UT 1.2 Autómata Programable Industrial PDF

SISTEMAS SECUENCIALES PROGRAMABLES FRANCISCO ARRAEZ HERNANDEZ TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.1. SISTEMAS AUTOMATIZADOS. Hemos visto los principios básicos de la lógica digital y como aplicarlos a la resolución de circuitos combinacionales y s...

SISTEMAS SECUENCIALES PROGRAMABLES FRANCISCO ARRAEZ HERNANDEZ TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.1. SISTEMAS AUTOMATIZADOS. Hemos visto los principios básicos de la lógica digital y como aplicarlos a la resolución de circuitos combinacionales y secuenciales. Lo que vamos a ver ahora, es como vamos a aplicar esos circuitos a máquinas, y sistemas automáticos industriales. Los circuitos lógicos: Combinacionales o Secuenciales, se pueden implementar de forma “física” con diferentes tecnologías: eléctrica, neumática, hidráulica o programación. La utilización de una u otra, dependerá del proceso que queramos controlar. TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.1. SISTEMAS AUTOMATIZADOS. TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.1. SISTEMAS AUTOMATIZADOS. Existen limitaciones en cuanto al uso exclusivo de sistemas eléctricos, neumáticos o hidráulicos, por tanto, se amplían o mejoran con un sistema programado. En nuestro caso, como controlador de estos sistemas eléctricos, neumáticos o hidráulicos utilizaremos un autómata programable como controlador. Actividad: Busca por internet o “IA texto”, la historia de los PLCs o autómatas programables. Responde: ¿Qué es Modicon? ¿Existe hoy en día? TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.2. EL AUTOMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL Un controlador lógico programable (En inglés PLC) es un dispositivo electrónico capaz de gestionar sistemas de lógica digital de forma programada. Se puede decir que un autómata programable es un ordenador, o computadora, diseñado específicamente para realizar tareas de control en entornos industriales que necesitan un alto grado de automatización TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.2. EL AUTOMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL Los autómatas programables leen señales de los sensores y envían información a los actuadores en función del programa de usuario. En la actualidad, el uso de autómatas programables está generalizado en todos los sectores y permite resolver cualquier aplicación automatizada, desde las más sencillas hasta las más complejas. Estos autómatas, deben estar diseñados para trabajar en entornos industriales, por tanto, su funcionamiento no debe verse alterado por las perturbaciones que este tipo de ambientes pueda ocasionar. Los autómatas nacieron para sustituir los grandes cuadros de contactores y relés. TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.2. EL AUTOMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.2. EL AUTOMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL Los autómatas programables leen señales de los sensores y envían información a los actuadores en función del programa de usuario. En la actualidad, el uso de autómatas programables está generalizado en todos los sectores y permite resolver cualquier aplicación automatizada, desde las más sencillas hasta las más complejas. Estos autómatas, deben estar diseñados para trabajar en entornos industriales, por tanto, su funcionamiento no debe verse alterado por las perturbaciones que este tipo de ambientes pueda ocasionar. Los autómatas nacieron para sustituir los grandes cuadros de contactores y relés. TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.2. EL AUTOMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.2. EL AUTOMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.2. EL AUTOMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL - Clasificación de los autómatas programables: Compactos: Fte de Alimentación, CPU y E/S en la misma envolvente. Son económicos, pueden ser expandidos con E/S digital/analógica y módulos de comunicación. Incluso existen relés programables de muy bajo coste, incluso con posibilidades de expansión o comunicación TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.2. EL AUTOMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL - Clasificación de los autómatas programables: Compactos: Ejemplo de estructura TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.2. EL AUTOMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL - Clasificación de los autómatas programables: Modulares: cada elemento, está ubicado en un módulo diferente que se instalan en un rack común TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.2. EL AUTOMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL - Clasificación de los autómatas programables: Modulares: cada elemento, está ubicado en un módulo diferente que se instalan en un rack común TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.2. EL AUTOMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL - Actividad: - Indica 3 marcas de autómatas programables que haya nombrado el profesor en clase. - Busca qué gama de PLCs disponen. ya sean compactos o modulares. (Al menos 1 compacto y un modular) TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.2. EL AUTOMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL. - Estructura del autómata programable. Los autómatas programables disponen de una serie de partes físicas funcionales básicas TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.2. EL AUTOMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL. - Estructura del autómata programable. CPU: Unidad Central de Procesos. Es el cerebro del autómata (Compuesta por microprocesador y memoria) Su función es la de procesar las señales recibidas en el módulo de entradas ,y actuar sobre el módulo de salidas, siempre en función del programa cargado en este. Detecta errores de funcionamiento y los señaliza gracias a una pantalla de información o indicadores LED. Tiene interruptores RUN y STOP para poner en funcionamiento el programa, algunos fabricantes prescinden de este interruptor, y es necesario ejecutarlo mediante software, o arranque en caliente. TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.2. EL AUTOMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL. - Estructura del autómata programable. CPU: Unidad Central de Procesos. El microprocesador realiza todo el trabajo, lo ejecuta. Las memorias se encargan de almacenar las instrucciones del programa, datos, estados internos, estados E/S, temporizadores, contadores, etc… Memoria volátil: RAM, es donde se ejecuta el programa de usuario, esta memoria se pierde cuando el dispositivo deja de recibir alimentación eléctrica. (aunque hoy en día ya todos disponen de batería). Memoria no volátil: EEPROM, esta memoria no se pierde, aunque falle la alimentación. Hoy en día es habitual la instalación de memory cards. TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.2. EL AUTOMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL. - Estructura del autómata programable. CPU: Unidad Central de Procesos. TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.2. EL AUTOMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL. - Estructura del autómata programable. Fuente de alimentación. - Es la encargada de adaptar la tensión externa recibida de la red eléctrica en el suministro eléctrico necesario para el funcionamiento del PLC. Normalmente de 230V AC a 24V DC. - Por lo general, estas fuentes de alimentación están sobredimensionadas para permitir la alimentación a otros sensores y actuadores conectados al PLC. Pero será necesario tener en cuenta la corriente que consume cada uno de ellos para no exceder la máxima permitida. TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.2. EL AUTOMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL. - Estructura del autómata programable. Módulo de entradas digitales (digital input). Este módulo recibe las señales de los sensores del proceso o de la máquina. El estado de las señales de entrada se almacena en la memoria, que posteriormente es procesada por la CPU. A este módulo se unen eléctricamente los captadores (interruptores, pulsadores, sensores, detector de posición, etc….) TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.2. EL AUTOMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL. - Estructura del autómata programable. Interfaces de entrada y salida Están formadas por un conjunto de módulos, bornes de conexionado y soportes cuyas principales funciones son: Adaptar la tensión de trabajo de los sensores y actuadores a los dispositivos electrónicos del autómata. Recibir señales de los sensores, en el caso de entradas, y enviar señales a los actuadores, en el caso de salidas. TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.2. EL AUTOMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL. - Estructura del autómata programable. Módulo de entradas digitales (digital inputs) Este módulo tiene como misión recibir las señales de los sensores del proceso o de la máquina. La información del estado de dichas señales se almacena en una zona de memoria que posteriormente es procesada por la CPU. A este módulo se le unen eléctricamente los captadores (interruptores, finales de carrera, pulsadores, sensores, detectores de posición, etc…. TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.2. EL AUTOMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL. - Estructura del autómata programable. Módulo de entradas digitales (digital inputs) Las entradas digitales captan señales del tipo discreto (todo o nada) (1 o 0) El valor de tensión depende del modelo del módulo de entradas y, aunque es habitual trabajar con valores de corriente continua a 24V, existen autómatas que trabajan a otras tensiones como 12V DC o incluso 110 o 230 V AC TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.2. EL AUTOMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL. - Estructura del autómata programable. Módulo de entradas digitales (digital inputs) Entradas a 24V DC El valor lógico de la señal digital de entrada puede hacerse mediante lógica positiva (PNP) o lógica negativa NPN: Cuyos valores lógicos serían: Lógica positiva Lógica Negativa 1 Lógico Positivo (+) Negativo (-) 0 Lógico Negativo (-) Positivo (+) TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.2. EL AUTOMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL. - Estructura del autómata programable. Módulo de entradas digitales (digital inputs) Entradas a 24V DC TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.2. EL AUTOMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL. - Estructura del autómata programable. Módulo de entradas digitales (digital inputs) Entradas a 24V DC Ejemplo de cableado de las entradas de un PLC S7-1200 de Siemens TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.2. EL AUTOMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL. - Estructura del autómata programable. Módulo de entradas digitales (digital inputs) Entradas a 24V DC En los PLCs tipo compacto, especialmente los que se conectan a 230VAC, disponen de una fuente de alimentación de salida 24V AC, su conexión se realizaría de esta manera: TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.2. EL AUTOMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL. - Estructura del autómata programable. Módulo de entradas digitales (digital inputs) Entradas a 24V DC Ejemplo varios detectores PNP, con o sin fuente de alimentación externa. TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.2. EL AUTOMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL. - Estructura del autómata programable. Módulo de entradas digitales (digital inputs) Entradas a 230V AC No es habitual, pero sobre todo en relés programables, disponen de modelos cuyas entradas consiguen el valor lógico mediante la aplicación de la fase (L) de alimentación a 230V AC TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.2. EL AUTOMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL. - Estructura del autómata programable. Módulo de salidas digitales (digital output) Este módulo tiene como misión enviar señales de activación y desactivación a los actuadores (bobinas de contactores y relés, electroválvulas, lámparas de señalización, etc…) Las salidas tienen un área de memoria en la que se almacena, de su valor o estado, una vez se ha procesado el programa de usuario, para continuar posteriormente con un nuevo ciclo de scan. Existen de dos tipos, a relé o a transistor. TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.2. EL AUTOMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL. - Estructura del autómata programable. Módulo de salidas digitales (digital output). Salidas a Relé Su funcionamiento se basa en la activación de un relé electromecánico interno, cuyo contacto es usado para el control externo de actuadores. Son libres de potencial o tensión, por tanto, se pueden usar para cualquier sistema de alimentación (AC, DC). Las salidas se pueden presentar como contactos independientes o contacto común. TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.2. EL AUTOMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL. - Estructura del autómata programable. Módulo de salidas digitales (digital output). Salidas a Relé TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.2. EL AUTOMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL. - Estructura del autómata programable. Módulo de salidas digitales (digital output). Salidas a Transistor Las salidas a transistor, llamadas DC, se utilizan para activar actuadores de corriente continua. Son salidas que pueden conmutar de forma muy rápida, por tanto, son usadas para realizar trenes de pulsos. Al igual que las entradas, estas salidas admiten lógicas positivas PNP o negativas NPN. TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.2. EL AUTOMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL. - Estructura del autómata programable. Módulo de salidas digitales (digital output). Salidas a Transistor La conexión se realizaría de la siguiente manera: TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.2. EL AUTOMATA PROGRAMABLE INDUSTRIAL. - Estructura del autómata programable. Módulo de salidas digitales (digital output). Salidas a Transistor Para salvaguardar las salidas ante conmutaciones con cargas inductivas, es necesario la conexión de un diodo volante, aunque no obligatorio. TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.3. SEÑALES ANALÓGICAS Las señales analógicas, permiten transferir valores de señales físicas, como temperatura, distancia, masa, etc…. A través de señales eléctricas que se procesan como datos numéricos en el interior del PLC. Las señales eléctricas analógicas pueden ser en tensión o en corriente. Estas se encuentran estandarizadas y las más comunes son: Estándar de tensión Estándar de corriente ±10V DC (bipolar) 0 a 20 mA 0-10V DC 4 a 20 mA 0-5V DC TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.3. SEÑALES ANALÓGICAS Ejemplo 1. Detector de proximidad analógico 4..20mA. El rango de medida del sensor es de 1 a 10 mm. Es decir, el valor mínimo que ofrezca el sensor es de 4mA y el máximo 20mA TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.3. SEÑALES ANALÓGICAS Ejemplo 2. Señal analógica bipolar +-10V. Para control de las RPM de un motor, los valores negativos registran el giro en un sentido y positivos en otro. Si el valor máximo de rpm del motor son 1500, tenemos: TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.3. SEÑALES ANALÓGICAS Por lo general, los autómatas programables, disponen de salidas y entradas analógicas. Pueden estar integradas en el PLC (Si es compacto) o incluidas en módulos de expansión. TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.3. SEÑALES ANALÓGICAS El cableado de una entrada analógica podría ser el siguiente: TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.3. SEÑALES ANALÓGICAS Algunos módulos de E/S analógicas disponen de más de dos bornes para la conexión de sensores/actuadores. Esto se utiliza para conectar sensores de más de 2 hilos o elegir el tipo de señal que se va a procesar (Tensión o corriente) TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.4. PROGRAMACIÓN DE AUTÓMATAS PROGRAMABLES. Para programar un PLC es necesario: - El software proporcionado por el fabricante - Un ordenador en el que ejecutarlo. El equipo de programación se conecta con el PLC mediante un cable que permite la transferencia bidireccional de la configuración y los programas de usuario. Hasta hace poco tiempo, el cable de programación debía ser el que el propio fabricante comercializaba para tal fin. A día de hoy casi todos los PLC del mercado, disponen de una toma RJ45, que facilita la conexión con el dispositivo de programación, a través del estándar ethernet. TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.4. PROGRAMACIÓN DE AUTÓMATAS PROGRAMABLES. TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.4. PROGRAMACIÓN DE AUTÓMATAS PROGRAMABLES. Los equipos de programación permiten la comunicación entre el usuario y el autómata. Las principales funciones de un equipo de programación, entre otras muchas, son: - Creación y edición de programas. - Transferencia y descarga de programas. - Configuración de los equipos y su comunicación con otros dispositivos. - Creación de tabla de variables. - Monitorización y observación del funcionamiento de los programas. TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.4. PROGRAMACIÓN DE AUTÓMATAS PROGRAMABLES. TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.4. PROGRAMACIÓN DE AUTÓMATAS PROGRAMABLES. TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.4. PROGRAMACIÓN DE AUTÓMATAS PROGRAMABLES. Lenguajes de programación: El lenguaje de programación es el idioma por el cual escribimos secuencias ejecutables en la memoria del autómata. La norma IEC 1131-3 establece 5 lenguajes de programación que los fabricantes pueden implementar en sus dispositivos. Lenguajes textuales Lenguajes gráficos IL (Instruction list) LD (Ladder Diagram) ST (Structured Test) FBD (Function Block Diagram) SFC (Secuencial Function Chart) TEMA 1: INTRODUCCION A LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES INDUSTRIALES  2.4. PROGRAMACIÓN DE AUTÓMATAS PROGRAMABLES. Lenguajes de programación: