Contenido
- ¿Qué es un PLC?
- Fundamentos del PLC
- ¿Cómo funciona un PLC?
- Estructura física del PLC
- Bastidor o chasis
- Módulo de suministro de energía
- Módulo de CPU y memoria
- Módulo de entrada y salida
- Módulo de interfaz de comunicación
- Tipos de PLCs
- PLC compacto
- PLC modular
- Aplicaciones del PLC
- Programación del PLC
- Lógica de la escalera
- Diagramas de bloque funcional
- Programación de texto estructurado
- Ejemplos de programación de PLC
¿Qué es un PLC?
PLC significa Controlador Lógico Programable. Un PLC es un ordenador especialmente diseñado para operar de forma fiable en entornos industriales difíciles como temperaturas extremas, condiciones húmedas, secas y/o polvorientas. Se utiliza para automatizar procesos industriales como una línea de montaje de plantas de fabricación, una planta de procesamiento de minerales o una planta de tratamiento de aguas residuales.
Los PLCs comparten muchas características del ordenador personal que tienes en casa. Ambos tienen una fuente de alimentación, una CPU (Unidad Central de Procesamiento), entradas y salidas (I/O), memoria y software operativo (aunque es un software operativo diferente). Las mayores diferencias son que un PLC puede realizar funciones discretas y continuas que un PC no puede hacer, y un PLC es mucho más adecuado para entornos industriales difíciles. Se puede pensar en un PLC como un ordenador digital robusto que gestiona los procesos electromecánicos de un entorno industrial.
Los PLCs juegan un papel crucial en el campo de la automatización, usando la formación de parte de una mayor Sistema SCADA. Un PLC puede ser programado de acuerdo a los requerimientos operacionales del proceso. En la industria manufacturera, será necesario reprogramar debido al cambio en la naturaleza de la producción. Para superar esta dificultad, los PLC basados sistemas de control se introdujeron. Bien, primero discuta los fundamentos de los PLC antes de mirar las diversas aplicaciones de los PLC.
Fundamentos del PLC
Los PLCs fueron inventados por Dick Morley en 1964. Desde entonces, el PLC ha revolucionado los sectores industriales y manufactureros. Hay una amplia gama de funciones del PLC como cronometrar, contar, calcular, comparar y procesar diversas señales analógicas.
La principal ventaja del PLC sobre un sistema de control cableado es que puedes volver y cambiar un PLC después de haberlo programado, a un bajo costo (sólo el costo del tiempo de los programadores). En un sistema de control con cables, esencialmente tienes que arrancar los cables y empezar de cero (lo cual es más caro y lleva más tiempo). Veamos un ejemplo para entender mejor esta ventaja.
Imagina que tienes una luz conectada a un interruptor. En general, la luz funciona bajo dos condiciones: ENCENDIDA y APAGADA. Ahora se te da la tarea de que cuando enciendas el interruptor, la luz debe brillar sólo después de 30 segundos. Con esta configuración de cableado se atascaron. La única manera de lograrlo es recablear completamente nuestro circuito para añadir un relé temporizador. Eso es un montón de problemas para un cambio menor.
Aquí es donde un PLC entra en escena, que no requiere ningún cableado y hardware adicional para asegurar un cambio. Más bien requiere un simple cambio de código, programando el PLC para que sólo encienda la luz 30 segundos después de que el interruptor se encienda. Así que, usando un PLC, es fácil incorporar múltiples entradas y salidas. Este es sólo un simple ejemplo de que un PLC tiene la capacidad de controlar procesos mucho más grandes y complejos. Un PLC puede ser personalizado dependiendo de la aplicación y las necesidades del usuario.
¿Cómo funciona un PLC?
El funcionamiento de un PLC puede entenderse fácilmente como un método de escaneo cíclico conocido como ciclo de escaneo.
Un proceso de escaneo de PLC incluye los siguientes pasos
- El sistema operativo comienza el ciclo y el control del tiempo.
- La CPU comienza a leer los datos del módulo de entrada y comprueba el estado de todas las entradas.
- La CPU comienza a ejecutar el programa de usuario o de aplicación escrito en la lógica de la escalera de relevo o en cualquier otro lenguaje de programación de PLC.
- A continuación, la CPU realiza todas las tareas de diagnóstico interno y de comunicación.
- De acuerdo con los resultados del programa, escribe los datos en el módulo de salida para que todas las salidas se actualicen.
- Este proceso continúa mientras el PLC esté en modo de ejecución.
Estructura física del PLC
La estructura de un PLC es casi similar a la arquitectura de un ordenador.
Los controladores lógicos programables supervisan continuamente los valores de entrada de los diversos dispositivos de detección de entrada (por ejemplo, el acelerómetro, la escala de peso, las señales cableadas, etc.) y producen la salida correspondiente según la naturaleza de la producción y la industria. Un diagrama de bloques típico de un PLC consta de cinco partes, a saber:
- Bastidor o chasis
- Módulo de suministro de energía
- Unidad Central de Procesamiento (CPU)
- Módulo de entrada y salida
- Módulo de interfaz de comunicación
Bastidor o chasis
En todos los sistemas PLC, el bastidor o chasis del PLC forma el módulo más importante y actúa como columna vertebral del sistema. Los PLC están disponibles en diferentes formas y tamaños. Cuando se trata de sistemas de control más complejos, se requieren bastidores de PLC más grandes. Los PLC de tamaño pequeño están equipados con una configuración de clavijas de E/S fijas. Por lo tanto, han optado por el tipo de rack modular PLC, que acepta diferentes tipos de módulos de E / S con deslizamiento y encaje en el concepto. Todos los módulos de E/S residirán dentro de este rack/chasis.
Módulo de suministro de energía
Este módulo se utiliza para proporcionar la energía necesaria a todo el sistema PLC. Convierte la energía de CA disponible en energía de CC que es requerida por el CPU y el módulo de E/S. El PLC generalmente funciona con un suministro de 24V DC. Pocos PLC utilizan una fuente de alimentación aislada.
Módulo de CPU y memoria
El módulo de la CPU tiene un procesador central, memoria ROM y RAM. La memoria ROM incluye el sistema operativo, el controlador y el programa de aplicación. La memoria RAM se utiliza para almacenar programas y datos. El CPU es el cerebro del PLC con un microprocesador octal o hexagonal. Al ser una CPU basada en un microprocesador, sustituye a los temporizadores, relés y contadores. Con un PLC se pueden incorporar dos tipos de procesadores como un procesador de un solo bit o de palabra. El procesador de un bit se utiliza para realizar funciones lógicas. Mientras que los procesadores de texto se utilizan para procesar texto, datos numéricos, controlar y registrar datos. La CPU lee los datos de entrada de los sensores, los procesa y finalmente envía el comando a los dispositivos de control. La fuente de alimentación de corriente continua, como se mencionó en la discusión anterior, son las señales de voltaje requeridas. La CPU también contiene otras partes eléctricas para conectar los cables utilizados por otras unidades.
Módulo de entrada y salida
¿Has pensado alguna vez en cómo percibir parámetros físicos como la temperatura, la presión, el flujo, etc… usando el PLC? Por supuesto, el PLC tiene un módulo exclusivo para interconectar las entradas y salidas, que se llama módulo de entrada y salida. Los dispositivos de entrada pueden ser pulsadores de arranque y parada, interruptores, etc. y los de salida pueden ser un calentador eléctrico, válvulas, relés, etc. El módulo de E/S ayuda a interconectar los dispositivos de entrada y salida con un microprocesador. El módulo de entrada del PLC se explica en la siguiente figura.
El módulo de entrada del PLC hace cuatro funciones principales.
- La interfaz del módulo de entrada recibe la señal de los dispositivos de proceso a 220 V AC
- Convierte la señal de entrada a 5 V DC que puede ser usada por el PLC
- El bloque aislante se usa para aislar/prevenir que el PLC sufra fluctuaciones
- Después de lo cual la señal se envía al extremo de salida, es decir, al PLC
Hay dos secciones principales en el módulo de entrada, a saber, la sección de potencia y la sección lógica. Ambas secciones están aisladas eléctricamente una de la otra. Inicialmente el botón de presión está cerrado. Así que, la alimentación de 220 V AC se da al circuito del puente a través de las resistencias R1 y R2. El rectificador del puente se utiliza para convertir la señal de CA en CC y el diodo zener se utiliza para proporcionar suministro de baja tensión al LED. Cuando la luz del LED cae sobre el fototransistor, funciona en la región de conducción. Finalmente, se le da una alimentación de 5V DC al procesador.
El módulo de salida del PLC funciona de manera similar al módulo de entrada pero en el proceso inverso. Hace la interfaz entre la carga de salida y el procesador. Así que aquí la primera sección sería la sesión lógica y la sección de potencia viene a continuación. El funcionamiento del módulo de salida se muestra en la siguiente figura
Así que, aquí cuando la señal alta lógica se genera desde el procesador, el LED se encenderá y permitirá que la luz caiga sobre un fototransistor. Cuando el transistor va a la región de conducción, genera un pulso a la puerta del tríaco. El bloque aislador se utiliza para aislar la sección lógica y la sección de control.
Módulo de interfaz de comunicación
Para transferir la información entre la CPU y la red de comunicación, se utilizan módulos de E/S inteligentes. Estos módulos de comunicación ayudan a conectarse con otros PLC y computadoras que están ubicadas en un lugar remoto.
Tipos de PLCs
Los dos tipos principales de PLC son el PLC fijo / compacto y el PLC modular.
PLC compacto
En un solo caso, habría muchos módulos. Tiene un número fijo de módulos de E/S y tarjetas de E/S externas. Por lo tanto, no tiene la capacidad de expandir los módulos. Cada entrada y salida sería decidida por el fabricante.
PLC modular
Este tipo de PLC permite la expansión múltiple a través de módulos, por lo que se denomina PLC modular. Los componentes de E/S pueden ser aumentados. Es más fácil de usar porque cada componente es independiente de los demás.
Los PLC se dividen en tres tipos basados en la salida, a saber, salida de relé, salida de transistor y salida de triángulo PLC. El tipo de salida de relé es el más adecuado para los dispositivos de salida de CA y de CC. El tipo de salida de transistor PLC utiliza operaciones de conmutación y se utiliza dentro de los microprocesadores.
Según el tamaño físico, un PLC se divide en Mini, Micro y Nano PLC.
Algunos de los fabricantes de PLCs incluyen:
- Allen Bradley
- ABB
- Siemens
- Mitsubishi PLC
- Hitachi PLC
- Delta PLC
- General Electric (GE) PLC
- Honeywell PLC
Aplicaciones del PLC
Los PLCs tienen una variedad de aplicaciones y usos, incluyendo:
- Plantas de Automatización de Procesos (por ejemplo, minería, petróleo y gas)
- Industria del vidrio
- Industria del papel
- Fabricación de cemento
- En calderas Plantas de energía térmica
Programación del PLC
Cuando se utiliza un PLC, es importante diseñar e implementar conceptos dependiendo de su caso de uso particular. Para hacer esto, primero necesitamos saber más acerca de los detalles de la programación del PLC. Un programa PLC consiste en un conjunto de instrucciones ya sea en forma textual o gráfica, que representa la lógica que gobierna el proceso que el PLC está controlando. Hay dos clasificaciones principales de los lenguajes de programación de PLC, que a su vez se divide en muchos tipos subclasificados.
- Lenguaje textual
- Lista de instrucciones
- Texto estructurado
- Forma gráfica
- Diagramas de escalera (LD) (es decir, Lógica de escalera)
- Diagrama de bloque de funciones (FBD)
- Cuadro de funciones secuenciales (SFC)
Debido a sus características simples y convenientes, la representación gráfica es muy preferida a los lenguajes textuales.
Lógica de la escalera
La lógica de la escalera es la forma más simple de programación del PLC. También se conoce como lógica de relevo. Los contactos de relé utilizados en los sistemas controlados por relés se representan mediante la lógica de escalera.
La siguiente figura muestra el sencillo ejemplo de un diagrama de escalera.
En el ejemplo anterior, se utilizan dos pulsadores para controlar la misma carga de la lámpara. Cuando cualquiera de los interruptores se cierra, la lámpara se enciende. Las dos líneas horizontales se llaman peldaños y las dos líneas verticales se llaman rieles. Cada peldaño forma la conectividad eléctrica entre el riel positivo (P) y el riel negativo (N). Esto permite que la corriente fluya entre los dispositivos de entrada y de salida.
Diagramas de bloque funcional
El Diagrama de Bloques Funcionales (FBD) es un método simple y gráfico para programar múltiples funciones en el PLC. PLCOpen ha descrito el uso de FBD en el estándar IEC 61131-3. Un bloque de función es una unidad de instrucción de programa que, cuando se ejecuta, produce uno o más valores de salida. Se representa por un bloque como se muestra a continuación. Se representa como un bloque rectangular con las entradas a la izquierda y las salidas a la derecha. Da una relación entre el estado de la entrada y la salida
La ventaja de utilizar el FBD es que se puede utilizar cualquier número de entradas y salidas en el bloque funcional. Cuando se utilizan varias entradas y salidas, se puede conectar la salida de un bloque funcional a la entrada de otro. De esta manera, la construcción de un Diagrama de bloque de funciones.
La siguiente figura muestra varios bloques de funciones utilizados en la programación del FBD.
La siguiente figura muestra un diagrama de escalera y su equivalente en bloque de funciones en notación Siemens.
Programación de texto estructurado
El texto estructurado es un lenguaje de programación textual que utiliza declaraciones para determinar qué ejecutar. Sigue protocolos de programación más convencionales pero no distingue entre mayúsculas y minúsculas. Una serie de sentencias (lógica) está constituida por la expresión de asignaciones y relaciones utilizando varios operadores. Los operadores de texto de las estructuras se enumeran a continuación en la imagen.
Ejemplos de programación de PLC
Es necesario encender una lámpara de señal si una bomba está funcionando y la presión es satisfactoria, o si el interruptor de prueba de la lámpara está cerrado. En esta aplicación, si debe haber una salida de las entradas de la lámpara tanto de la bomba como de los sensores de presión se requiere. Por lo tanto,
Y se utiliza la lógica AND. La lógica OR se utiliza para la condición de entrada de la prueba, se requiere para dar una salida de lámpara encendida independientemente de si hay una señal del sistema AND. Usando la instrucción END o RET en el diagrama de escalera, podemos decir que el PLC ha llegado al final del programa. El diagrama de bloques de funciones y el diagrama de escalera se muestran a continuación en la figura.
Como otro ejemplo, considérese una válvula que se va a operar para levantar una carga cuando una bomba está en funcionamiento y se acciona el interruptor de elevación o se acciona un interruptor que indica que la carga no ha sido ya levantada y se encuentra en el fondo de su canal de elevación. La lógica O se utiliza para dos interruptores y la lógica Y se utiliza con dos interruptores y la bomba. La válvula sólo se accionará si la bomba está encendida y se accionan dos interruptores.
Considere una máquina de bebidas que permite la selección de té o café, leche o no leche, azúcar o no azúcar, y suministrará la bebida caliente requerida al insertar una moneda. De la figura que se muestra a continuación, se ve que el té o el café se selecciona usando la primera puerta lógica O. La primera puerta AND da una salida cuando se selecciona té o café y se inserta una moneda en la máquina. La salida de esta puerta Y se da a la segunda puerta Y. La segunda compuerta Y funciona sólo cuando el agua caliente se combina con el té. La leche y el azúcar son adiciones opcionales que pueden ocurrir después de que una moneda ha sido insertada.
