Funciones EspecialesFunciones Especiales
Encendido Retardado (ON Delay).- Esta función permite programar el encendido temporizado de dispositivos.
TrgPar Q
Trg: En el flanco de subida arranca el conteo de tiempo, cuando el tiempo programado termina la salida se enciende. Si Trg=0 la salida se apaga.Par: Establece el tiempo de retardo de encendido.Opciones de Protección:+: Permite Lectura/Modificación en modo de asignación de parámetros-: Protege contra Lectura/escritura en modo de asignación de parámetros y sólo puede ser modificado en modo de programación
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Funciones EspecialesFunciones Especiales
Modo de asignación de parámetros: Permite visualizar y/o modificar valores de parámetros siempre y cuando no estén protegidos.
ESC OK
I:123456
DD hh:mmQ:1234
Modo de ejecución
>Set Clock Set Param
OKB01:TT=03:00s
Ta=00.00s
Tiempo de retardo en evolución
Tiempo de retardo programado
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Funciones EspecialesFunciones Especiales
Apagado Retardado (OFF Delay).- Esta función permite programar el apagado temporizado de dispositivos.
TrgRPar
Q
Trg: En el flanco de bajada enciende la salida y arranca el conteo de tiempo, al terminar el tiempo programado la salida se apaga. Si Trg=1 el conteo se reinicia.R (Reset): Si R=1 la salida se apaga.Par: Establece el tiempo de retardo.Opciones de Protección:+: Permite Lectura/Escritura-: Protege contra Lectura/escritura
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Funciones EspecialesFunciones Especiales
Ejemplo: Secuencia de encendido de dos dispositivos
TrgRPar
Q
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