controlador lógico programable (plc) curso tutorial

Universidad De Oriente Ncleo de Anzotegui Escuela de Ingeniera y Ciencias Aplicadas Departamento de Electricidad

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Controlador Lgico Programable (PLC). Curso Tutorial.

Realizado por: Prof. Danilo A. Navarro G.

Trabajo Presentado Como Requisito Parcial Para Ascender a la Categora de Profesor Agregado.

Puerto La Cruz, Julio de 2001.

CONTENIDOIntroduccin. 1. El comienzo. 1.1 Qu es un PLC? 1.2 Historia de los PLCs. 1.3 Caractersticas sobresalientes de los PLCs 1.4 Ventajas de los PLCs sobre la lgica a rels. 1.5 Listado de principales fabricantes. 2. Operacin de los PLCs. 2.1 Estructura interna. 2.2 Como trabajan los PLCs. 2.3 Tiempo de respuesta de los PLCs y sus efectos. 3. Conexionado e interfaces de entrada / salida. 3.1Tipos de Entrada / Salida a los PLCs. 3.2 Entradas al PLC 3.3 Entradas DC. 3.4 Conexionado de entradas DC. 3.4.1 Conexionado de entradas tipo NPN. 3.4.2 Conexionado de entradas tipo PNP 3.4.3 Conexionado de sensores tipo 2 hilos. 3.5 Entradas AC. 3.6 Conexionado de entradas AC 3.8 Salidas del PLC. 3.9 Salidas a rel. 3.10 Salidas a transistores 4. Creacin de programas. 4.1 Sustitucin de rels. 4.2 lenguajes de programacin. 4.3 Instrucciones bsicas. 4.4 Registros de direcciones en los PLCs. 4.5 Un ejemplo de control de nivel.Prof. Danilo Navarro. Universidad De Oriente. Julio 2001.

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CONTENIDO

4.6 Ejecucin del programa de control de nivel. 5. Principales instrucciones. 5.1 lgebra Booleana. 5.2 Instrucciones memorizadas. 5.3 Contadores. 5.4 Temporizadores. 5.5 Precisin de los temporizadores. 5.6 Instruccin Un-Scan. 5.7 Control maestro. 5.8 Registros de desplazamiento. 5.9 Acceso y manipulacin de datos. 5.10 Instrucciones matemticas. 6. Lenguaje y equipos para la programacin. 6.1 Lenguaje escalera (LADDER). 6.1.1 Principios de programacin. 6.1.2 Ejemplo de control de estacionamiento. 6.2 Lista de instrucciones (AWL, BOOLEANO, Nemnicos). 6.3 Grficos funcionales de secuencia (SFC, GRAFCET). 6.3.1 Reglas para la construccin del GRAFCET 6.3.2 Ejemplo 6.4 Programacin con texto estructurado. 6.5 Bloques funcionales. 6.6 Equipos para la programacin. 7. Comunicaciones. 7.1 Comunicacin RS-232 (Hardware). 7.2 Comunicacin RS-232 (Software). 7.3 Usando RS-232 dentro de la programacin escalera Conclusiones. Bibliografa. Anexos

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Prof. Danilo Navarro. Universidad De Oriente. Julio 2001.

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INTRODUCCION

automticos lo representa esencialmente los Controladores Lgicos Programables (PLC). Cotejar la idea que tiene cada estudiante o profesional del rea de automatizacin respecto a lo que es un PLC arrojara un cmulo de ideas distintas dependiendo por supuesto del conocimiento previo y el paradigma que cada individuo se haya formado respecto a este mismo tema. En este trabajo no se trata de unificar estas ideas o conceptos, sino ms bien se trata de enriquecer el conocimiento que estudiantes y profesionales poseen hasta este momento. De manera especial para estudiantes y profesionales del rea de elctrica, electrnica, computacin y sistemas; es de primera necesidad tener conocimientos y un mediano entrenamiento en el tpico de los PLCs, ya que estos forman parte fundamental en sistemas de control, de adquisicin de datos y de manejo de la informacin de un gran nmero de procesos y mquinas que se encuentran en su campo de trabajo. Aunque existen textos (muy escasos) especializados en la temtica de los PLCs, para no dejar el entrenamiento en lo meramente terico, es necesario que el aprendiz acuda a los cursos de entrenamiento dictados por los propios fabricantes de los equipos. Estos cursos adems de ser costosos, los ofrecen muy

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os sistemas automatizados han evolucionado desde el control a rels hasta los que usan facilidades computacionales desarrolladas en los tiempos presentes. Actualmente el corazn del desarrollo de los sistemas

espordicamente a grupos especiales, y por lo general son poco amplios ya que tratan a un determinado tipo o marca de PLC. Este trabajo combina los aspectos tericos del software y del hardware de los PLCs, con paquetes computacionales de simulacin para ofrecer al interesado la posibilidad de cumplir con un programa de auto entrenamiento que lo prepare mejor para ejecutar trabajos en el rea de los PLCs.


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INTRODUCCIN

Para lograr esta meta se aborda en los captulos 1 y 2 los aspectos filosficos de la estructura y el funcionamiento de los PLCs, para luego cubrir los extensos tipos de conexiones e interfaces de entrada / salida en el captulo numero 3. Conociendo los fundamentos del software usado por un PLC, se llega fcilmente a entender cualquier otro PLC. Por esta razn, en los captulos 4 y 5 se cubren las principales instrucciones soportadas por los PLCs, combinando cada explicacin con una simulacin animada de la misma. Uno de los aspectos ms importantes dentro del trabajo con PLCs es la programacin de los mismos y la creacin o configuracin de las aplicaciones. Considerando lo anterior, el captulo 6 cubre lo concerniente a las distintos lenguajes de programacin tipificados en el estndar IEC 1131, as como tambin se desarrollan aplicaciones que pueden ser ejecutadas en el software de simulacin que acompaa a este trabajo, o en el PLC TSX17 que se encuentra disponible en el laboratorio de Sistemas de control del Departamento de Ingeniera elctrica de la Universidad de Oriente. Tambin, el rpido avance de los sistemas de control distribuido no es posible sin las facilidades de comunicacin con las que cuentan los PLCs. De aqu que como parte final de este trabajo, en el captulo 7, se detalle en forma bsica la interfase de comunicacin ms comnmente usada por los PLCs: La RS-232.


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Captulo

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EL COMIENZO.1.1 Qu es un PLC?

demanda de la aplicacin. Fue inventado para remplazar los circuitos secuenciales basados en rels que eran necesarios para el control de las mquinas. El PLC funciona monitoreando sus entradas, y dependiendo de su estado, activando y desactivando sus salidas. El usuario introduce al PLC un programa, usualmente va Software, lo que ocasiona que el PLC se comporte de la manera deseada.

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n PLC ( Controlador Lgico Programable) es un dispositivo electrnico de estado slido que puede controlar un proceso o una mquina y que tiene la capacidad de ser programado o reprogramado rpidamente segn la

Fig. 1 Aspecto fsico de un PLC. Los PLCs son usados en muchas aplicaciones: Maquinado de piezas, Embaladoras, Manipulacin de materiales, ensamblado automtico, y en general cualquier tipo de aplicacin que requiera de controles elctricos puede usar ms bien un PLC.


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CAPITULO 1.

EL COMIENZO.

Fig. 2 Aplicacin tpica de un PLC. Por ejemplo asmase que cuando un switch se activa, deseamos tambin activar una vlvula solenoide por un perodo de 5 segundos y luego apagarla sin importar el tiempo que el switch estuvo activado. Esto se puede hacer con un simple temporizador externo; pero, Qu tal si el proceso incluye 10 switch y 10 selenoides?. Tambin, Qu si en el proceso es necesario contar cuantas veces cada switch se activo?. Obviamente se necesitaran una gran cantidad de contadores externos. Como se ve, mientras ms grande el proceso, mayor es la necesidad de un PLC, y por ejemplo en el caso descrito bastara con simplemente programar el PLC para que cuente sus entradas y mantenga activadas sus salidas por un cierto perodo de tiempo.


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CAPITULO 1.

EL COMIENZO.

1.2 Breve historia de los PLC.

En 1968, una expresa consultora llamada Bedford Associates (Bedford, MA) diseo para la General Motors un dispositivo de control que llamaron Controlador Digital Modular (Modular Digital Controller, MODICON) 084. Otras compaas al mismo tiempo propusieron esquemas de control basados en computadoras, uno de los cuales se bas en el PDP-8. El MODICON 084 represent el primer PLC en el mundo dentro de la produccin comercial. La razn principal que impuls este nuevo tipo de control fue que cuando cambiaba los requerimientos de produccin, tambin lo hacia el sistema de control, y esto se tornaba costoso sobre todo cuando los cambios eran frecuentes. Tambin, como los rels son elementos mecnicos, ellos tienen un perodo de vida limitado y adems requieren de un estricto programa de mantenimiento. Igualmente, la resolucin de problemas en la lgica de control era muy tediosa sobre todo cuando estaban involucrados gran cantidad de rels; y los paneles de control de las mquinas incluan cada vez ms funciones que si se utilizaba lgica a rels, estos incluiran cientos de ellos, lo que ocasiona el problema inicial del difcil cableado de los paneles. Estos nuevos controladores tambin tenan que ser fciles de programar por los ingenieros de planta y de mantenimiento. El tiempo de vida tenia que ser largo y los cambios en la programacin de las funciones deba ser fcilmente realizable. Tambin, los nuevos controladores deban poseer cualidades para resistir a los severos ambientes industriales. La respuesta a este lote de planteamientos era usar tcnicas de programacin que ya le fueran familiares a los tcnicos de plantas(diagramas de contacto: LADDER) y a la par remplazar los rels electromecnicos por unos que fueran de estado slido.

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os PLCs fueron introducidos por primera vez a finales de 1960. La razn principal para introducir tal dispositivo fue la de eliminar el gran costo que representaba remplazar los sistemas de control basados en lgica de rels.


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EL COMIENZO.

A mediados de los 70 la tecnologa dominante en los PLCs eran las maquinas secuenciadoras de estados y los bit-Slice based CPU. El AMD 2901 y 2903 eran bastante populares en los PLCs de Allen Bradley y en los de MODICON. Los microprocesadores convencionales carecan de la potencia para satisfacer los requerimientos de lgica en todo los PLCs excepto en los ms pequeos. Segn como los microprocesadores convencionales evolucionaron, en esa misma medida se construyeron PLCs cada vez ms grandes y potentes. Las posibilidades de comunicacin comienzan a aparecer aproximadamente en 1973. El primero de tales sistemas fue el ModBus de MODICON. Los PLCs pueden a partir de aqu comunicarse con otros PLCs distantes e intercambiar con ellos datos de las mquinas controladas. Igualmente se pueden usar para enviar y recibir voltajes variables lo que les permite entrar al mundo analgico. Desdichadamente, la carencia de estandarizacin acoplada con los continuos cambios tecnolgicos hicieron la comunicacin entre los PLCs un mar negro de redes y protocolos incompatibles. En los 80 se vio el intento por estandarizar las comunicaciones con el Protocolo de Automatizacin de la Manufactura de la General Motors (MAP). En este tiempo tambin se redujo el tamao de los PLCs y se hicieron programables mediante la programacin simblica desde computadores personales PCs en vez de mantener los terminales de programacin dedicados o programadores "handheld. Hoy, el PLC ms pequeo en el mundo es del tamao de un simple rel de control. En los 90 se vio una gradual reduccin en la introduccin de nuevos protocolos, y en la modernizacin de las capas fsicas de alguno de los ms populares protocolos que sobrevivieron a la dcada de los 80. El ultimo standard (IEC 1131-3) ha tratado de unificar los lenguajes de programacin de los PLCs bajo un nico standard internacional. Actualmente hay PLC que son programables en diagramas de Bloques de Funciones, Lista de instrucciones, C++ y texto estructurado, Diagrama de Contactos(LADDER) y GRAFCET al mismo tiempo.


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1.3 Caractersticas sobresalientes de los PLCs. v Poseen memoria voltil y no voltil. Tanto el programa de aplicacin escrito por el usuario como los datos internos del PLCs, normalmente es guardado en una RAM (memoria voltil), lo que le permite tener un acceso ms veloz a las instrucciones de programa y a los datos internos de registros, contadores, temporizadores, bits internos, etc. Tambin, una vez que se ha depurado el programa de aplicacin, los PLCs permiten la opcin de salvaguardar el programa en memorias tipo EEPROM (no voltiles) para as recuperar el mismo en caso de un corte muy prolongado de energa que ocasiona una perdida de datos de la RAM.

Fig. 3 Tipos de memorias en un PLC. v Capacidad modular de entradas / salidas. Esto permite la combinacin de distintos niveles y tipos de seal de entrada, as como tambin el manejo de salidas para distintos tipos de carga. Igualmente si la aplicacin crece, y se requiere mayor nmero de entradas / salidas, casi sin ningn problema los PLCs pueden adecuarse al nuevo requerimiento.

Fig. 4 Capacidad modular de los PLCs. v Autodiagnstico de fallas. El PLC monitorea el funcionamiento de su CPU, Memoria y circuito de interfases de entrada y de salida, e igualmenteProf. Danilo Navarro. Universidad De Oriente. Julio 2001. 5

CAPITULO 1.

EL COMIENZO.

monitorea el correcto funcionamiento del programa de aplicacin. En ambos casos sealiza por medio de LEDs en su cara frontal el estado respectivo. Obviamente esta capacidad es de gran utilidad para efectos de mantenimiento y correccin de fallas.

Fig. 5 Visualizador de status del PLC. v Programacin de la lgica de control. Esto permite la fcil adaptacin a los cambios en la lgica de operacin de las mquinas y procesos.

Fig. 6 Lgica programada. v Capacidad para generar reportes y comunicarse con otros sistemas. Con esta facilidad se pueden integrar interfaces de explotacin Hombre-Mquina, sacndole al sistema mayor cantidad de informacin. Igualmente los PLCs pueden participar en redes de datos comunicndose con otros PLCs para formar sistemas de control distribuidos, o integrndose a las redes administrativas de la produccin.


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EL COMIENZO.

Fig. 7 Capacidad de comunicacin.


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1.4 Ventajas de los PLCs sobre la lgica a rels.

LOGICA CON PLCs v Flexibilidad de configuracin programacin.

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LGICA A RELES Costosos cambios de hardware Mayor tiempo de cambios en la lgica de control Pocas funciones: Rels,

v Rpidos cambios de la lgica de control. v Amplia variedad de funciones: Rels, Contadores, Temp., Secuenciadores, Registros, etc. v Reduccin de espacio v Montaje fcil y rpido v Localizacin fcil y rpida de averas y fallas v Alta confiabilidad. Elementos de

Contadores, Temporizadores Mayor espacio relativo Montaje lento y tedioso Bsqueda lenta y ms difcil de averas Poca confiabilidad. Partes

estado slido v Mltiples contactos NO, NC v Consumo de energa reducido v Reduccin del costo a medida que aumenta la complejidad del proceso

mecnicas Mximo de 4 a 6 contactos Mayor consumo de energa A partir de 15 o 20 rels, el costo comparativo supera el costo con PLCs


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EL COMIENZO.

1.5 Listado de principales fabricantes de PLCs.

AAlfa Laval Aromat

continuacin se muestra un listado de los principales fabricantes y vendedores de sistemas para control, automatismos y PLCs.

ABB : http://www.abb.com/products&contracting

Allen-Bradley : http://www.ab.com/ ALSTOM/Cegelec

AutomationDirect/PLC Direct/Koyo/ : http://www.automationdirect.com/ B&R Industrial Automation Beck Electronic/Festo Berthel gmbh Cegelec/ALSTOM Control Microsystems Crouzet Automatismes Control Technology Corporation Cutler Hammer/IDT : http://www.ch.cutler-hammer.com/ Divelbiss EBERLE gmbh Elsag Bailey Entertron Festo/Beck Electronic Fisher & Paykel Fuji Electric GE-Fanuc : http://www.gefanuc.com/ Gould/Modicon : http://www.modicon.com/ Grayhill Groupe Schneider HimaProf. Danilo Navarro. Universidad De Oriente. Julio 2001. 9

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EL COMIENZO.

Hitachi : http://www.lighthouseplcs.com/ Honeywell : http://www.iac.honeywell.com/ Horner Electric Idec IDT/Cutler Hammer : http://www.ch.cutler-hammer.com/ Jetter gmbh Keyence : http://www.keyence.com/ Kirchner Soft Klockner-Moeller : http://www.moellerusa.net/ Koyo/AutomationDirect/PLC Direct : http://www.automationdirect.com/ LG Industrial Systems Microconsultants Mitsubishi : http://www.meau.com/ Modicon/Gould : http://www.modicon.com/ Moore Products Motorola Omron : http://oeiweb.omron.com/ Opto22 Pilz PLC Direct/Koyo/AutomationDirect : http://www.automationdirect.com/ Reliance Rockwell Automation : http://www.automation.rockwell.com/ Rockwell Software : http://www.software.rockwell.com/ SAIA-Burgess Samsung Schleicher : http://www.schleicher-de.com/ Schneider Automation : http://www.schneiderautomation.com/ Sharp Siemens : http://www.aut.sea.siemens.com/ Sigmatek Sixnet SoftPLC/Tele-Denken : http://www.softplc.com/Prof. Danilo Navarro. Universidad De Oriente. Julio 2001. 10

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Square D : http://www.squared.com/ Tele-Denken/SoftPLC Telemecanique : http://www.schneider.co.uk/automati.htm Toshiba : http://www.tic.toshiba.com/plc/ Triangle Research Triconex Unitronics Yokogawa Z-World


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Captulo

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OPERACIN DE LOS PLCs.2.1 Estructura interna.

temporizadores y locaciones para almacenamiento de datos. Estos contadores, temporizadores, etc.; realmente existen?. No, Ellos no existen fsicamente pero en vez de eso son simulados y se pueden considerar como contadores, temporizadores, etc. hechos a nivel de software. Tambin los Rels internos son simulados mediante bits en registros del hardware del PLC.

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os PLCs constan principalmente de un CPU, rea de memoria, y circuitera apropiada de entrada /salida de datos. Se puede considerar al PLC como una caja llena de cientos o miles de Rels independientes, contadores,

Fig. 3 Estructura general simplificada de un PLC.

Rels DE ENTRADA: Estn conectados al mundo externo. Fsicamente existen y reciben seal de los switches, sensores, etc. Tpicamente no son rels pero si son transistores que funcionan como rels estticos.

Rels INTERNOS: Estos no reciben seal desde el mundo exterior ni existen fsicamente. Ellos son rels simulados y permiten al PLC eliminar los rels externos. Tambin hay rels especiales que el PLC usa para realizar una tarea nica. Algunos estn siempre activados mientras que otros su estado


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CAPITULO 2.

OPERACIN DE LOS PLCS.

normal es estar desactivados. Algunos se activan solamente durante el ciclo de arranque y son usados para la iniciacin de los datos que fueron almacenados.

Contadores: estos no existen fsicamente. Son contadores simulados mediante software y pueden ser programados para contar pulsos. Tpicamente estos contadores cuentan en forma ascendente y descendente. Dado que estos contadores son simulados mediante software, su velocidad de contaje esta limitada. Algunos PLC incluyen tambin contadores de alta velocidad basados en hardware, es decir que son contadores que existen fsicamente y cuentan ascendentemente, descendentemente, o en ambas direcciones.

TEMPORIZADORES: Estos no existen fsicamente. Son de varios tipos (al reposo, al trabajo, etc.) y de varias resoluciones de temporizacin. Los tipos ms comunes son los temporizadores al trabajo. Otros menos comunes son los temporizadores con retencin. En general la resolucin de temporizacin ve desde 1 ms hasta 1 segundo.

Rels DE SALIDA: Estos se conectan al mundo exterior al PLC. Fsicamente existen y funcionan enviando seales de encendido / apagado a selenoides, luces, etc. Basados en hardware, pueden estar construidos con transistores, rels electromecnicos o TRIACS, segn el modelo que se escoja.

ALMACENAMIENTO DE DATOS: Tpicamente hay registros del PLC que estn asignados al simple almacenamiento de datos. Usualmente se usan para almacenamiento temporal para manipulacin matemtica o de datos. Tambin son usados para almacenar datos cuando se corta el suministro de energa al PLC. Una vez regresa la energa, los registros disponen de los mismos datos que tenan cuando se corto la energa.

Un diagrama de bloques ms completo que describe la estructura de un PLC sera el siguiente.


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CAPITULO 2.


Fig. 4 Estructura general de un PLC. v Unidad Central de procesamiento (CPU): Esta formada por la unidad de control, la tabla imagen de proceso, y por los temporizadores, contadores y bits internos. La CPU se encarga del tratamiento de los datos internamente (sumas, operaciones lgicas, transferencias, etc), busca o escribe operandos en la memoria, lee o escribe datos en las unidades de entrada y salida, etc. v Memoria: Es la circuitera electrnica capaz de almacenar el programa de aplicacin escrito por el usuario, y los datos provenientes de la mquina o proceso controlado. Tambin es la encargada de almacenar las variables internas generadas por la CPU y las variables de salida a ser transferidas a los perifricos.


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Fig. 5 Memorias dentro del PLC. v Perifricos: Corresponden a la circuitera de entrada / salida del PLC, o lo que representa lo mismo: su comunicacin con el proceso o mquina a controlar y con el usuario u operador del sistema. Las seales de entrada provenientes de los sensores son de naturaleza diversa: Voltaje AC, Voltaje DC, Corriente, seales binarias, seales analgicas, etc. Es as como los perifricos son los encargados de convertir estas seales a informacin capaz de ser interpretada por la CPU, y de convertir las seales provenientes de la CPU a seales capaces de excitar los preaccionadores de las mquinas.


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CAPITULO 2.


2.2 Cmo trabajan los PLCs?.

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n PLC trabaja realizando continuamente un barrido(SCAN) sobre un programa. Este ciclo de barrido o scan consta principalmente de 3 pasos, aunque tpicamente son mas de tres ya que existen otros como el chequeo

del sistema y la actualizacin de los contadores y temporizadores internos.

Fig. 6 Ciclo de trabajo de un PLC.

Paso 1-DIAGNSTICO INTERNO: En este paso el PLC revisa su circuitera interna en busca de defectos de entradas, salidas, CPU, memorias y batera. Tambin revisa el WATCHDOG y los desbordamiento de memoria para revisar fallas en el programa de aplicacin. Paso 2-CHEQUEAR EL ESTADO DE LAS ENTRADAS: Al principio el PLC accede cada una de las entradas para determinar si estn activadas o desactivadas (on / off). Es decir, Esta activado el sensor conectado a la primera entrada?, El segundo?, El tercero? Luego el PLC graba estos datos en la tabla imagen de proceso para usarlos en el prximo paso. Paso 3-EJECUTAR EL PROGRAMA DE LA APLICACIN: El PLC ejecuta el programa de la aplicacin creada por el usuario una instruccin a la vez. Por ejemplo, si el programa especifica que si la primera entrada esta on se debe activar la salida numero 2, el PLC graba este resultado para tomarlo en cuenta en el prximoProf. Danilo Navarro. Universidad De Oriente. Julio 2001. 16

CAPITULO 2.


paso. Como ya el PLC conoce cuales entradas estn activadas o desactivadas (paso 2), l ser capaz de decidir cuales salidas se deben activar basado en el estado de las entradas y en el estado de los contadores, temporizadores y bits internos. Como ya se dijo el PLC guarda este resultado para usarlo en el prximo paso. Paso 4-ACTUALIZAR EL ESTADO DE LAS SALIDAS: Finalmente el PLC actualiza el estado de las salidas basado en los resultados lgicos del paso 3. Siguiendo el ejemplo del paso 3, el PLC activara en este tercer paso la salida numero 2 basado en el hecho que la primera entrada estaba en on. Despus del cuarto paso el PLC vuelve al paso uno y repite la rutina continuamente. As, un SCAN se define como el tiempo que toma el PLC para ejecutar los cuatro pasos descritos anteriormente.

Fig. 7 Esquema de tiempos relativos dentro del SCAN del PLC.


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CAPITULO 2.


2.3 Tiempos de respuesta de los PLCs y sus efectos.

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l tiempo de respuesta total de un PLC es un hecho que se debe considerar al momento de adquirir un PLC. El mismo esta formado por el tiempo de adquisicin de entradas, el tiempo de ejecucin de la lgica programada, y el tiempo para activar sus salidas. El PLC toma cierta cantidad de tiempo

para realizar un autodiagnstico de sus tarjetas electrnicas.

Fig. 8 Tiempo tpico de SCAN de un PLC.

Autodiagnstico: Chequea para verificar que todas las tarjetas estn libres de falla, restaura el perro de guardia(WATCHDOG TIMER), etc. (El WATCHDOG causar un error e interrumpir el funcionamiento del PLC sino es restaurado dentro de un perodo corto de tiempo. Esto indicara que la lgica del programa no esta siendo escaneada normalmente). Barrido de Entradas: Lee los valores de entrada disponibles en los chips de las tarjetas de entrada y copia sus valores en la memoria. Esto hace al PLC ms rpido y evita casos donde una entrada cambia entre el principio y el final del programa. Existen tambin funciones especiales de los PLCs que leen las entradas directamente y evitan el uso de las tablas de imagen. Ejecucin de la Lgica: Basado en la tabla de imagen de entradas, el programa es ejecutado un paso a la vez, y al mismo tiempo se va actualizando en memoria la tabla de imagen de salida.


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Barrido de Salidas: La tabla de imagen de salida es copiada desde la memoria hacia los chips de salida. Estos chips de salida entonces accionan los dispositivos de salida (rels, transistores, etc). El PLC pude ver la entrada on / off solamente durante el tiempo de barrido de entrada. En otras palabras, l solamente ve sus entradas durante la parte del scan correspondiente al chequeo de entradas.

Fig. 9 Error en el barrido de entradas. En el diagrama, la entrada 1 no es vista sino hasta el scan 2. Esto se debe a que cuando la entrada 1 esta en alto, el scan 1 ya ha finalizado su tiempo de chequeo de entradas. La entrada 2 no es vista sino hasta el scan 3 por la misma razn anterior. La entrada 3 nunca es vista o validada como activa ya que cuando el scan 3 estaba haciendo el barrido sobre las entradas, la misma no estaba aun en on, y adems cambia a off antes de que el scan 4 active su tiempo de chequeo de entradas. Por tanto, la entrada 3 nunca es vista por el PLC. Para evitar lo que ocurre con la entrada 3 del ejemplo anterior, se debe establecer que la entrada este activa al menos por 1 tiempo de barrido de entradas + un tiempo de barrido de programa o Scan.

Fig. 10 Tiempo de entrada activa.


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CAPITULO 2.


Pero, Qu pasa si no es posible que la entrada se mantenga durante el perodo especificado?, Entonces el PLC no valida la entrada como activa. Para resolver este tipo de problemas, actualmente existen 2 mtodos. Funcin alargamiento del pulso: Esta funcin extiende la duracin de la seal de entrada hasta que el PLC la lea en el prximo scan.

Fig. 11 Alargamiento de pulso.

Funcin interrupcin: Esta funcin interrumpe el scan para procesar una rutina especial que el usuario haya programado. Esto es que tan pronto como la entrada se activa, sin importar en que parte del scan este, el PLC inmediatamente para lo que esta haciendo y ejecuta una rutina de interrupcin. (Una rutina puede ser interpretada como un mini programa aparte del programa principal). Despus de realizar la rutina de interrupcin, el PLC regresa al mismo punto donde dejo el hilo principal y contina el proceso normal del scan.

Fig. 12 Interrupcin.


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CAPITULO 2.


Considerando ahora el mximo tiempo para que una salida se active, asmase que cuando un switch se activa se necesita activar una carga conectada a la salida del PLC. El diagrama siguiente muestra el mayor retardo (El peor caso ya que la entrada no es vista sino hasta el scan 2) para que la salida se active despus de que la entrada relacionada se ha activado. El mximo retardo es: 2 ciclos de scan 1 tiempo retardo de la entrada.

Fig. 13 Mximo retardo de operacin.


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Captulo

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CONEXIONADO E INTERFACES DE ENTRADA / SALIDA.3.1 Tipos de Entrada / Salida a los PLCs.

entradas discretas, tambin conocidas como entradas digitales, son las que poseen dos estados: ON u OFF. Provienen de Pushbottons, detectores de proximidad, interruptores de posicin, etc. En la condicin de ON, una entrada discreta puede ser llamada como un 1 o como un ALTO, mientras que en la condicin de OFF se conoce como un 0 o como un BAJO.

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as entradas y salidas a un PLC le sirven para controlar y monitorear las mquinas y procesos. Existen bsicamente dos tipos de entradas / salidas a los PLCs: Entradas-Salidas discretas, y Entradas-Salidas analgicas. Las

Fig. 14 Entradas Salidas discretas al PLC.


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CAPITULO 3.

CONEXIONADO E INTERFACES DE ENTRADA / SALIDA.

Las salidas discretas tienen tambin dos condiciones posibles: ON u OFF. Ellas van a servir a las bobinas de los contactores, a vlvulas selenoides, a luces pilotos, etc. Por su parte las entradas analgicas son voltajes o corrientes continuas que provienen de procesos de control de temperatura, presin, flujo, nivel, etc. Tpicamente son seales cuyo rango es de 4 a 20 mA DC, o seales de rango de 0 a 10 voltios DC.

Fig. 15 Entradas Salidas analgicas al PLC.

Las salidas analgicas son seales de corriente o voltaje continuo. Pueden ser tan simples como un nivel de 0 a 10 voltios que maneje un voltmetro analgico, o un poco ms complejas como seales de corriente que manejen convertidores corriente - presin de aire que a su vez sirvan a actuadores como lo son Servo vlvulas para el control de flujo. Igualmente, con la interfase adecuada, serviran a otros tipos de actuadores dentro de esos mismos procesos como lo son: servomotores, controles de potencia de hornos, etc.


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CAPITULO 3.


3.2 Entradas al PLC.

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as entradas a los PLCs son poco variadas. Las ms populares son las DC (Fuente o Sumidero) y las AC. Los rangos tpicos de voltajes de entrada listados en orden de popularidad son los siguientes:

12 24 Vdc 100-120 Vac 5 Vdc(TTL) 200-240 Vac 48 Vdc 24 Vac

El PLC debe convertir esta variedad de niveles lgicos de voltaje a niveles de voltaje de lgica TTL (5 Vdc). Para lograr esto utiliza dos interfaces circuitales tpicas: DC a TTL, y AC a TTL.

Fig. 16 Interfase tpica de conversin DC a TTL.

Los optoacopladores son usados para aislar la circuitera interna de las tensiones de alimentacin externas. Esto elimina la posibilidad de que cualquier voltaje daino o cualquier ruido alcance los circuitos lgicos internos del PLC. Los optoacopladores convierten la seal elctrica de corriente o voltaje a una seal


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CAPITULO 3.


luminosa, y luego la transforman de luminosa a elctrica para que as los circuitos lgicos del PLC puedan procesarla.

Fig. 16 Interfase tpica de conversin AC a TTL.

Una primera vista comparativa del uso de entradas DC o AC se da a continuacin:

Los voltajes DC usualmente son ms bajos (12 24 V) y por lo tanto es menos riesgoso operar con ellos.

Las entradas DC son muy rpidas. Las entradas AC requieren de un tiempo mayor para ser reconocida.

Los voltajes DC pueden ser conectados a una gran variedad de equipos y sistemas elctricos.

Las seales AC son ms inmunes al ruido que las seales DC, por eso pueden cubrir mayor distancia y ambientes ruidosos.

El suministro AC es ms fcil y menos costoso al momento de alimentar equipos elctricos.

Las seales AC son muy comunes en muchos equipos de automatizacin.


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3.3 Entradas DC.

(fuente) o NPN (sumidero). Si se est usando un switch convencional (interruptores o pushbutton) no hay cuidado si las entradas son NPN o PNP. Sin embargo, si se est usando un sensor electrnico (fotoelctricos, de proximidad, etc.) se debe tener cuidado que su configuracin de salida sea compatible con el tipo de entrada (NPN o PNP) del PLC. La diferencia entre los dos tipos es que la carga (en este caso el PLC) es conmutada a tierra o es conectado a un voltaje positivo. Un sensor tipo NPN conmuta la carga a tierra, mientas que un sensor tipo PNP suministra a la carga un voltaje positivo.

T

picamente existen mdulos de entradas DC que trabajan a 5, 12, 24, o 48 voltios, pero el de uso ms popular es el de 24 VDC. Los mdulos de entradas DC permiten conectar sensores transistorizados del tipo PNP

Fig. 17 Etapa de salida de un sensor tipo NPN (Sumidero). En este tipo de sensor se conecta uno de los terminales de salida al PLC, mientras que el otro se conecta a la referencia de la fuente de alimentacin. Si el sensor no es alimentado de la misma fuente que alimenta al PLC, los negativos de ambas fuentes deben unirse entre s para formar un terminal de referencia comn. Los sensores NPN son de uso comn mas que todo en Norte Amrica. En los sensores tipo PNP se conecta uno de los terminales de salida al positivo de la fuente, mientras que el otro se conecta a la correspondiente entrada del PLC. Si el sensor no es alimentado por la misma fuente que alimenta al PLC, se deben conectar ambos V+'s entre s. Los sensores tipo PNP son ms comnmente usados en Europa.Prof. Danilo Navarro. Universidad De Oriente. Julio 2001. 26

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Fig. 18 Etapa de salida de un sensor tipo PNP (Fuente). Dentro del sensor el transistor acta como un switch esttico. Es decir, la circuitera interna de procesamiento del sensor habilita al transistor de salida para que se active cuando por ejemplo sea detectada la presencia de un objetivo. De esta manera el transistor cerrar el circuito entre las 2 conexiones que se muestra arriba (V+ y entrada del PLC).

Fig. 19 Interfase DC de entrada al PLC. En el PLC, lo nico accesible al usuario son los terminales nombrados como COMN, ENTRADA 0000, ENTRADA 0001, ENTRADA xxxx... El terminal comn debe conectarse a V+ o a tierra, dependiendo del tipo de sensor que se este usando. Cuando se usan sensores tipo NPN el terminal se conecta a V+, mientras que cuando se usan sensores tipo PNP el terminal comn se conecta a 0V (tierra). Un switch ordinario como por ejemplo un limit switch, pushbutton, selector, etc; debe ser conectado a las entradas del PLC de una manera similar a la conexin de los sensores descritos anteriormente. Un terminal del switch debe ser conectado directamente a V+, mientras que el otro se debe conectar a la entrada del PLC, si se asume compatibilidad PNP. Es decir esta conexin asume que el comn estaProf. Danilo Navarro. Universidad De Oriente. Julio 2001. 27

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conectado a 0v. Si por el contrario el comn esta conectado a V+ (compatibilidad NPN) entonces un extremo del switch debe ser conectado a 0V (ground) mientras que el otro va al terminal de entrada en el PLC.


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3.4 Conexionado de entradas DC.

sensores con distintos tipos de salida: v Salida tipo Switch o rel: Conmutan un voltaje DC o AC.

C

uando un sensor detecta un cambio lgico, l debe sealar ese cambio al PLC. Esto tpicamente lo consigue mediante la conmutacin de un voltaje o de una corriente de ON a OFF o viceversa. En este sentido existen

Fig. 20 Salida tipo rel. v Salida tipo TTL: Transistor Transistor Logic.

Fig. 21 Salida tipo TTL. v Salida DC tipo Sumidero: Conmutan corriente a tierra.

Fig. 22 Salida tipo NPN.


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v Salida DC tipo Fuente: Corriente sale desde el sensor.

Fig. 23 Salida tipo PNP. 3.4.1 Conexionado de entradas tipo NPN. Cuando el sensor detecta un cambio lgico, permite que por dentro de l fluya corriente en un camino hacia el comn. Conmutando corriente en lugar de voltaje, se resuelven muchos de los problemas del ruido elctrico. La salida de un sensor tipo sumidero esta compuesta por un transistor tipo NPN. En forma simple estos sensores se conocen como tipo NPN, y los mismos necesitan de una fuente de alimentacin para poder funcionar.

Fig. 24 Sensor NPN simplificado.

Si el sensor ha detectado algn fenmeno, activa el transistor permitiendo as el flujo de corriente hacia el comn. Cuando se tiene una tarjeta de entrada que tiene un +V (no un comn), entonces se pude usar sensores tipo NPN. En este caso la corriente sale de la tarjeta (Fuente) y el sensor la conmuta a tierra.


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Fig. 25 Tarjeta simplificada del PLC para sensor tipo NPN.

3.4.2 Conexionado de entradas tipo PNP. Cuando el sensor detecta un cambio lgico, permite que desde el +V salga una corriente que fluyendo a travs de l, active una carga o la entrada de un PLC. Complementario al sensor tipo sumidero, la salida de un sensor tipo fuente consta de un transistor tipo PNP. En forma simple estos sensores se conocen como tipo PNP, e igualmente necesitan de una fuente de alimentacin para poder operar.

Fig. 26 Sensor tipo PNP simplificado.

Si el sensor ha detectado algn fenmeno, activa el transistor permitiendo as que el flujo de corriente salga por el transistor. Cuando se tiene una tarjeta de entrada que tiene un COM (comn), entonces se pude usar sensores tipo PNP. En este caso la corriente fluye hacia la tarjeta buscado el comn de la fuente de alimentacin.Prof. Danilo Navarro. Universidad De Oriente. Julio 2001. 31

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Fig. 27 Tarjeta simplificada del PLC para sensor tipo PNP. 3.4.3 Conexionado de sensores tipo 2 hilos. Los sensores NPN o PNP a dos hilos se han hecho populares ya que ellos reducen el cableado en las aplicaciones de PLCs. Un sensor a dos hilos puede ser usado como Fuente o como sumidero. Necesita slo de una pequea corriente para mantenerse polarizado, auque cuando se activa permite un mayor flujo de corriente.

Fig. 28 Conexin de sensores de 2 hilos tipo PNP y NPN. Finalmente, la conexin de sensores tipo 2 hilos requiere que la tarjeta de entrada de los PLCs permita una cierta corriente de fuga, que sera la necesaria para que el sensor opere en stand-by.


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Fig. 29 Resumen de conexin de sensores DC tipo NPN.

Fig. 30 Resumen de conexin de sensores DC tipo PNP.


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3.5 Entradas AC.

U

n voltaje AC es uno que no posee polaridad, es decir, no hay positivo o negativo por el cual preocuparse a la hora de la conexin. Sin embargo este tipo de entrada posee la desventaja de ser algo peligrosa (SHOCK

elctrico) si no se toman las precauciones debidas. Los mdulos de entrada AC que existen tpicamente trabajan con voltajes de 24, 48, 110, y 220 voltios. Los mdulos de entradas AC son menos comunes que los de entrada DC. La razn es que la gran mayora de los sensores actuales utilizan salidas transistorizadas (NPN o PNP), y un transistor no trabaja con polarizaciones AC.

Fig. 31 Entrada AC al PLC. La conexin tpica de los elementos de entrada AC a los mdulos del PLC se muestra en la figura de arriba. Comnmente la lnea activa (fase) se conecta a los switch, mientras que el neutro se conecta a la entrada comn del PLC. El terminal de aterramiento de la red AC debe ser conectado a la carcasa del PLC.


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Los nicos terminales accesibles al usuario son los marcados como COMN, ENTRADA 0000, ENTRADA xxxx. Un switch ordinario como por ejemplo un limit switch, pushbutton, etc; debe ser conectado directamente a los terminales de entrada. Un terminal del switch se conecta al conductor activo y el otro terminal va a la entrada del PLC. Esto por supuesto asume que el terminal comn esta conectado al neutro. Finalmente, vale mencionar que tpicamente una entrada AC toma ms tiempo para que el PLC la vea que la que toma para una entrada DC. Sin embargo en muchos casos esto no representa un problema ya que normalmente los elementos de entrada AC son switch o elementos mecnicos que son bastantes lentos en su reaccin. Es comn que un PLC requiera que la entrada este ON por 25 o ms milisegundos antes de que l la valide. Estos tiempo son requeridos para efectos de filtrado de las entradas del PLC.


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3.6 Conexionado de entradas AC.

U

Pocas veces los PLCs incluyen la fuente para excitar las entradas y para alimentar los sensores. Por esa razn hay que disponer de una fuente externa.

Fig. 32 Tarjeta de entrada AC tpica.

La tarjeta de entrada compara el voltaje con la referencia (COM), si est dentro de cierto rango, la entrada se activa. En este caso, el neutro es el punto de referencia de voltaje(COM), por lo que s existen otras fuentes hay que unir todos los neutros. Tambin, se debe tomar en cuenta que Tierra NO es igual a COM, el aterramiento es usado para prevenir shocks elctricos y daos de los equipos.


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3.8 Salidas del PLC.

la potencia (ON u OFF) hacia cada salida. Los rangos tpicos de voltajes tpicos que son conmutados en los mdulos de salida son lo que se listan a continuacin:

L

os mdulos de salida raras veces o nunca suplen potencia a las cargas, ms bien ellos actan como switches. Fuentes externas son conectadas a las tarjetas de salida de los PLCs y entonces ellas se encargan de conmutar

120 VAC 24 VDC 220 VAC 12 48 VAC 12 48 VDC 5 VDC (TTL)

Los mdulos de salida normalmente tienen de 8 a 16 salidas de un mismo tipo: a rels, a transistores, o a TRIACs. Los PLCs deben convertir los niveles lgicos TTL (5 VDC) presente en el bus de datos a niveles de voltaje externos. Esto se logra con el uso de circuitos de interfase como los mostrados a continuacin, los cuales adems de usar bsicamente un optoacoplador para conmutar la circuitera externa, tambin utilizan algunos componentes para proteger la circuitera de voltajes excesivos y de polaridad inversa.

Fig. 33 Interfase tpica para salida a rel.Prof. Danilo Navarro. Universidad De Oriente. Julio 2001. 37

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Las salidas a rel son las ms flexibles con respectos al uso. Ellas son capaces de conmutar tanto cargas AC como cargas DC. Sin embargo este tipo de salida es bastante lenta (Tiempo de conmutacin tpico: 10 ms), de mayor tamao, de mayor costo, y de tiempo de vida ms corto. Cuando se dedica un rel separado por cada salida, a menudo se le conoce como contactos secos. Esto permite mezclar voltajes (AC o DC a distintos niveles de tensin), as como tambin permite aislar las salidas, protegiendo las mismas y al PLC mismo. Este mtodo es menos sensitivo a las variaciones y a los picos de voltaje.

Fig. 34 Interfase tpica para salida a transistor.

Fig. 35 Interfase tpica para salida a TRIAC.

Las salidas a transistores usan del tipo NPN o PNP y estn limitadas a servir cargas DC hasta 1 amp, mientras que las salidas a TRIACs sirven a cargas AC tpicamente hasta 1 Amp. Las salidas a transistores o a TRIACs son conocidas como salidas conmutadas o salidas estticas, y su tiempo de conmutacin esta normalmente por debajo de 1 ms..


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3.9 Salidas a rel.

U

no de los tipos mas populares de salidas disponibles son las de rel. Esto se debe a que un rel puede ser usado tanto con cargas AC como con cargas DC. Algunas de las formas ms comunes de cargas son

solenoides, lmparas, motores, etc; las cuales vienen en muchos tamaos elctricos. Por esta razn siempre hay que chequear las especificaciones de la carga antes de conectarla a la salida del PLC, a fin de asegurar que la corriente mxima que ellas consumen estar dentro de los lmites permitidos en las especificaciones de las salidas del PLC. Existe un tipo de carga a las que se le debe prestar especial atencin: las llamadas cargas inductivas. Este tipo de carga tiene la tendencia de desarrollar una sobrecorriente al energizarlas, y lo que es peor, desarrollan un sobre impulso de voltaje inverso cuando son desactivadas. Esta corriente y voltaje inverso propensa el dao de la salida a rels del PLC. Tpicamente se deben usar diodos, varistores o circuitos "snubber" para ayudar a combatir el dao de los rels de salida del PLC.

Fig. 36 Mdulo de salidas a rels. Los rels de salida estn dentro del PLC. La figura de arriba muestra un diagrama circuital tpico de las salidas a rels. Cuando la lgica del programa de aplicacin indica que se debe activar una salida fsica, entonces el PLC aplica unProf. Danilo Navarro. Universidad De Oriente. Julio 2001. 39

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voltaje a la bobina del rel correspondiente. Esto a su vez causar el cierre de los contactos del rel activado. Luego, cuando los contactos cierran se permite el flujo de corriente a travs de la carga conectada en la salida en cuestin. Contrariamente, cuando la lgica programada indica que se debe desactivar la salida fsica, el PLC interrumpe el suministro de voltaje a la bobina del rel, causando la inminente apertura de los contactos del mismo, y con ello la desactivacin de la carga conectada a esta salida.

Fig. 37 conexin tpica de un mdulo de salidas a rels. La figura de arriba muestra el modo tpico de conexin de las salidas a rels de los PLCs. Aunque la figura muestra slo la conexin en circuitos DC, tambin se puede conectar de manera similar en circuitos AC; ya que un rel es un elemento de salida no polarizado y en consecuencia l puede conmutar tanto AC como DC. En este caso se trata de salidas a contactos secos. Un resumen de las salidas a rels es el siguiente: son relativamente lentas, pueden conmutar corrientes algo grandes, tiene tiempo de vida relativamente corto y trabajan tanto en AC como en DC.


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3.10 Salidas a transistores.

U

n transistor solo puede conmutar en circuitos de corriente directa. Por esta razn el transistor no puede ser usado con voltajes de corriente alterna (AC). En este tipo de aplicacin, el transistor es tratado como un switch de

estado slido. Una pequea corriente aplicada a la base del transistor permite conmutar una corriente considerablemente mayor a travs de su unin ColectorEmisor. Basado en este fundamento, Cuando la lgica programada en el PLC indica que se debe activar una salida fsica, el PLC aplica una pequea corriente a la base del transistor de la salida en cuestin y as la misma cierra sus contactos. Una vez establecido el flujo elctrico a travs de los contactos de la salida activada, la carga conectada a esta salida se activara tambin. En general existen dos tipos de transistores usados en la etapa de salida de los PLCs: Transistores NPN y transistores PNP. El tipo fsico de transistor usado tambin vara de fabricante a fabricante. Algunos de los tipos mas comnmente usados son los BJT y los MOSFET. Un transistor tipo BJT(Bipolar Junction Transistor) generalmente tiene menos capacidad de conmutacin (Puede manejar menos corriente) que uno tipo MOS-FET(Metal Oxide Semiconductor- Field Effect Transistor). Sin embargo, el BJT tiene un tiempo de conmutacin ligeramente ms pequeo que el tiempo de los MOS-FET. Al igual que con las salidas a rels, hay que chequear las especificaciones dadas por el fabricante acerca de un grupo de salidas a transistores en particular, a fin de verificar que la mxima corriente de carga no exceda la del transistor. La figura que se muestra a continuacin incluye un tpico diagrama circuital de salida para una del tipo NPN.


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Fig. 38 Salida a transistor. Aqu tambin se muestra un foto acoplador cuya funcin es aislar los voltajes y corrientes del mundo exterior de la circuitera interna del PLC. Cuando la lgica programada indica que se debe activar esta salida, el circuito interno aplica un pequeo voltaje al LED del foto acoplador el cual emite entonces una luz que causa que el fototransistor permita el flujo de una pequea corriente hacia la base del transistor conectado a la salida 0500. De aqu que lo que este conectado entre el COM y el terminal 0500 se active. Cuando la lgica programada indica que se debe desactivar la salida 0500, entonces se deja de aplicar el voltaje al foto acoplador lo que causa que ya el LED pare de emitir luz y as el transistor de salida conectado entre 0500 y COM se desactivara abriendo sus contactos.

Fig. 39 Conexin tpica de un mdulo de salidas a transistores.


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La figura anterior muestra la forma tpica de conectar una salida a transistor. Ntese que se trata de un transistor tipo PNP. Si la salida mostrada fuese una tipo NPN, el terminal comn estara conectado a V, mientras que el terminal final de cada carga estara conectado a +V. Una cuestin importante ha denotar es que el transistor por lo general no puede conmutar cargas tan altas como las que conmuta un rel. Para reparar esta situacin, si la carga a conmutar excede la permisible a travs del transistor, entonces se debe conectar un rel de interposicin a la salida del PLC, y luego conectar la carga a los terminales de este rel. Un resumen de las salidas a transistor sera el siguiente: son rpidas, conmutan slo corrientes relativamente pequeas, poseen largo tiempo de vida y trabajan solamente con DC.


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Captulo

4

CREACIN DE PROGRAMAS.4.1 sustitucin de los rels.

E

l principal propsito de los PLCs es remplazar los rels del mundo real. El rel es un switch electromagntico. Aplicando un voltaje a la bobina, se genera un campo magntico que atrae la armadura que sostiene los contactos, causando entonces que los mismos produzcan la conexin. La

unin de los contactos permite que la corriente fluya entra los dos puntos estableciendo as un circuito elctrico.

Fig. 40 Rel electromecnico.

Aqu se muestra el simple encendido de una campana cuando se cierra el switch. Existe 3 partes del mundo real: Un switch, un rel y una campana. Siempre que el switch se cierre se aplica una corriente elctrica a la campana ocasionando que la misma suene.


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CREACIN DE PROGRAMAS.

Fig. 41 Circuito de control por rel.

Ntese que existen 2 circuitos separados. El inferior que es la parte DC, y el superior que es la parte AC. Aqu se esta usando un rel DC para controlar un circuito AC, que es justamente la funcin de los rels. Ahora, usemos un PLC en lugar de un rel. Lo primero por hacer es crear lo que se conoce como un diagrama escalera (LADDER). Aunque los PLC son computadoras que solo reconocen cdigos de programacin, afortunadamente muchos de ellos poseen software con el cual puede convertir el diagrama escalera a cdigo de mquina. Primer paso: se deben convertir todos los tem del diagrama de control de la aplicacin a smbolos que el PLC entiende. El PLC no entiende de switch, rels o campanas, mas bien l interpreta entradas, bobinas de salida, contactos, etc. Primero se remplazar la batera con un smbolo. Este smbolo es comn en todos los diagramas escalera y son llamados barras de potencial. Las mismas son simplemente dos lneas verticales, una a cada lada del diagrama. Se puede pensar que la de la izquierda es el potencial +, mientras que la de la derecha es el potencial -. As el flujo lgico ser de izquierda hacia la derecha. Luego se colocar el smbolo de las entradas. En el ejemplo que se trata se tiene una entrada del mundo real (el switch) el cual se representar con el smbolo


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siguiente. Este smbolo tambin se puede usar para representar el contacto de un rel.

Fig. 42 Smbolo de un contacto.

Luego se debe colocar el smbolo de las salidas. En este ejemplo existe una salida del mundo real (La campana). La salida estar fsicamente conectada a la campana. Dicha salida usa el siguiente smbolo.

Fig. 43 Smbolo de una bobina.

El suministro de AC es una fuente externa y por lo tanto no se coloca en el diagrama escalera. El PLC slo tiene que ver con encender sus salidas sin importar que est fsicamente conectado a ellas. Segundo paso: Debemos decir al PLC donde estn ubicadas cada una de las entradas y salidas mencionadas. En otras palabras debemos dar todas las direcciones correspondientes a cada smbolo. Esto es: Dnde esta fsicamente conectado el switch?, Dnde esta conectada la campana?. Cada fabricante de PLCs tiene su manera diferente de indicar estas direcciones, pero por ahora asmase que la entrada tiene la direccin 0000 y que la salida tiene la direccin 500 Paso final: Se debe convertir el esquemtico de control en una secuencia lgica de eventos. Esto es que el programa que se escribir dir al PLC que hacer cuando ciertos eventos aparezcan en su contexto. En este ejemplo, se debe indicar al PLC que hacer cuando el operador active el switch.


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Fig. 44 Diagrama escalera del ejemplo. La figura anterior representa la conversin del esquemtico de control a un diagrama escalera.


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4.2 Lenguajes de programacin.

E

l estndar IEC 1131-3 define 5 lenguajes de programacin que pueden ser usados para definir los procedimientos de control y automatizacin.

1. Nemnicos o Lista de instrucciones: Es un lenguaje de bajo nivel basado en operaciones Booleanas y cuya apariencia es similar al cdigo del lenguaje ensamblador.

ETIQUETA 00001 00002 00003 00004 00005 00006 00007 00008 00009

INSTRUCCIN LD LDN AND LD LD AND OR ST END

OPERANDO 00001 00002

00003 00004

00107

Tabla 1 Ejemplo de programacin en lista de instrucciones.

2. Diagrama Escalera: Es un lenguaje de programacin grfica que conserva la estructura de los diagramas elctricos de control.


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Fig. 45 Ejemplo de diagrama escalera.

3. Grficos secuenciales (GRAFCET): Este lenguaje divide el ciclo de proceso en un cierto nmero de pasos bien definidos, y en transiciones que los separan. Este lenguaje es el ncleo del estndar IEC 1131-3. Los otros lenguajes se usan para describir las acciones realizadas en cada uno de los pasos, y para describir las condiciones lgicas para pasar de una etapa a otra (Transiciones). 4. Diagrama de bloques funcionales: Es un lenguaje grfico que permite al usuario construir procedimientos complejos mediante la unin de bloques funcionales prediseados.

Fig. 46 Programacin con bloques funcionales.


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Fig. 47 Ejemplo de diagrama GRAFCET. 5. Texto estructurado: Este es un lenguaje estructurado de alto nivel parecido al PASCAL, pero ms intuitivo para el ingeniero de control. Este lenguaje es usado principalmente para implementar procedimientos complejos que no pueden ser expresados mediante lenguajes grficos.

Fig. 48 Ejemplo de cdigo de programacin con texto estructurado.


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4.3 Instrucciones bsicas.

A

continuacin se detallan las instrucciones bsicas de los PLCs.

Cargar(Load): La instruccin cargar o Load (LD) se refiere a un contacto

abierto. En otros casos se describe como la instruccin examinar s esta on (examine if on: XIO). El smbolo usado es el siguiente:

Fig. 49 Smbolo para la instruccin LoaD Este smbolo es usado cuando se requiere que la seal este presente para que el smbolo este lgicamente activo. Cuando la entrada fsica esta activa o en alto se puede decir que la condicin lgica del smbolo es Cierta. El PLC examina si la seal de entrada esta en on, es decir, si la entrada fsica est on entonces el smbolo tambin estar on. Una condicin on tambin se conoce como un estado lgico 1 o un alto. Este smbolo normalmente puede ser usado con entradas internas, entradas externas y contactos de salida externos. Cargar Barra(LoadBar): La instruccin LoaDBar se refiere a un contacto cerrado. Tambin es conocida como examinar si esta cerrado (examine if closed: XIC) y como Cargar negado (LoaDNot: LDN). Esto es examinar si la entrada fsica esta desactivada. El smbolo para la instruccin LoadBar es el siguiente:

Fig. 50 Smbolo para la instruccin LoaDBar. Es usado cuando se requiere que el smbolo este activo en ausencia de seal. Esto es, cuando la seal fsica esta en off o en un nivel bajo, entonces el smboloProf. Danilo Navarro. Universidad De Oriente. Julio 2001. 51

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tiene la condicin lgica cierto. En otras palabras, el PLC examina si la entrada fsica esta off y luego asigna al smbolo el estado lgico on. Una condicin off tambin se trata de un estado lgico 0. Este smbolo es usado con entradas internas, entradas externas y algunas veces con contactos de salida externos. NOTA: En muchos PLCs las instrucciones LoaD y LoaDBar deben es obligatorio que sean el primer smbolo a la izquierda del diagrama escalera.Estado Lgico 0 1 Load Falso Cierto LoadBar Cierto Falso

Tabla 2 Resultados lgicos de las instrucciones LOAD y LOADBAR.

Salida(Out): La instruccin Out conocida en algunos casos como Energice la salida (OutputEnergize) es similar a la bobina de un rel. El smbolo usado es el siguiente:

Fig. 51 Smbolo OUT (Bobina de salida)

Cuando en un peldao existe una secuencia de smbolos con condicin lgica cierta que preceden esta instruccin, entonces se activa la salida fsica correspondiente a la direccin indicada en la instruccin OUT. Esto es equivalente a una salida que esta normalmente desenergizada. Esta instruccin es usada tanto en bobinas internas que son simuladas (no existen fsicamente) como en salidas hacia el mundo exterior. SalidaBarra(Outbar):La instruccin Outbar se conoce tambin como salida negada (OutNot). Es similar a la bobina de un rel que esta normalmente energizada. El smbolo usado para esta instruccin corresponde a:Prof. Danilo Navarro. Universidad De Oriente. Julio 2001. 52

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Fig. 52 Smbolo instruccin OUTBar(Bobina normalmente energizada) Cuando en un peldao existe una secuencia de smbolos con condicin lgica Falso que preceden esta instruccin, entonces se activa la salida fsica correspondiente a la direccin indicada en la instruccin OUTBar. Esto es equivalente a una salida que esta normalmente energizada. Esta instruccin es usada tanto en bobinas internas que son simuladas (no existen fsicamente) como en salidas hacia el mundo exterior.Estado Lgico 0 1 Out Falso Cierto OutBar Cierto Falso

Tabla 3 Resultados lgicos de las instrucciones OUT y OUTBAR.

EjemploComparemos un diagrama escalera simple con circuitos de rels

interconectados como el de la figura para apreciar las diferencias.

Fig. 53 Circuito con lgica a rels. En el circuito anterior, la bobina se energizara cuando exista un circuito cerrado entre los terminales positivo y negativo de la batera. Este mismo circuito se puede representar mediante un diagrama escalera que consiste de peldaos individuales justo como en una escalera real. Cada peldao debe contener una o ms entradas, y una o ms salidas. La primera instruccin en un peldao debe ser siempre una instruccin de entrada, y la ltima instruccin del peldao debe ser siempre una salida o su equivalente.


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Fig. 54 Diagrama escalera del ejemplo. Ntese que en este diagrama escalera se ha usado las instrucciones LoaD y OUT, adems de la instruccin END que requieren algunos PLCs para indicar que es el ltimo peldao del programa. Algunos PLCs tambin requieren la instruccin ENDH en el ltimo peldao antes de la instruccin END.


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CAPITULO 4.


4.4 Registros de direcciones en los PLCs.

E

n el ejemplo anterior, cambiando el switch 2 por un smbolo de contacto a la apertura (LoaDBar), se cambiara el diagrama escalera a la siguiente forma:

Fig. 55 Diagrama escalera con direccin de operandos. Ntese que a cada smbolo (o instruccin) ahora se le asigno una direccin. Esta direccin especifica una cierta rea de almacenamiento en los registros de datos del PLC, de tal manera que el estatus de la instruccin (verdadero o falso) puede ser almacenado. Muchos PLCs usan registros de 16 bits. En el ejemplo anterior se esta asumiendo que SW1 estar en principio fsicamente abierto (off) y que el SW2 estar en principio fsicamente cerrado (on). Igualmente se esta asumiendo que el registro 00 almacena el estatus de las entradas y que el registro 05 es la tabla de imagen de las salidas. REGISTRO 0015 14 13 12 11 10 09 08 07 06 05 04 03 02 01 1 00 0

REGISTRO 0515 14 13 12 11 10 09 08 07 06 05 04 03 02 01 00 0

Tabla 4 Registros del PLC. En las tablas anteriores se puede apreciar que en el registro 00, el bit 00 (esto es entrada 0000) tiene un estatus bajo, mientras que el bit 01 (entrada 0001) tiene un estatus alto. Por otra parte el registro 05 muestra que el bit 00 (salida 0500) posee un estatus bajo.Prof. Danilo Navarro. Universidad De Oriente. Julio 2001.

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CAPITULO 4.


Por otra parte, los estados lgicos bajo (0) y alto (1) indican cuando la instruccin es Falsa o Cierta respectivamente.CONDICIN LGICA DEL SMBOLO BITS LGICOS LD 0 Logic Falso 1 Lgico Cierto LDB Cierto Falso OUT Falso Cierto

Tabla 5 Resultados lgicos de las instrucciones del diagrama escalera anterior. El PLC slo energizara una salida cuando todas las condiciones lgicas en un peldao sean Cierta. De aqu que mirando la tabla anterior se concluya que en el ejemplo el SW1 debe poseer un estatus y estado lgico alto (1), mientras que el SW2 debe poseer un estatus bajo, para que as el PLC asigne a la salida un estado lgico 1(cierto), energizando la salida fsica. Si alguna instruccin en el peldao es Falso, entonces el estado lgico de la salida ser Falso y de esa manera no se activar la salida fsica. En la siguiente tabla de la verdad se exploran las distintas combinaciones a las que puede dar lugar el ejemplo que se esta analizando.

Estatus de entradas SW1 SW2 Abierto(0) Abierto(0) Abierto(0) Cerrado(1) Cerrado(1) Abierto(0) Cerrado(1) Cerrado(1)

Estatus Salida BOBINA Desenergizada Desenergizada energizada Desenergizada

Estado Lgico del smbolo LD 0000 LDB 0001 OUT 0500 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0

Tabla 6 Tabla de la verdad del ejemplo.


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CAPITULO 4.


4.5 Un ejemplo de control de nivel.

C

onsiderese la siguiente aplicacin: Sea desea controlar el suministro de aceite proveniente de un tanque. Para lo anterior se usarn dos sensores: uno en las proximidades del fondo del tanque y el otro en el borde superior.

Fig. 56 Tanque dispensador de aceite. Se desea que la bomba de llenado inyecte aceite al tanque hasta que el sensor superior se active. Alcanzada la condicin anterior se debe apagar el motor de la bomba y mantenerlo desactivado hasta que el tanque se vaci y caiga por debajo del nivel del sensor inferior. Entonces se debe encender nuevamente la bomba de llenado y repetir el proceso segn lo descrito anteriormente. En esta aplicacin son necesarios 3 I/O (Entradas / salidas): 2 entradas para los sensores y 1 salida para el motor de la bomba. Asmase por ejemplo que ambos sensores sern normalmente cerrados (NC) del tipo de sensores de nivel de fibra ptica. Cuando ellos NO estn inmersos en el liquido estarn activados. Contrariamente, cuando estn inmersos en el liquido estarn desactivados. Por otra parte, hay que asignarle a cada una de las Entradas / salidas una direccin en el PLC, para que el mismo conozca donde estn fsicamente conectadas tanto las entradas como las salidas. Las direcciones escogidas se muestran en la siguiente tabla:


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CAPITULO 4. Entrada Sensor bajo nivel Sensor alto nivel Direccin 0000 0001 Salida Motor Direccin 0500

CREACIN DE PROGRAMAS. Rels Internos 1000

Tabla 7 Asignacin de E/S y bits internos del ejemplo. La siguiente figura muestra el diagrama escalera resultante de esta aplicacin. Ntese que se estn usando rels internos aunque no son estrictamente necesarios. Se pueden usar los contactos de este rel tantas veces como se desee. En este ejemplo se usan los contactos dos veces para simular un rel de 2 contactos. Recurdese que estos rels no existen fsicamente en el PLC, sino que en vez de eso son bits en un registro que el PLC usa para simular este tipo de utilidad.

Fig. 57 Diagrama escalera para el control de nivel.

Se debe recordar que la principal razn para usar los PLCs en la mayora de las aplicaciones es para sustituir los rels del mundo real, y en ese sentido los rels internos del PLC hacen esta accin por lo dems posible. Es imposible indicar cuantos rels internos vienen en cada tipo o marca de PLC. Algunos incluyen cientos de rels, otros miles de rels. Tpicamente, el tamao del PLC (no es tamao fsico) es el factor que marca la pauta. Si se esta usando un micro-PLC con pocas entradas / salidas, normalmente no se necesitarn muchos rels internos, pero si en cambio se esta usando un PLC mayor con cientos o miles de entradas / salidas, obviamente se necesitaran gran cantidad de rels internos.


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4.6 Ejecucin del programa de control de nivel.

iguales excepto que ahora el bit interno 1000 se est auto reteniendo a travs de su contacto 1000 del segundo peldao, y al final de este SCAN se activa la salida fsica 0500.

I

nicialmente el tanque esta vaco. Por lo tanto la entrada 0000 esta en 1 y la entrada 0001 tambin esta en 1. As al final del primer SCAN se activa el rel interno 1000. Al comienzo del segundo SCAN las condiciones permanecen

a) Fig. 58 a) Scan 1. b) Scan 2 - 100.

b)

Gradualmente el tanque se va llenando gracias a que 0500 esta activa y con esto se activa el motor de la bomba. Despus de 100 SCANs el nivel de aceite alcanza el sensor de bajo nivel por lo que el se activa y abre su contacto. De este manera pasa a un estado lgico FALSO .

Fig. 59 Scan 101 1000.Prof. Danilo Navarro. Universidad De Oriente. Julio 2001. 59

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Ntese que aun cuando el sensor 0000 es FALSO, aun existe el camino lgico de izquierda a derecha a trabes del rel interno 1000. Este rel interno permanecer en ese estado hasta tanto el sensor 0001 se haga FALSO y se rompa de esta manera el camino lgico que mantiene al rel 1000. Esto ltimo ocurrir despus del SCAN 1000 que es cuando el nivel de aceite alcanzar el sensor de nivel alto ocasionando que ste abra su contacto entrando en una condicin lgica FALSO.

a) Fig. 60 a) Scan 1001. b) Scan 1002.

b)

Ya que no existe ningn camino lgico hacia la salida 0500, la misma se desactivara apagando as el motor de llenado. Despus del SCAN 1050 el nivel de aceite cae por debajo del sensor de nivel alto y l se hace CIERTO otra vez.

Fig. 61 Scan 1050.


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Ntese que aunque el sensor de nivel alto se hace CIERTO, aun no hay camino lgico hacia el rel interno 1000 y por lo tanto el motor sigue apagado. Despus del SCAN 2000 el nivel de aceite cae por debajo del sensor de bajo nivel, hacindose CIERTO y estableciendo un camino lgico CIERTO hacia el rel 1000. En este punto se cae nuevamente en la condicin del SCAN 1, repitindose el proceso descrito.

(VER ANIMA1.PPT EN EL CD ANEXO).


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Captulo

5

PRINCIPALES INSTRUCCIONES.5.1 lgebra Booleana.

E

l lgebra Booleana permite realizar operaciones bsicas con los bits contenidos en los registros del PLC. Las funciones bsicas incluyen las operaciones: AND, OR y XOR.

AND- Esta funcin habilita el uso de la tabla de la verdad mostrada a continuacin.Resultado = A AND B A 0 1 0 1 B 0 0 1 1 Resultado 0 0 0 1

Tabla 8 Tabla de la verdad funcin AND. Aqu se puede observar que la operacin AND esta relacionada con la multiplicacin ya que la nica vez que el resultado es cierto es cuando los dos operndoos son ciertos al mismo tiempo. La funcin AND es til sobretodo cuando el PLC no cuenta con funciones de enmascaramientos de registros. Cuando se trabaja a nivel de bits, la funcin de enmascaramiento permite dejar en un registro dado un nico bit. Esto se debe a que cualquier bit que sea operado a travs de una AND con sigo mismoProf. Danilo Navarro. Universidad De Oriente. Julio 2001. 62

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PRINCIPALES INSTRUCCIONES.

permanecer en el valor cierto o falso que ostente en ese momento. Por ejemplo si se desea hacer cero solamente 12 de los 16 bits de un cierto registro, se puede realizar una AND con un registro de 0s en todas las posiciones excepto en los cuatro bits donde se desea mantener el estado que poseen.

OR- Esta funcin se basa en la tabla de la verdad que a continuacin se presenta.Resultado = A OR B A 0 1 0 1 B 0 0 1 1 Resultado 0 1 1 1

Tabla 9 Tabla de la verdad funcin OR.

Aqu se puede ver que la funcin OR esta relacionada con la adicin ya que mientras A o B sean ciertos, el resultado ser cierto.

EXOR- Esta funcin sigue la tabla de la verdad presentada a continuacin.Resultado = A XOR B A 0 1 0 1 B 0 0 1 1 Resultado 0 1 1 0

Tabla 10 Tabla de la verdad funcin XOR. Aqu se puede ver que la funcin no esta relacionada a nada. Una nemotcnica para recordar sus resultados es pensar que los operando deben ser opuestos para que el resultado sea cierto. Si por el contrario los operando son iguales el resultado ser falso. Esta operacin es algunas veces til cuando se desea comparar dos bits en dosProf. Danilo Navarro. Universidad De Oriente. Julio 2001. 63

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registros y resaltar cuales son diferentes. Esta operacin es igualmente necesaria cuando se calcula alguna checksum sobre todo en caso de protocolos de comunicaciones. Una operacin de checksum se usa comnmente para chequear los errores en las comunicaciones. Las instrucciones del diagrama escalera son llamadas tpicamente como: AND, ANDA, ANDW, OR, ORA, ORW, XOR, EORA XORW. Existen generalmente 2 mtodos para llevar a cabo estas instrucciones. El primer mtodo se refiere a una instruccin simple que requiere de tres entradas:

Operando A- Esta es la direccin de memoria del primer operando. Operando B- Esta es la direccin de memoria del segundo operando. Destino- Esta es la direccin de memoria donde se almacenar el resultado. Por ejemplo si A AND B = 0 el resultado se colocar automticamente en la direccin de memoria indicada en el destino.

Fig. 62 Smbolo AND Las instrucciones AND, OR, y XOR en cualquier PLC tpico tendran un smbolo parecido al de arriba. Remplazando por supuesto la etiqueta AND por OR o XOR segn corresponda. En el smbolo anterior, El operando A esta en la direccin de memoria DM100, El operando B esta en la direccin de memoria DM101 y el resultado se almacenar en la direccin de memoria DM102. Por lo tanto aqu se ha creado simplemente la ecuacin Booleana DM100 AND DM101 = DM102. El resultado es almacenado automticamente en la direccin DM102. El siguiente diagrama escalera muestra el uso de la funcin Boolena AND.


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Fig. 63 Instruccin AND en el diagrama escalera. Ntese igualmente el uso de la instruccin DIFU para garantizar que la instruccin AND se ejecute solamente durante un scan una vez que se halla activado la entrada de validacin 0000.

Fig. 64 Smbolo AND(mtodo de la instruccin dual) El mtodo de la instruccin dual usa un smbolo similar al que se muestra arriba. En este mtodo slo se suministra con el smbolo la direccin del operando B. La direccin del operando A se suministra con la operacin LDA, y la direccin del destino del resultado se suministra con la operacin STA.

Fig. 65 Uso de la instruccin dual para el AND en el diagrama escalera.


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El resultado es idntico al obtenido con el mtodo de la instruccin simple. Para realizar las operaciones de OR y XOR con el mtodo dual, slo se debe cambiar la etiqueta del smbolo AND por la correspondiente OR o XOR.


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5.2 Instrucciones memorizadas.

Regresando al ejemplo de los rels y la campana previamente visto, Qu pasara si no se cuenta con un switch ON / OFF?. Se tendr que mantener entonces el pulsador accionado tanto tiempo como se desee que la campana suene. En los PLCs, la instruccin de retencin permite que se usen switch de accin momentnea para mantener una bobina activa indefinidamente hasta tanto se le aplique la instruccin de liberacin. La instruccin de retencin comnmente se llama SET, mientras que la instruccin de liberacin se llama RESET. El diagrama siguiente muestra el uso de estas dos instrucciones.

L

as bobinas de salida son parte esencial de los programas en los PLCs, pero hay que tomar en cuenta que ellas se activan mientras que todas las instrucciones que la preceden en el peldao estn tambin activas.

Fig. 66 Uso de la instruccin SET y RESET. Aqu se estn usando dos switches tipo push button. Uno de ellos esta fsicamente conectado a la entrada 0000 del PLC, mientras que el otro esta conectado a la entrada 0001 del mismo. Cuando el operador oprime el switch 0000 la instruccin "set 0500" se hace cierta por lo que entonces se activa la salida fsica 0500. Aunque el operador deje de oprimir el switch, la salida 0500 permanecerProf. Danilo Navarro. Universidad De Oriente. Julio 2001. 67

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activada ya que esta enclavada en ON. La nica manera de desactivar la salida 0500 es activando la entrada 0001, lo que causar que la instruccin "res 0500" se haga cierta restaurando as la salida fsica 0500.

(VER ANIMA2.PPT EN EL CD ANEXO)

Fig. 67 Figura animacin uso de la instruccin SET y RESET. Por otra parte, Qu pasara si se activan las dos entradas(0000 y 0001) al mismo tiempo?, La salida 0500 estar enclavada en ON o restaurada en OFF? Para responder a esta pregunta se debe pensar en la secuencia del scan que ejecuta el PLC. El diagrama de escalera siempre es barrido de arriba hacia a bajo y de izquierda a derecha. Lo primero que se ejecuta en el scan es el monitoreo de las entradas fsica. Esto arrojar que tanto 0000 como 0001 estn activas. Luego el PLC ejecuta el programa y resuelve: Comenzando por el tope izquierdo, como 0001 esta activa entonces la salida 0500 debe estar lgicamente activa. En segundo lugar, como en el prximo peldao 0001 esta activa, entonces la salida 0500 debe estar lgicamente inactiva o en cero. Finalmente, en la ltima parte del scan que es donde se actualizan las salidas, se mantendr el ltimo estado lgico (reset 0500) de la salida 0500 que no es otro distinto a que la salida fsica se mantenga desactivada.


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5.3 Contadores.

ascendentemente (1, 2, 3, ) y que usualmente se denotan como CTU(count up); Contadores descendentes los cuales cuentan solamente descendentemente (9, 8, 7, ) y que usualmente se denotan como CTD (count down); y Contadores bidireccionales los cuales cuentan tanto ascendente como descendentemente (1, 2, 3, 4, 3, 2, 3, 4, 5,...) y que usualmente se denotan como UDC(up-down counter) o simplemente C. Tambin, muchos fabricantes incluyen un numero limitado de contadores de alta velocidad denotados usualmente como HSC (high-speed counter). Tpicamente el contador rpido es un dispositivo del hardware del PLC, mientras que los

U

n contador es un elemento diseado simplemente para contar eventos, sin embargo dependiendo del fabricante pueden existir en general tres tipos de contadores: Contadores ascendentes los cuales cuentan solamente

contadores mencionados anteriormente son implementados mediante software. Es decir, mientras que los contadores ordinarios no existen fsicamente sino que son simulados en el programa monitor del PLC, los contadores de alta velocidad si existen como elemento del hardware y funciona de esta manera en forma independiente del tiempo de scan del PLC. Una buena regla prctica es simplemente usar los contadores normales (software) cuando los pulsos que se estn contando arriben con periodos mayores a 2 veces el tiempo del SCAN. Por ejemplo, si el tiempo de SCAN es 2 ms y los pulsos que se estn contado llegan cada 4 ms o ms, es posible usar los contadores normales. Si al contrario los pulsos arriban cada 3 ms hay que hacer uso de los contadores rpidos. Tpicamente los contadores de 16 bits pueden contar desde 0 hasta 9999 usando BCD (decimal codificado en binario), -32,768 hasta +32,767 o 0 hasta 65535 usando codificacin binaria normal. Cuando el programa esta corriendo en el PLC, elProf. Danilo Navarro. Universidad De Oriente. Julio 2001. 69

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valor actual o el acumulado del contador puede ser visualizado en la consola de programacin y ajuste del PLC (Hand held). A continuacin se pueden ver algunos ejemplos de la instruccin del contador.

Fig. 68 Bloque contador tpico. Este contador usa 2 entradas: la primera es la entrada de RESET la cual al activarse restaura a cero el valor actual o el acumulado del PLC. La segunda entrada es por donde entraran los pulsos que se desean contar. Por ejemplo si se esta contando cuantas piezas pasan por el frente de un detector inductivo que esta fsicamente conectado a la entrada 0001, entonces se debe colocar un contacto al cierre con la direccin 0001 en la segunda lnea de entrada(pulse). Cxxx es la direccin o el nombre del contador. Si se desea nombrarlo como el contador cero (0), se debe colocar ah "C000". yyyyy es el preset o el nmero de pulso que se desean contar antes de que el contador active su salida. Por ejemplo, si se desean contar 5 piezas antes de que se active la salida fsica que activa el mecanismo de embalaje de las piezas, habr que colocar ah el nmero 5 en decimal. Cuando el contador ha alcanzad el valor del preset entonces l activara un conjunto de contactos etiquetados tambin con la direccin C000 y que pueden ser utilizados en cualquier parte del programa de la aplicacin. .


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Fig. 69 Uso del Bloque contador en un diagrama escalera. En el diagrama escalera anterior se puede apreciar como el contador C000 debe contar 100 pulsos provenientes de la entrada 0001 antes de activar la salida 0500. El sensor 0002 es el encargado de restaurar a cero el contador.

Fig. 70 Smbolo tpico de un contador bidireccional . En este tipo de contador se requieren 3 entradas: La entrada de RESET la cual tiene la misma funcin que en el contador mencionado anteriormente, la entrada UP para contar ascendentemente y la entrada DOWN para avanzar

descendentemente. En este ejemplo se llamara al contador como UDC000 y se le pondr un valor de preset igual a 1000. (se desean contar 1000 piezas. El diagrama escalera correspondiente se muestra a continuacin.


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Fig. 71 Uso del Bloque contador bidireccional en un diagrama escalera.


Fig. 72 Figura animacin uso del bloque contador.


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5.4 Temporizadores.

L

os temporizadores son instrucciones que aguardan una predeterminada cantidad de tiempo antes de ejecutar una accin. Existen diferentes tipos de temporizadores segn el fabricante. Los ms comunes son los siguientes:

Temporizadores al trabajo (On-Delay timer)- Este tipo de temporizador simplemente retraza el encendido. En otras palabras, despus que un sensor (entrada) activa la temporizacin, el temporizador espera por un tiempo predeterminado antes de activar su salida. Este es el ms comn de los temporizadores y usualmente se denota como TON (timer on-delay), TIM (timer) o TMR (timer). Temporizadores al reposo (Off-Delay timer)- Este temporizador retarda la desactivacin de una salida. Por ejemplo, despus que un sensor detecta un objetivo, se activa inmediatamente una salida, y luego cuando ya el sensor no esta detectando ms el objetivo, la salida se mantiene encendida por un tiempo determinado antes de desactivarla. El smbolo para este tipo de temporizadores es TOF (timer off-delay) y es menos comn que el temporizador ON-DELAY.

Temporizador acumulativo o de retencin- Este tipo de temporizador requiere de dos entradas. Una de las entradas inicia la temporizacin y la otra la restaura a cero. La temporizacin de los mencionados anteriormente es restaurada a cero una vez que la entrada del sensor que los activa cambia de estado sin que haya concluido la temporizacin, mientras que este tipo de temporizador mantiene el tiempo de temporizacin que haya transcurrido cuando el mismo sea desactivado a mitad del ciclo de temporizacin. Por ejemplo, si se desea conocer cuanto tiempo estuvo un sensor activado durante el intervalo de una hora, hay que usar temporizador acumulativo ya que si se usan los ordinarios (on / off delay) el temporizador que lleva la


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cuenta del tiempo se mantendra reseteado cada vez que el sensor se desactive / active. Un smbolo para este tipo de temporizador es RTO (retentive timer) o TMRA (accumulating timer). Finalmente, mientras el programa de aplicacin esta corriendo en el PLC, se puede acceder mediante la consola de programacin al tiempo de temporizacin transcurrido o al acumulado segn corresponda. Estos tiempos mencionados se expresan en pulsos de reloj que de acuerdo al fabricante se ofrecen en varias bases de tiempo, siendo las ms tpicas: 1, 10, 100 mseg, 1 seg y 1 min. Los valores de preseleccin para las funciones de temporizacin van desde 0 hasta 9999, o desde 0 hasta 65535 pulsos de reloj.

Fig. 73 Smbolo bsico de una instruccin de temporizacin. Este temporizador es uno del tipo on-delay direccionado como Txxx. Cuando la entrada de activacin (enable) se pone en un nivel alto comienza la temporizacin. Cuando los pulsos de temporizacin han alcanzado el valor de preseleccin yyyyy, l activar sus contactos que se podrn usar en cualquier forma y punto del programa de aplicacin. Hay que recordar que la duracin de cada pulso de reloj depende del tiempo base usado el cual se ajusta para cada temporizador con la ayuda de la consola de programacin.

Fig. 74 Uso del temporizador on delay en el diagrama escalera.Prof. Danilo Navarro. Universidad De Oriente. Julio 2001. 74

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En este diagrama cuando la entrada 0001 se activa, el temporizador T000 (un temporizador con base de tiempo igual a 100ms) comienza a contar los pulsos de base de tiempo hasta que alcance los 100 pulsos que son el valor de preseleccin. Como cada pulso corresponde a 100 ms, entonces la temporizacin total ser de 10 seg (100 pulsos X 100ms = 10,000ms =10 segundos). Cuando los 10 segundos se han agotado, el contacto de T000 cierra activando as la salida 0500. Tambin, cuando la entrada 0001 cae a cero el temporizador T000 se restaura a cero causando la apertura de su contacto, y con ello la desactivacin de la salida 0500.


Fig. 75 Figura animacin uso del bloque temporizador on delay.

Un temporizador de acumulacin tpico sera como el siguiente.

Fig. 76 Smbolo bsico de un temporizador acumulativo.


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Este temporizador es direccionado como Txxx. Cuando la entrada de activacin (enable) se pone en un nivel alto comienza la temporizacin. Cuando los pulsos de temporizacin han alcanzado el valor de preseleccin yyyyy, l activar sus contactos que se podrn usar en cualquier forma y punto del programa de aplicacin. Si por ejemplo, la entrada ENABLE cae a cero antes de que termine la temporizacin, el valor en curso se conservar, y cuando la entrada vuelva a su nivel alto continuar la temporizacin tomando en cuenta el tiempo ya computado. La nica manera de forzar al temporizador a que comience la temporizacin desde el principio es poner un nivel alto en la entrada de RESET. A continuacin esta la instruccin de temporizacin en el diagrama escalera.

Fig. 77 Uso del temporizador acumulativo en el diagrama escalera. En este diagrama cuando la entrada 0002 se activa, el temporizador T000 de base de tiempo 10 ms comienza a contar pulsos hasta alcanzar 100 unidades q

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