CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES

DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL ________________________________ MODULO 2 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES PLC Básico Ing. Francisco De la Cruz Ing. Magda Díaz UNEXPO, 2012 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES Introducción a la Automatización Definición de PLC Evolución de los PLC Estructura Funcionamiento Clasificación Áreas Industriales de Aplicación DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL 2 PLC BASICO

Introducción • Automatización Uso de los sistemas de control tales como el control numérico, control lógico programable y otros sistemas de control industrial (hardware), en coordinación con aplicaciones de la tecnología informática (software), para controlar procesos y maquinaria industrial, reduciendo la necesidad de intervención humana. DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL 3 PLC BASICO Introducción Automatización Procesos continuos Procesos secuenciales o por lotes (batch) DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL 4 PLC BASICO

Introducción Procesos industriales (batch + secuencial + continuo) DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL 5 PLC BASICO Automatización de procesos Un sistema automatizado 6 consta de dos partes principales: „ Parte Operativa: actúa directamente sobre el proceso (sensores y actuadores) „ Parte de Mando: Realiza procesamiento información y genera señales de control DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL PLC BASICO

Sistema Automatizado Diálogo Hombre-Máquina Comunicaciones Parte de Mando CONTROL PROCESAMIENTO Parte Operativa Sensores Proceso Actuadores DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL 7 PLC BASICO Tecnologías de automatización LÓGICA LÓGICA CABLEADA PROGRAMADA DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL 8 PLC BASICO

Tecnologías de automatización AAUUTTOOMMAATTIIZZAACCIIÓÓNN LLÓÓGGIICCAA LLÓÓGGIICCAA CCAABBLLEEAADDAA PPRROOGGRRAAMMAADDAA EELLEECCTTRRIICCAA NNEEUUMMAATTIICCAA CCOOMMPPUUTTAADDOORR µµCCOONNTTRROOLLAADDOORR EELLEECCTTRROONNIICCAA HHIIDDRRAAUULLIICCAA PPLLCC DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL 9 PLC BASICO Lógica Cableada Escasa flexibilidad Falta de funciones avanzadas de control Cableado externo complejo y costos elevados Falta de hardware estándar Difícil interconexión de procesos Elevado tiempo de desarrollo del proyecto DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL 10 PLC BASICO

Lógica Programada Gran flexibilidad Cálculos y algoritmos de control complejos Simplicidad de cableado externo y bajo costo Estandarización Fácil interconexión de procesos Reducido tiempo de desarrollo del proyecto DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL 11 PLC BASICO Controlador Lógico Programable El término “Programable Logic Controller” (PLC) se 12 define en la norma IEC 61131-1, como: “Sistema electrónico de funcionamiento digital, diseñado para ser utilizado en un entorno industrial, que utiliza una memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones orientadas al usuario, para la realización de funciones específicas tales como enlaces lógicos, secuenciación, temporización, conteo y cálculo, para controlar, a través de entradas y salidas digitales o analógicas, diversos tipos de máquinas o procesos”. Tanto el PLC como sus periféricos asociados están diseñados de forma que puedan integrarse fácilmente en un sistema de control industrial y ser fácilmente utilizados en todas las aplicaciones para las que están previstos En la actualidad, los PLC incluyen capacidades adicionales como control analógico, funciones aritméticas, comunicación, reloj de tiempo real, etc. DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL PLC BASICO

Evolución de los PLC 13 1968: General Motors concibió un controlador programable industrial 1969: Bedford Asssociates (Dick Morley) desarrolla el MODICON 084 (Modular Digital Controller), con instrucciones lógicas, 1K de memoria (ferrita) y 128 E/S 1974: Sale al mercado un controlador digital con temporizadores, contadores, operaciones aritméticas, 12K de memoria y 1024 E/S 1975: Surge el Modicon 284, primer controlador digital basado en un microprocesador y con memoria UVEPROM 1977: Allen-Bradley Co. desarrolla el primer Controlador Lógico Programable (PLC) basado en un microprocesador 8080 de Intel 1980: Desarrollo de los PLC. Uso de PC para programar PLC 1983: Aparecen en el mercado pequeños PLC de bajo costo +1985: Desarrollo de redes de PLC, y control distribuido de plantas industriales DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL PLC BASICO Estructura de un PLC INTERFAZ DE SENSORES FUENTE DE COMUNICACION PODER INTE RF ACE S C PU DE ENTRADA MEMORIA DE MEMORIA DE INTE RF ACE S PR OGRAMA DE SALIDA TRAB AJ O PROGRAMADOR ACTUADORES DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL 14 PLC BASICO

INTERFACES DE ENTRADA Interfaces de entradas discretas o digitales para: 15 „ Interruptores y finales de carrera „ Contactos auxiliares de contactores „ Sensores fotoeléctricos „ Contactos de relé „ Sensores de proximidad Rangos estándar de voltaje: „ 24 VDC „ 110 VAC „ 220 VAC „ 24 VAC „ Nivel TTL DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL PLC BASICO INTERFACES DE ENTRADA Señal de Filtro Detector Opto- Al entrada de acoplador Lógica procesador Umbral Interfaz de entrada discreta (AC o DC) DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL 16 PLC BASICO

CONEXIÓN DE SENSORES AL PLC Sensores o contactos sin tensión SENSORES POSITIVO COMÚN 24 V 0V COM 0 1 2 3 4 0 DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL 17 PLC BASICO CONEXIÓN DE SENSORES AL PLC Sensores activos o con tensión + SENSORES POSITIVO - COMÚN PNP 24 V 0V COM 0 1 2 3 4 - SENSORES 0 NEGATIVO + NPN COMÚN 24 V 0V COM 0 1 2 3 4 0 DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL 18 PLC BASICO

INTERFACES DE ENTRADA Interfaz de entrada continua o analógica 19 „ Termocuplas y otros transductores de temperatura „ Transductores de flujo y presión „ Potenciómetros „ Transductores de humedad Convertidor A/D Rangos de entrada eléctrica estandarizados „ 4 a 20 mA „ 0 a 10 VDC „ ±10 VDC „ Termocupla J, K, T… „ Pt100, Pt1000… „ Termistores NTC y PTC DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL PLC BASICO INTERFACES DE SALIDA Interfaces de salida (AC o DC) con dispositivos 20 discretos tales como: „ Relés de control „ Alarmas „ Luces „ Contactores de motores „ Solenoides „ Electroválvulas Voltajes estandarizados: „ 24 VDC „ 110 VAC „ 220 VAC „ 12 a 48 VAC Nivel TTLDIPLOM„ADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL PLC BASICO

INTERFACES DE SALIDA Del Lógi ca Opto- El emento Fi l tro Linea procesador acoplador i nte rruptor Carga Interfaz de salida discreta (AC o DC) DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL 21 PLC BASICO INTERFACES DE SALIDA Salida a relé Salida a TRIAC o transistor Pueden manejar tanto cargas DC como AC Pueden manejar sólo cargas DC (Trans.) o AC (Triac) Flexibilidad para mezclar tensiones de control Tensión de salida común Tiempo de respuesta de 15 a Tiempo de respuesta < 500 20 ms µs (trans) o 10 ms (TRIAC) Caída de tensión en estado Sin caída de tensión en estado ON ON de 0,2 a 5 V Corrientes de fuga en estado Ausencia de corrientes de fuga en estado OFF OFF de 0.1 - 5 mA DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL 22 PLC BASICO

CONEXIÓN DE ACTUADORES AL PLC Acoplamiento indirecto para grandes potencias COM 0 1 2 3 4 SALIDAS 0 DEL PLC 24V KM1 RST AC KM2 KM2 KM1 M 220V AC DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL 23 PLC BASICO CONEXIÓN DE ACTUADORES AL PLC Acoplamiento directo e indirecto en baja potencia DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL 24 PLC BASICO

INTERFACES DE SALIDA Interfaces de salida continua o analógica „ Convertidor D/A „ Rangos estandarizados de salida: 4 a 20 mA 0 a 10 VDC ±10 VDC DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL 25 PLC BASICO Funcionamiento del PLC Programa Norma IEC 61131-3: „Lenguajes gráficos Diagrama en escalera (LD) Diagrama de Bloques de funciones (FBD) Diagrama funcional de secuencias (SFC) o GRAFCET (GRAFica de Control de Etapas de Transición) DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL 26 PLC BASICO

Funcionamiento del PLC Programa BLK %TM0 Norma IEC 61131-3: LD %M5 AND %M0 „Lenguajes gráficos AND %I0.0.7 IN Diagrama en escalera (LD) OUT_BLK Diagrama de Bloques de funciones LD Q (FBD) S %M2 Diagrama funcional de secuencias S %M10 (SFC) o GRAFCET (GRAFica END_BLK de Control de Etapas de Transición) 27 „Lenguajes de texto Listado de instrucciones Texto estructurado DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL PLC BASICO Funcionamiento del PLC Programador o terminal de programación „ Tipo calculadora „ Terminal industrial „ Computador Personal (PC) „ Panel frontal del PLC DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL 28 PLC BASICO

Ciclo de Trabajo del PLC DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL Tratamiento interno PLC BASICO Barrido de entradas RUN STOP Ejecución programa Tratamiento interno Actualización de salidas 29 Clasificación de los PLC 5 1. Micro PLC 2. Compactos Complejidad y costo 4 3. Medianos 4. Grandes 3 5. Muy grandes 2 … 30 1 24 128 1024 4096 Número E/S DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL PLC BASICO

Clasificación de los PLC Micro PLC: Hasta 24 E/S ∼100 instrucciones DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL 31 PLC BASICO Clasificación de los PLC Compactos: Hasta 64 E/S - 64 K memoria DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL 32 PLC BASICO

Clasificación de los PLC Medianos: 1024 E/S - 470 K memoria DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL 33 PLC BASICO Clasificación de los PLC Grandes: Hasta 4096 E/S - 2 Mb memoria DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL 34 PLC BASICO

Clasificación de los PLC Muy grandes: 32 K E/S – 4 Mb memoria DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL 35 PLC BASICO Requerimientos para especificar un PLC Cantidad, tipo y ubicación de las E/S 36 „ Número de Entradas y Salidas „ AC ó DC „ Analógicos y/o Discretos „ Concentrados o distribuidos por la Planta Requerimientos de Comunicación „ – Protocolos y redes utilizadas „ – Dispositivos con los que me voy a comunicar (HMI, otros PLCs, etc.) • Velocidad requerida para la aplicación „ Tiempo mínimo de respuesta requerido por el sistema „ Constantes de tiempo del proceso „ Velocidad de respuesta de sensores y actuadores DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL PLC BASICO

Requerimientos para especificar un PLC Arquitectura de Control „ Control Centralizado, Control Distribuido o combinación de ambos „ Redundancia - CPUs, alimentación, redes de comunicación, etc. Software de Programación „ IEC o Ladder no normalizado „ Software Instalado Lógica de Usuario „ Tamaño y complejidad del programa „ Utilización o no de lazos de control „ Utilización de funcionalidades específicas DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL 37 PLC BASICO Aplicación de los PLC Maniobras de Máquinas „ Maquinaria industrial del mueble y la madera. „ Maquinaria en proceso de grava, arena y cemento. „ Maquinaria en la industria del plástico. „ Maquinas-herramientas complejas. „ Maquinaria de ensamblaje. Maniobra de Instalaciones „ Instalaciones de aire acondicionado y calefacción „ Instalaciones de seguridad „ Instalaciones de almacenamiento y transporte „ Instalaciones de plantas embotelladoras „ Instalaciones en la industria automotriz „ Instalación de tratamientos térmicos „ Instalaciones de la industria azucarera. Industria de plásticos y vulcanizados „ Control de calderas, sistemas de refrigeración, prensas de vulcanizado. „ Control de las máquinas para el armado de las cubiertas, extrusoras de goma. „ Control de las máquinas extrusoras de plástico DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL 38 PLC BASICO

Aplicación de los PLC Industria química y petroquímica „ Control de procesos (dosificación, mezcla, pesaje, etc.). „ Baños electrolíticos, oleoductos, refinado, tratamiento de aguas residuales, etc. Industria automotriz „ Cadenas de montaje, soldadura, cabinas de pintura, etc. „ Máquinas herramientas: Tornos, fresadoras, taladradoras, etc. Industria de alimentos y bebidas „ Envasado, empaquetado, embotellado, almacenaje, etc. Industria de madera y papel „ Control de procesos, serradoras, producción de conglomerados y de laminados, producción de pasta y láminas de papel, etc. Producción y control de energía „ Centrales eléctricas, turbinas, transporte de combustible, energía solar, etc. Metalurgia „ Control de hornos, laminado, fundición, soldadura, forja, grúas, Tráfico „ Regulación y control del tráfico, ferrocarriles, etc. Domótica „ Iluminación, temperatura ambiente, sistemas antirrobo, etc. DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL 39 PLC BASICO RESUMEN 40 Introducción a la Automatización Definición de PLC Evolución de los PLC Estructura Funcionamiento Clasificación Áreas Industriales de Aplicación DIPLOMADO EN AUTOMATIZACION INDUSTRIAL PLC BASICO