Microcontroladores

CONTROLADORES LOGICOS PROGRAMABLES (PLC)

Maccarrone Gustavo 76937 Alumno 2005 FIUBA

Ampliado y corregido Prof. Ing.Eduardo Néstor Álvarez

Introducción

El objetivo de este apunte difundir los conocimientos básicos relativos al funcionamiento y aplicación de los Controladores lógicos programables (PLC) ó autómatas, como también lo referente a lenguajes de programación y elementos periféricos

Estos nacen para que los técnicos acostumbrados a la lógica de relés los puedan programar fácilmente.

En todo proceso de automatización y control se sigue básicamente el siguiente esquema:

Que es un controlador lógico programable ó (PLC)?

Es un aparato electrónico digital que utiliza una memoria programable donde almacena instrucciones para implementar funciones específicas tales como lógicas, secuencias, temporizaciones, conteos y operaciones aritméticas para controlar máquinas y procesos.

Una aplicación corriendo en un PLC puede ser interpretada como un tablero electromecánico convencional con una cantidad de relés, temporizadores y contadores en su interior, solo que ahora estos elementos serán simulados electrónicamente y entonces comienzan a aparecer las primeras ventajas.

1. El conexionado de estos elementos no se hará con cables sino en su gran mayoría mediante el programa , con la consecuente disminución de la mano de obra y tiempo de cableado.

2. La cantidad de contactos normales cerrados o normales abiertos por cada elemento simulado, o por cada elemento real conectado al equipo ( por ejemplo llaves, limites de carrera, sensores, etc.), tienen una sola limitación que es la capacidad del controlador elegido, lo que en general es inmensamente superior al de los aparatos de maniobra eléctricos reales.

3. En los contactos programados , realizados por la lógica del PLC no hay posibilidad de contactos sucios o bornes flojos, lo que lleva al mantenimiento una mínima expresión.

4. Al no tratarse de un equipo dedicado exclusivamente a una aplicación, es posible adecuarlo a cualquier tipo de maquina o proceso con solo desarrollar el programa adecuado.

5. Soportan sin problemas ruidos eléctricos, magnetismo, vibraciones y no necesitan de un ambiente especialmente acondicionado para funcionar.

Actuadores

Cilindros

Motores

Válvulas

Acondicionadores

Solenoides deVálvulas

Variadores de Velocidad

Arrancadores.

Mandos Contactores

Captores

Celdas Fotoeléctricas

Sensores Capacitivos ,

Inductivos, Magnéticos,

Celdas de carga

Termocuplas , Termo resistencias ,etc

Parte Operativa

Parte de Mando

Órganos de Diálogo , Pantallas de Diálogo , Computadora Personal , Display

Adquisición de Datos

Salidas o Mandos

Sistema a

Controlar

Tratamiento de los Datos

Controladores , Programables, Cableados , Relés , Aparatos de mando lógico

Figura 1

Origen

El nacimiento de los controladores programables se produjo a fines de los años 60 para ser aplicados en la industria automotriz y desde entonces vienen creciendo y sufriendo permanentes avances en cuanto a la posibilidad de ser utilizados en máquinas o procesos más complejos, sin perder la facilidad de programación.

Partes de un controlador lógico programable:

- Fuente de alimentación.

- Unidad central de procesos (CPU).

- Memoria.

- lnterfases de entrada.

- Interfases de salida.

- Unidad de programación.

AI aumentar la complejidad de los equipos, podrán tener además interfases de comunicación con otros programadores y con computadoras, y módulos de funciones especiales.

Fuente de alimentación:

Es la encargada de tomar la energía eléctrica de las líneas, transformarla, rectificarla filtrarla y regularla para entregar la tensión requerida para el correcto funcionamiento del controlador.

Unidad central de procesos (CPU):

Esta ejecuta todas las operaciones lógicas y/o aritméticas que requiere el controlador.Estas operaciones son realizadas por microprocesadores.

Es fundamental aclarar que el aprovechamiento de la capacidad de un microprocesador está dado por un programa llamado sistema operativo, que es un componente básico del controlador programable.Dos fabricantes de PLCs pueden usar el mismo microprocesador con diferentes sistemas operativos, lo que determinará distintas características para cada equipo.

Una CPU con microprocesador es capaz de realizar cuatro tipos básicos de operaciones:

1. Aritméticas y lógicas tales como suma, resta, AND, OR, etc.

2. Operaciones de saltos que hacen posible pasar de una posición a otra de un programa.

3. Operaciones de lectura y modificación de contenidos de memoria.

4. Operaciones de entradas / salidas que hacen que el sistema pueda comunicarse con el mundo exterior.

La "potencia" del microprocesador puede ser valorada en términos del número y de la variedad de instrucciones a las que puede responder. Hay un limite basada en el tamaño de los registros del microprocesador en los que se almacenan instrucciones. Por ejemplo, un registro de 8 bits puede sostener solo 256 combinaciones, comparado con las 65536 que puede sostener uno de 16 bits.

Esta diferencia influye también en la velocidad con que se realizan las operaciones lógicas y matemáticas.

Son muy comunes ambos procesadores, los de 8 bits se utilizan en sistemas pequeños; actualmente están comenzando a surgir los controladores con microprocesadores de 32 bits.

Es necesario hacer una distinción entre las instrucciones usadas para comandar al microprocesador (programa ejecutivo y sistema operativo) y las instrucciones utilizadas por el programador para tratar un problema especifico de control (Programa de aplicación del usuario).

El programa ejecutivo o sistema operativo es diseñado por el fabricante y normalmente no es accesible para el programador de la aplicación.

El sistema operativo aprovecha la capacidad general de computación del microprocesador convirtiéndolo en una aplicación especializada de un controlador lógico programable.

El sistema operativo es responsable además, de otras tareas dentro de un PLC, una de las más importantes para el usuario es el procedimiento de diagnósticos.(Ver figura 2)

Figura 2

Existen diagnósticos de ejecución automática y otros que se ejecutan cuando el usuario lo solicita.

Los diagnósticos de ejecución automática revisan, por lo general,la memoria utilizada por el sistema operativo; Cuando los resultados de estas verificaciones sean satisfactorios, se encenderá una lámpara indicadora de "funcionamiento correcto". Cuando se detecte alguna falla, se dispondrá, según el equipo, de distintas acciones o señales de alarma.

Figura 3

Memorias.

En la estructura de cualquier controlador programable es indispensable la existencia de las memorias, las cuales sirven para dar alojamiento a cuatro grupos de datos: programa ejecutivo o sistema operativo, programa de aplicación, tablas de datos y área auxiliar.

El programa ejecutivo fue explicado anteriormente.

Programa de Aplicación:

Es el que el usuario escribe para adaptar el controlador programable a su aplicación especifica. Este programa se codifica según varios lenguajes siempre que la capacidad del PLC lo permita.

1. Programación mediante mnemónicos , simples secuencias de caracteres que indican las operaciones que se desea que el programa del usuario realice.

2. Programación gráfica mediante diagrama escalera , ladder (en inglés) asemejando los circuitos de contactos de relés.

3. Programación mediante funciones lógicas tales como las compuertas and, or, nor, nand, etc.

4. Programación mediante lenguaje estructrado , en general muy semejante al pascal.

5. Programación mediante estados ya acciones mediante el sistema GRAFCET.

Tablas de datos:

Estos datos están directamente relacionados con el programa de aplicación del usuario e incluyen valores prefijados a temporizadores y contadores, resultados y operandos de operaciones aritméticas, etc.

Una parte de estas tablas de datos esta ocupada por un registro del estado de las entradas y salidas del equipo. Durante la ejecución del programa, la CPU lee estos registros de los valores de las entradas y, respondiendo al programa que corre en su CPU, actualiza los valores de las salidas y se leen las interfases de entrada para actualizar los datos.

Área auxiliar:

La CPU usa esta porción de memoria para almacenar valores intermedios de operaciones complejas o datos auxiliares.

Tipos de memoria:

Haciendo una clasificación general, podemos establecer dos tipos de memoria: Volátiles y No Volátiles. Estarán incluidas en una u otra clase, dependiendo de la estabilidad de los datos en caso de ausencia de alimentación eléctrica,

Las volátiles pierden todo su contenido, por lo que si es necesario conservar la información ,se usan con baterías que suplen la tensión de alimentación externa cuando esta cae o desaparece.

Las memorias no volátiles son inmunes a la ausencia de alimentación y su contenido será permanente. Por ello, como veremos, se requieren operaciones especiales para borrar y/o reprogramar .

RAM (Random Access Memory):

En los primeros días de la computación, todos los métodos de almacenamiento de datos eran por naturaleza, más o menos de tipo serie.

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