Resumen Tema 4 Sistemas de Automatización con Autómata Programable PDF

TEMA 4 SISTEMAS DE AUTOMATIZACIÓN CON AUTOMATA PROGRAMABLE ========================================================== 1. CONFIGURACIÓN DE UN AUTOMATA PROGRMABLE COMPACTA Y MODULAR ------------------------------------------------------------- Los sistemas de automatización con autómatas programable...

TEMA 4 SISTEMAS DE AUTOMATIZACIÓN CON AUTOMATA PROGRAMABLE ========================================================== 1. CONFIGURACIÓN DE UN AUTOMATA PROGRMABLE COMPACTA Y MODULAR ------------------------------------------------------------- Los sistemas de automatización con autómatas programables (PLC) son dispositivos que reciben información de entradas (sensores) y procesan esta información para activar salidas (actuadores) según parámetros programados. Funcionan como un sistema centralizado donde todos los dispositivos están conectados al PLC. Su capacidad para observar y analizar entradas y salidas permite monitorear condiciones como temperatura y productividad, activar alarmas en caso de fallos, y gestionar el inicio y detención de procesos automáticamente. Comparados con técnicas más antiguas, los PLC son más fiables, sencillos, rentables y versátiles \[T2\], \[T6\]. ### 1.1 ESTRUCTURA INTERNA ¿Qué estructura interna tienen los autómatas programables? Aun teniendo hoy en día una amplia variedad, todo están formados de los siguientes componentes: Memoria. Unida central de procesamiento o CPU. Módulo de salida. Módulo de entrada. Fuente de alimentación. ### 1.2 UNIDAD DE PROGRMACIÓN INTERNA ¿Qué configuración pueden tener los autómatas programables? Compacto: El autómata programable o PLC tiene una única unidad la cual no necesita de módulos complementarios de entrada, salida o fuente de alimentación. Los compactos no se pueden ampliar, los modulares se podrían ampliar comprando más módulos. Modular: Formado por un grupo de elementos separados, como su nombre indica. Estos elementos son CPU, fuente de alimentación, módulos de salida y módulos de entrada. Estos si se pueden ampliar con más módulos. Podríamos encontrar en algunos casos módulos de comunicaciones y memoria. La gran mayoría de los autómatas programables actuales son modulares, eso es debido a que su diseño es más simple y se pueden añadir una mayor variedad de funciones según lo que necesita el sistema de control. 2. INTERFAZ DE COMUNICACIONES ----------------------------- Para comunicarse con el PLC en tiempo real, el usuario necesita una interfaz de comunicaciones, conocida como interfaz hombre-máquina. Esta interfaz permite la interacción entre el usuario y el PLC, similar a cómo la CPU de un ordenador se comunica con dispositivos como el ratón y el teclado. Ejemplos de estas interfaces incluyen pantallas que muestran textos y teclados, así como pantallas táctiles, que permiten al usuario introducir, visualizar y revisar datos en el autómata programable en tiempo real, facilitando la interacción con el dispositivo tecnológico \[T6\]. ### 2.1UNIDAD CENTRAL DE PROCESAMIENTO La unidad central de procesamiento, también conocido como el procesador o la CPU es el "cerebro" o corazón del autómata programable. Dependiendo del tipo y tamaño de la unidad de control programable se determinarán si tendrá unas funcionas u otras, como velocidad de procesamiento, memoria disponible o mayor o menor tamaño de la lógica de la aplicación. ### 2.2 MODULO DE ENTRADA Y MODULOS DE SALIDA El módulo de entrada del autómata programable transporta señales del proceso al controlador, utilizando sensores (como de temperatura o presión) e interruptores. La información recogida por los terminales de entrada se envía a la CPU, que ejecuta el programa almacenado en su memoria RAM y envía los resultados a las salidas. Las salidas son los actuadores que permiten realizar modificaciones en el exterior, proporcionando la energía necesaria para activar dispositivos como motores, bombas, electroválvulas, relés y luces. Tanto las entradas como las salidas se clasifican en señales analógicas, que varían en un rango (como temperatura o presión), y señales digitales, que operan en valores binarios (encendido/apagado) \[T6\]. 3. FUENTE DE ALIMENTACIÓN ------------------------- La fuente de alimentación del control lógico programable (PLC) proporciona corriente continua interna para ejecutar los circuitos lógicos del procesador y gestionar las entradas y salidas. Generalmente, se encuentra en el mismo compartimento que la CPU y puede ser de dos tipos: 230V en corriente alterna (CA) o 24V en corriente continua (DC). Los niveles más comunes de energía son 24VDC y 120VAC. Los dispositivos que suelen alimentarse con un PLC incluyen electroválvulas, fotocélulas y sensores inductivos y capacitivos. Algunas fuentes de alimentación cuentan con baterías de respaldo para mantener el funcionamiento en caso de cortes de energía, y se pueden añadir alarmas para alertar sobre la falta de suministro. La fuente de alimentación es crucial para proteger el PLC contra variaciones de voltaje y interferencias electromagnéticas \[T5\], \[T6\]. 4. MEMORIAS ----------- En un PLC la memoria es la que guarda el estado de las distintas variables que utiliza el autómata programable: salidas/entradas, relés, señales de estado... En ese almacén se guarda todo lo que es necesario para poder realizar la tarea de control. En un PLC, la memoria almacena el estado de diversas variables necesarias para el control, incluyendo salidas, entradas, relés y señales de estado. Se clasifica en dos categorías principales: memoria operacional (RAM) y memoria permanente (ROM, EPROM, EEPROM, FLASH). La \*\*RAM\*\* es de lectura y escritura, utilizada para la memoria interna y el programa, requiriendo una fuente de energía ininterrumpida. La \*\*ROM\*\* es de solo lectura y no reprogramable, mientras que la \*\*EPROM\*\* es reprogramable mediante borrado ultravioleta. La \*\*EEPROM\*\* es reprogramable eléctricamente y se usa para almacenar programas, siendo cada vez más común la combinación de RAM y EEPROM para mayor seguridad de los datos \[T6\]. 5. EQUIPOS PERIFÉRICOS ---------------------- Los equipos periféricos son dispositivos que se conectan al autómata programable (PLC) para ampliar sus capacidades de automatización. Ejemplos de estos equipos incluyen: ### 5.1 SOFTWARE PARA PLC El software de los PLC está formado por un sistema operativo y un entorno de programación, que soporta uno o varios lenguajes de programación, que se usan en la programación de los autómatas programables. Existen componentes que complementan el software de los PLCs como son programas para averiguar fallos, problemas de visualización... El sistema operativo puede ser o convencionales como Windows, Linux, MAC... o más especializados, por ejemplo, por una empresa, como son: Siemens el STEP 7-Micro/WIN. Algunos de los más utilizados son: ### 5.2 CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA El autómata programable debe de conectarse a un router por un cable de Ethernet, usando uno de los puertos LAN que estén disponibles en el router. Luego se tiene que enchufar a una toma eléctrica. Después, en algún enchufe de la vivienda en donde no llegue el wifi se colocaría otro PLC y ya podremos tener internet. 6. LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN --------------------------- La programación de un autómata programable (PLC) generalmente requiere un técnico especializado o el uso de software en un PC o portátil, que permite cargar y modificar la lógica interna del dispositivo. Desde la creación del primer PLC en 1968, se han utilizado lenguajes de programación más sencillos en lugar de lenguajes de alto nivel como Pascal y C. Actualmente, existen dos tipos de lenguajes de programación para PLC: los de nivel alto, que incluyen lenguajes gráficos, y los de nivel bajo, que son textuales \[T6\]. ### 6.1 LENGUAJES TEXTUALES O DE BAJO NIVEL Lista de instrucciones (STL o IL): Son lenguajes del tipo ensamblador con uso de acumuladores. Se usa para aplicaciones pequeñas, ya que su estructura es compleja. Texto Estructurado (ST): Son de nivel alto, parecido a Pascal. Requiere conocimiento de la programación. Es el más adecuado para expresiones de condiciones, funciones, bucles... ### 6.2 LENGUAJES GRÁFICOS O DE ALTO NIVEL Diagrama de Funciones Secuenciales (SFC): Es un tipo de lenguaje de bloques de funciones secuenciales en el que puede organizar subrutinas o etapas. Proviene del estándar GRAFCET que también usa etapas, transiciones y accionamiento para el funcionamiento como vimos en el tema 3. Diagrama de Bloques de funciones o F unction Block Diagram (FBD): Son diagramas de bloques secuenciales. Se usa para representación gráfica de un proceso a través de símbolos lógicos. Diagramas de Tipo Escalera, LADDER o de contacto (LD): Son diagramas de relés (conocido como de tipo escalera). Es el lenguaje más usado en lenguajes gráficos. Su estructura es similar a una escalera por el cual corren dos relés verticalmente llamados lógica 1 y lógica 2. 7. TÉCNICAS DE PROGRAMACIÓN --------------------------- La programación de un autómata programable (PLC) se realiza comúnmente instalando el programa en un PC y luego descargándolo al controlador. Dos de los lenguajes más utilizados son: 1\. \*\***Diagrama de Bloques de Funciones (FBD**)\*\*: Este lenguaje es popular por su configuración gráfica simple y fácil de aprender, lo que facilita la programación. 2\. \*\***Diagrama de Tipo Escalera (LADDER**)\*\*: Es el lenguaje más tradicional y utilizado, que imita un diagrama de circuito en forma de escalera, leyendo de izquierda a derecha. Cada escalón representa una acción específica controlada por el PLC, utilizando entradas (contactos) para generar salidas (bobinas). Su naturaleza visual lo hace más accesible y fácil de implementar en comparación con otros lenguajes de programación \[T6\]. Vamos a conocer algunos de los elementos básicos más comunes del diagrama de escalera: Contacto normalmente abierto (E1): Si la variable vinculada E1 vale '0', el contacto se mantiene abierto, y si vale '1' se cierra. Contacto normalmente cerrado (E2): Si la variable vinculada E1 vale '1', el contacto se mantiene abierto, y si vale '0' se cierra. Salida, bobina o relé (S1): La variable S1 tendrá el valor de la variable que esté a su entrada (punto de conexión del lado izquierdo). Otra opción sería enclavar o desenclavar, señalándolo con una S o R como se indica en la figura de S2 y S3. Además, se puede llevar a cabo funciones lógicas de manera sencilla añadiendo una función AND (foto izquierda) y una OR (foto derecha) 8. PROGRAMACION DE DISPOSITIVOS Y ELEMENTOS DE PROTECCIÓN --------------------------------------------------------- La función principal de los dispositivos de programación es servir como interfaz entre el operador y el autómata programable (PLC), permitiendo la introducción de programas que determinan las secuencias de control en la memoria del usuario. Estos dispositivos generan códigos de instrucción que pueden ser ejecutados directamente por el procesador o a través de un código intermedio analizado por el firmware. Las tareas más importantes de un dispositivo de programación incluyen: \- Modificar y editar el programa. \- Detectar errores. \- Gestionar archivos de programas. \- Incluir instrucciones en el programa. Existen tres tipos de equipos de programación: 1\. Ordenador personal con el software adecuado. 2\. Consola con teclado y pantalla (LCD o CRT). 3\. Programador manual, que es más económico. La conexión entre el ordenador o consola y el PLC se realiza mediante conexiones en serie, como los conectores RS-232C o RS-422. Además, la protección del PLC se lleva a cabo mediante un fusible electrónico diseñado para prevenir cortocircuitos \[T6\].