manual plc cbtis

18
CURSO PLC´s CBTis 118 M. en I. Tomas G. Torres Luna 1 AUTOMATIZACION Introducción PLC. Un controlador lógico programable, más conocido por sus siglas en inglés PLC (Programmable Logic Controller), es una computadora utilizada en la ingeniería automática o automatización industrial, para automatizar procesos electromecánicos, tales como el control de la maquinaria de la fábrica en líneas de montaje o atracciones mecánicas. Los PLCs son utilizados en muchas industrias y máquinas. A diferencia de las computadoras de propósito general, el PLC está diseñado para múltiples señales de entrada y de salida, rangos de temperatura ampliados, inmunidad al ruido eléctrico y resistencia a la vibración y al impacto. Los programas para el control de funcionamiento de la máquina se suelen almacenar en baterías copia de seguridad o en memorias no volátiles. Un PLC es un ejemplo de un sistema de tiempo real duro donde los resultados de salida deben ser producidos en respuesta a las condiciones de entrada dentro de un tiempo limitado, que de lo contrario no producirá el resultado deseado. Historia Su historia se remonta a finales de la década de 1960, cuando la industria buscó en las nuevas tecnologías electrónicas una solución más eficiente para reemplazar los sistemas de control basados en circuitos eléctricos con relevadores, interruptores y otros componentes comúnmente utilizados para el control de los sistemas de lógica combinacional. En un rack UR2 de 9 ranuras, de izquierda a derecha: fuente de alimentación PS407 4A, CPU 416-3, módulo de interfaz IM 460-0 y procesador de comunicaciones CP 443-1. En 1968 GM Hydramatic (la división de transmisión automática de General Motors) emitió una solicitud de propuestas para un reemplazo electrónico de los sistemas cableados de relevadores. La propuesta ganadora vino de Bedford Associates. El resultado fue el primer PLC, designado 084 porque era el proyecto de Bedford Associates nº 84. 2 Bedford Associates comenzó una nueva empresa dedicada al desarrollo, fabricación, venta y mantenimiento de este nuevo producto: Modicon (MOdular DIgital CONtroler). Una de las personas que trabajaron en ese proyecto fue Dick Morley, quien es considerado como el "padre" del PLC. 3 La marca Modicon fue vendida en 1977 a Gould Electronics, y posteriormente adquirida por la compañía alemana AEG y luego por la francesa Schneider Electric, el actual propietario. Hoy en día, los '''PLC''' no sólo controlan la lógica de funcionamiento de máquinas, plantas y procesos industriales, sino que también pueden realizar operaciones aritméticas, manejar Señales analógica / digitales, para realizar estrategias de control, tales como controladores proporcional integral derivativo (PID).

Upload: josemitq

Post on 24-Nov-2015

145 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

  • CURSO PLCs CBTis 118 M. en I. Tomas G. Torres Luna

    1

    AUTOMATIZACION

    Introduccin

    PLC. Un controlador lgico programable, ms conocido por sus siglas en ingls PLC

    (Programmable Logic Controller), es una computadora utilizada en la ingeniera automtica o

    automatizacin industrial, para automatizar procesos electromecnicos, tales como el control de la

    maquinaria de la fbrica en lneas de montaje o atracciones mecnicas.

    Los PLCs son utilizados en muchas industrias y mquinas. A diferencia de las computadoras de

    propsito general, el PLC est diseado para mltiples seales de entrada y de salida, rangos de

    temperatura ampliados, inmunidad al ruido elctrico y resistencia a la vibracin y al impacto. Los

    programas para el control de funcionamiento de la mquina se suelen almacenar en bateras copia

    de seguridad o en memorias no voltiles. Un PLC es un ejemplo de un sistema de tiempo real duro

    donde los resultados de salida deben ser producidos en respuesta a las condiciones de entrada

    dentro de un tiempo limitado, que de lo contrario no producir el resultado deseado.

    Historia

    Su historia se remonta a finales de la dcada de 1960, cuando la industria busc en las nuevas

    tecnologas electrnicas una solucin ms eficiente para reemplazar los sistemas de control

    basados en circuitos elctricos con relevadores, interruptores y otros componentes comnmente

    utilizados para el control de los sistemas de lgica combinacional.

    En un rack UR2 de 9 ranuras, de izquierda a derecha: fuente de alimentacin PS407 4A, CPU 416-3,

    mdulo de interfaz IM 460-0 y procesador de comunicaciones CP 443-1.

    En 1968 GM Hydramatic (la divisin de transmisin automtica de General Motors) emiti una

    solicitud de propuestas para un reemplazo electrnico de los sistemas cableados de relevadores. La

    propuesta ganadora vino de Bedford Associates. El resultado fue el primer PLC, designado 084

    porque era el proyecto de Bedford Associates n 84.2 Bedford Associates comenz una nueva

    empresa dedicada al desarrollo, fabricacin, venta y mantenimiento de este nuevo producto:

    Modicon (MOdular DIgital CONtroler). Una de las personas que trabajaron en ese proyecto fue

    Dick Morley, quien es considerado como el "padre" del PLC.3 La marca Modicon fue vendida en

    1977 a Gould Electronics, y posteriormente adquirida por la compaa alemana AEG y luego por la

    francesa Schneider Electric, el actual propietario.

    Hoy en da, los '''PLC''' no slo controlan la lgica de funcionamiento de mquinas, plantas y

    procesos industriales, sino que tambin pueden realizar operaciones aritmticas, manejar Seales

    analgica / digitales, para realizar estrategias de control, tales como controladores proporcional

    integral derivativo (PID).

  • CURSO PLCs CBTis 118 M. en I. Tomas G. Torres Luna

    2

    Los ''PLC'' actuales pueden comunicarse con otros controladores y PCs por Red de rea local, y

    son una parte fundamental de los modernos sistemas de control distribuido.

    Existen varios lenguajes de programacin, tradicionalmente los ms utilizados son el diagrama de

    escalera, preferido por los electricistas, lista de instrucciones y programacin por estados, aunque

    se han incorporado lenguajes ms intuitivos que permiten implementar algoritmos complejos

    mediante simples diagramas de flujo ms fciles de interpretar y mantener. Un lenguaje ms

    reciente, preferido por los informticos y electrnicos, es el [[FBD]] (en ingls Function Block

    Diagram) que emplea compuertas lgicas y bloques con distintas funciones conectados entre s.

    En la programacin se pueden incluir diferentes tipos de operandos, desde los ms simples como

    lgica booleana, contadores, temporizadores, contactos, bobinas y operadores matemticos, hasta

    operaciones ms complejas como manejo de tablas (recetas), apuntadores, algoritmos PID y

    funciones de comunicacin multiprotocolos que le permitiran interconectarse con otros

    dispositivos.

    Desarrollo

    Los primeros PLC fueron diseados para reemplazar los sistemas de relevadores lgicos. Estos PLC

    fueron programados en "Lenguaje Ladder", que se parece mucho a un diagrama esquemtico de la

    lgica de relevadores. Este sistema fue elegido para reducir las demandas de formacin de los

    tcnicos existentes. Otros autmatas primarios utilizaron un formulario de listas de instrucciones

    de programacin.

    Los PLCs modernos pueden ser programados de diversas maneras, desde la lgica de escalera de

    relevadores, a los lenguajes de programacin tales como dialectos especialmente adaptados de

    BASIC y C. Otro mtodo es la lgica de estado, un lenguaje de programacin de alto nivel diseado

    para programar PLCs basados en diagramas de estado.

  • CURSO PLCs CBTis 118 M. en I. Tomas G. Torres Luna

    3

    Funciones

    La funcionalidad del PLC ha evolucionado con los aos para incluir el control del relevador

    secuencial, control de movimiento, control de procesos, Sistemas de Control Distribuido y

    comunicacin por red. Las capacidades de manipulacin, almacenamiento, potencia de

    procesamiento y de comunicacin de algunos PLCs modernos son aproximadamente equivalentes a

    las computadoras de escritorio. Un enlace-PLC programado combinado con hardware de E/S

    remoto, permite utilizar un ordenador de sobremesa de uso general para suplantar algunos PLC en

    algunas aplicaciones. En cuanto a la viabilidad de estos controladores de ordenadores de

    sobremesa basados en lgica, es importante tener en cuenta que no se han aceptado

    generalmente en la industria pesada debido a que los ordenadores de sobremesa ejecutan

    sistemas operativos menos estables que los PLCs, y porque el hardware del ordenador de escritorio

    est tpicamente no diseado a los mismos niveles de tolerancia a la temperatura, humedad,

    vibraciones, y la longevidad como los procesadores utilizados en los PLC. Adems de las

    limitaciones de hardware de lgica basada en escritorio; sistemas operativos tales como Windows

    no se prestan a la ejecucin de la lgica determinista, con el resultado de que la lgica no siempre

    puede responder a los cambios en el estado de la lgica o de los estado de entrada con la

    consistencia extrema en el tiempo como se espera de los PLCs. Sin embargo, este tipo de

    aplicaciones de escritorio lgicos encuentran uso en situaciones menos crticas, como la

    automatizacin de laboratorio y su uso en instalaciones pequeas en las que la aplicacin es

    menos exigente y crtica, ya que por lo general son mucho menos costosos que los PLCs.

    Revisin histrica

    1968: Procesador cableado sustituye a relevadores.

    70s

    Incorporacin de elementos hombre-mquina.

    Manipulaciones de datos

    Operaciones aritmticas

    Comunicaciones (ordenador)

    Incremento de memoria

    E/S remotas

    Desarrollo de comunicaciones con dispositivos

    80 s

    Avance de la tecnologa P

    Alta velocidad de respuesta, ms lenguajes

    Reduccin de dimensiones

    Mdulos inteligentes, autodiagnstico

  • CURSO PLCs CBTis 118 M. en I. Tomas G. Torres Luna

    4

    90S

    Buses de campo abiertos

    Utilizacin de tecnologa de ordenador: PCMCIA /ETHERNET

    Plug & Play / Easy to use

    Pros

    1. PLCs son buenos en transformar los resultados de encendido o apagado basndose en el

    estado de las entradas. (Control)

    2. PLC son buenos para reunir y concentrar una gran cantidad de datos y el

    estado en que se carga en una computadora en un formato compacto

    3. PLC son ms resistentes que las computadoras y suelen durar cinco, siete, diez aos sin

    necesidad de reemplazo

    Contras

    1. PLC no son los mejores en el manejo de grandes cantidades de datos o datos complejos.

    2. PLC no son los mejores en la lectura y la escritura bases de datos.

    3. PLC no son los mejores en la salida de datos resultantes para impresoras.

    4. PLC no son los mejores en la visualizacin de datos e informacin para el operador.

    AUTOMATIZACIN DE PROCESOS

    Automatizacin

    Dotacin a la fase de produccin de un sistema de control, potencia y comunicacin,

    que realice el trabajo y que pueda ser gobernado por el operador mediante un sistema de mando

    Qu es un automatismo?

    Todo dispositivo fsico (elctrico, electrnico, neumtico, hidrulico, etc.), capaz de controlar el

    funcionamiento de una mquina o proceso , Libera al hombre de operaciones peligrosas, pesadas

    o rutinarias.

    El elemento de control

    Ejecuta el programa lgico interno

    Reacciona ante la informacin recibida las terminales de entrada

    Acta sobre los accionamientos de la instalacin.

  • CURSO PLCs CBTis 118 M. en I. Tomas G. Torres Luna

    5

    OBJETIVO DE LA AUTOMATIZACIN

    Funciones bsicas de la automatizacin de una mquina o instalacin

    Disminuir costos: humanos, energticos, materiales, etc.

    Mejorar la calidad del producto acabado, calidad constante

    Evitar tareas de difcil control manual: peligrosas, complejas o rpidas

    Informacin en tiempo real del proceso

    Aumentar la produccin y flexibilidad de las mquinas (adaptacin al mercado)

    Facilitar la deteccin de averas y su reparacin

  • CURSO PLCs CBTis 118 M. en I. Tomas G. Torres Luna

    6

    Tecnologas de automatizacin

    Lgica Cableada

    Lgica Programada

  • CURSO PLCs CBTis 118 M. en I. Tomas G. Torres Luna

    7

    Automatismos cableados

    En qu consiste?

    Automatismo realizado mediante el cableado de los elementos que intervienen: sensores,

    actuadores, relevadores, contactores

    Inconvenientes:

    Ocupa mucho espacio

    Poca flexibilidad para modificaciones, mejoras, etc.

    Problemas de mantenimiento, localizacin y correccin de averas.

    Difcil implantacin de algoritmos que no sean derivados del lgebra de Boole

    Tipo de control: on/off

    Los elementos de control en automatismos cableados (Hard Wired Control) son:

    a) contactores

    b) relevadores

    Automatismos programados

    En qu consiste?

    Incorporacin de controladores y de los programables al entorno industrial.

    Inconvenientes:

    Personal tcnico para instalacin y programacin

    Incorporacin de controladores programables al entorno industrial.

    Coste elevado en aplicaciones de pequea envergadura

  • CURSO PLCs CBTis 118 M. en I. Tomas G. Torres Luna

    8

    Ventajas:

    Simplificacin en la elaboracin de proyectos. No planos de contactos (cableada)

    Facilidad en la introduccin de modificaciones: cambios en programa.

    No sustitucin de cables ni elementos activos (relevadores)

    Instalacin cmoda y sencilla. Minimizacin de espacio

    Mantenimiento rpido y sencillo: herramientas software de diagnstico y reparacin

    Capacidad de control multiproceso

    Documentacin inmediata de aplicaciones

  • CURSO PLCs CBTis 118 M. en I. Tomas G. Torres Luna

    9

    AUTMATAS PROGRAMABLES DE SIEMENS.

    QU ES UN PLC AUTMATA PROGRAMABLE

    Programmable Logic Controller -Dispositivo electrnico programable, en lenguaje especfico,

    diseado para controlar, en tiempo real y en un medio industrial, procesos secuenciales.

    Ejemplos de PLCs

  • CURSO PLCs CBTis 118 M. en I. Tomas G. Torres Luna

    10

    GENERALIDADES PLCs

    Criterios de seleccin:

    Nmero de E/S a controlar

    Capacidad de la memoria de programa

    Potencia de las instrucciones

    Posibilidad de conexin de perifricos, mdulos especiales y comunicaciones.

    Clasificacin PLC por tipo de formato

    COMPACTOS: Suelen integrar en el mismo bloque la alimentacin, entradas y salidas y/o el

    CPU. Se expanden conectndose a otros con caractersticas parecidas. Ejem: S7-200

    MODULARES: Estn compuestos por mdulos o tarjetas conectadas a rack con funciones

    definidas: CPU, fuente de alimentacin, mdulos de E/S, etc Ejem: S7-300 La expansin

    se realiza mediante conexin entre racks.

    ESTRUCTURA DE UN AUTMATA PROGRAMABLE

    Bloques principales de un PLC:

    CPU

    Perifricos: dispositivos de interfaz con entorno

    Buses: internos y externos, interconexin entre CPU y perifricos

  • CURSO PLCs CBTis 118 M. en I. Tomas G. Torres Luna

    11

    Unidad central de proceso

    Funcin principal:

    Consulta el estado de las entradas.

    Recoge de la memoria la secuencia de instrucciones a ejecutar.

    Elabora las seales de salida.

    Comunica con perifricos Realiza chequeos, etc

    Memoria

    La memoria del PLC se encuentra dividida en varias reas,

    Memoria interna: Memoria del proceso, como entradas, salidas, variables internas.

    suele clasificarse en:

    Posiciones de 1 bit: imagen de e/s, relevadores internos, relevadores especiales/auxiliares

    Posiciones de byte o palabra: temporizadores, contadores, registros de uso general.

    rea de sistema operativo:

    Sirve para almacenar los datos necesarios del PLC .

    El fabricante graba programa de comportamiento PLC

    ROM, no voltil.

  • CURSO PLCs CBTis 118 M. en I. Tomas G. Torres Luna

    12

    rea de datos:

    Esta rea es usada para almacenar valores o para obtener informacin sobre el estado del

    PLC.

    RAM

    Memoria de Programa: Memoria de control, como configuracin y del Programa. Suele ser

    externa y enchufable a la CPU, aunque en la fase de prueba se suele usar RAM + batera

    rea de programa:

    El usuario graba el programa a ejecutar por el PLC

    RAM con batera, EPROM EEPROM

    Interfaces de E/S

    Son elementos que establecen la comunicacin entre CPU y proceso que se desea controlar, entre

    sus principales funciones estn las siguientes:

    Filtrar, adaptar y codificar las seales de entrada

    Decodificar y amplificar las seales de salida.

    Entradas habituales:

    CC a 24 O 48 VCC.

    AC a 110 o 220 VAC.

    Analgicas de 0-10 V o 4-20 mA.

    Salidas tpicas:

    Por relevador

    Estticas por triac a 220 V (max.)

    Colector abierto a 24 o 48 VCC.

    Analgicas de 0-10 V o 4-20 mA.

    Fuente de alimentacin

    Proporciona las tensiones y corrientes necesarias. Salvo en pequeos compactos, se suele separar

    al menos en:

    Alimentacin del autmata (CPU, memoria einterfaces). Normalmente a 24 Vcc.

    Alimentacin de los emisores de seal y de los actuadores de salida.

    Puede ir en continua o alterna segn las necesidades.

  • CURSO PLCs CBTis 118 M. en I. Tomas G. Torres Luna

    13

    Modos de operacin

    RUN: El programa ejecuta normalmente el programa de usuario y todas las posiciones internas

    excepto las remanentes, pasan a OFF.

    STOP: La ejecucin se detiene (usuario, programa o error) y las salidas pasan a estado OFF. Las

    posiciones internas mantienen su estado.

    Cmo trabaja un plc?

    Ciclo de scan

    Conjunto de tareas, adems de programa de usuario, que el autmata lleva a cabo cuando est

    controlando un proceso.

    Tareas comunes: (supervisin general)

    Aceptacin de entradas y actuacin sobre salidas

    Excusin de las instrucciones

    Servicio a perifricos

    Tiempo de respuesta

    Tiempo necesario para llevar a cabo las distintas operaciones de control de un proceso externo. El

    tiempo de respuesta de un sistema (activacin de una seal de salida en relacin a una entrada)

    viene determinado por:

    Tiempo de scan de la cpu

    Tiempo de on/off de los mdulos de e/s

  • CURSO PLCs CBTis 118 M. en I. Tomas G. Torres Luna

    14

    Ciclo de funcionamiento

    El tiempo de ciclo depende de:

    nmero de entradas y salidas

    longitud del programa de usuario

    nmero y tipo de perifricos conectados

    Ser la suma de tiempos de:

    autodiagnsticos

    actualizacin de E/S (retardos de conmutacin)

    ejecucin del programa (ms/Instruccin)

    servicio a perifricos

    Elementos de proceso rpido

    Procesamiento de alarmas (interrupcin externa)

    Procesamiento de rutinas peridicas (interrupcin temporizada)

    Lectura de impulsos de alta frecuencia

    Deteccin de seales de corta duracin

    Configuracin

    Unidad de control (UC)

    Arquitectura de las tarjetas

    Arquitectura del sistema

    Redundancia

    Sistema de E/S

    Arquitectura de las tarjetas

    Las tarjetas de la UC, pueden llevar uno o varios procesadores.

    Procesador nico:

    Micro estndar

    Circuito ASIC especfico

  • CURSO PLCs CBTis 118 M. en I. Tomas G. Torres Luna

    15

    Procesadores mltiples:

    DOBLE (bits y palabras)

    COPROCESADORES (supervisor, booleanos, aritmticos, otros)

    Tipos de Control

    Control centralizado: unidad de control compacta (todas las E/S a una nica CPU, mono proceso)

    Control distribuido: Unidad de control modular (varios procesadores con sus E/S conectados a una

    Unidad central, multiproceso), Posibles configuraciones:

    Multiprocesadores centrales

    Varias unidades centrales en un mismo bastidor gestionadas por una

    unidad de coordinacin.

    Permite la estructuracin de la tarea de control.

    En caso de ampliacin basta con aadir otro procesador

    Se reducen los tiempos de respuesta frente a seales rpidas

    Ejemplo: Simatic S5-135 (hasta 4 unidades centrales). Procesadores

    disponibles: S (lgicas), R (aritmticas) y M (estadsticas y de gestin)

    Procesador central + procesadores perifricos

    Incorporan nuevas tareas descargando la CPU:

    _ Transmisin de datos

    _ Posicionamiento de mviles sobre ejes

    _ Tratamiento de seales analgicas

    Intercambian informacin con la CPU:

    _ Parmetros de configuracin

    _ rdenes de control de funcionamiento

    _ Seales de interrupcin, indicadores de fin, valores elaborados

  • CURSO PLCs CBTis 118 M. en I. Tomas G. Torres Luna

    16

    Procesadores en red

    Mayor disponibilidad y puestas en marcha ms rpidas

    Redundancia

    Es bsicamente, un sistema perifrico descentralizado, tolerante a fallas.

    El perifrico descentralizado es el sistema que permite ahorrar cableados, cpu, etc. Con la

    Redundancia se pretende incrementar la disponibilidad del sistema de control. Consiste en uno o

    ms cpus de grandes prestaciones (maestro), con grandes capacidades de ampliacin, etc.

    Para qu sirve?

    Este sistema, es util para procesos que no pueden detenerse, por ejemplo imaginen una fbrica de

    botellas que procesa 1000 botellas por minuto, controlada por varias CPU, y un cpu encargado de

    abrir una compuerta se detiene, en caso de que la falla se detectara al minuto, habran 1000

    botellas destruidas. UNA CATSTROFE.

    Entonces, en este caso si hubiera CPUs en redundancia se podra salvar este problema.

    Hay muchas cosas que pueden influir en una falla en el proceso,

    o simplemente se desea hacer mantenimiento en el sistema, o una modificacin, y la forma es por

    medio hacer una permuta para dar el mantenimiento y se continua con el otro.

  • CURSO PLCs CBTis 118 M. en I. Tomas G. Torres Luna

    17

    Cmo funciona?

    Funciona a travs de dos o ms CPUs con conexion de red(profibus, profinet, etc)(*), varias

    subestaciones comandadas por ET200M(siemens), en la cual se montan los mdulos I/O.

    (*) en siemens se pueden usar las Cpu S7 300 y S7 400 que tengan la terminacin 2DP. EJ. "S7 300,

    CPU 315 2D0P"

    Tipos de Redundancia

    total: 2 UC idnticas con sus propias E/S, acopladas entre s y funcionando en

    paralelo

    parcial: 2 UC idnticas conectadas al mismo interfaz de E/S

  • CURSO PLCs CBTis 118 M. en I. Tomas G. Torres Luna

    18

    Configuracin del sistema de E/S

    Existe bsicamente 2 formas de configurar las Entrada y salidas de un PLC

    Centralizadas

    o Autmatas compactos, autmatas (+mdulos)

    o Autmatas modulares (+mdulos y +bastidores)

    Distribuidas

    o Locales (50-100 m). Bastidor de expansin

    o Remotas (>100 m). Bus de campPueden disminuir los costos de instalacin

    o Aumenta la seguridad de la transmisin

    Configuracin de un S5-135

    Configuracin de E/S Remotas

    Son entrada y salidas que pueden accederse de manera remota, y principalmente pueden ser

    E/S, como accionadores y dispositivos de campo inteligentes conectados a bus de campo estndar

    (PROFIBUS).