Controladores programables (página 2)

Uno de los primeros modelos 084 que se construyeron se encuentra mostrado en la sede de Modicon en el Norte de Andover, Masachusets. Fue regalado a Modicon por GM, cuando la unidad fue retirada tras casi veinte años de servicio ininterrumpido.

La industria automotriz es todavía una de las más grandes usuarias de PLC, y Modicon todavía numera algunos de sus modelos de controladores con la terminación ochenta y cuatro. Los PLC son utilizados en muchas diferentes industrias y máquinas tales como máquinas de empaquetado y de semiconductores.

Algunas marcas con alto prestigio son ABB Ltd., Koyo, Honeywell, Siemens, Trend Controls, Schneider Electric, Omron, Rockwell (Allen-Bradley), General Electric, fraz max, Tesco Controls, Panasonic (Matsushita), Mitsubishi e Isi Matrix machines. Tambien existe un rango de PLCs fabricados para aplicaciones en automotores, embarcaciones, ambulancias y sistemas moviles para el mercado internacional de SCM International,Inc.

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 analógicas para realizar estrategias de control, tales como controladores proporcional integral derivativo (PID).

Los PLC actuales pueden comunicarse con otros controladores y computadoras en redes de área local, y son una parte fundamental de los modernos sistemas de control distribuido.

Existen varios lenguajes de programación, tradicionalmente los más utilizados son el diagrama de escalera (Lenguaje Ladder), preferido por los electricistas, lista de instrucciones y programación por estados, aunque se han incorporado lenguajes más intuitivos que permiten implementar algoritmos complejos mediante simples diagramas de flujo más fáciles de interpretar y mantener.

Un lenguaje más reciente, preferido por los informáticos y electrónicos, es el FBD (en inglés Function Block Diagram) que emplea compuertas lógicas y bloques con distintas funciones conectados entre sí.

En la programación se pueden incluir diferentes tipos de operandos, desde los más simples como lógica booleana, contadores, temporizadores, contactos, bobinas y operadores matemáticos, hasta operaciones más complejas como manejo de tablas (recetas), apuntadores, algoritmos PID y funciones de comunicación multiprotocolo que le permitirían interconectarse con otros dispositivos.

• CONCEPTO

El término PLC de amplia difusión en el medio significa en inglés, Controlador Lógico Programable. Originalmente se denominaban PCs (Programmable Controllers), pero con la llegada de las IBM PCs, para evitar confusión se emplearon definitivamente las siglas PLC.

En Europa, el mismo concepto es llamado Autómata Programable.

La definición más apropiada es: Sistema Industrial de Control Automático que trabajo bajo una secuencia almacenada en memoria, de instrucciones lógicas.

Es un sistema porque contiene todo lo necesario para operar, e industrial por tener todos los registros necesarios para operar en los ambientes hostiles encontrados en la industria.

Esta familia de aparatos se distingue de otros controladores automáticos en que puede ser programado para controlar cualquier tipo de máquina, a diferencia de otros muchos que, solamente pueden controlar un tipo específico de aparato. Un programador o Control de Flama de una caldera, es un ejemplo de estos últimos.

Además de poder ser programados, se insiste en el término "Control Automático", que corresponde solamente a los aparatos que comparan ciertas señales provenientes de la máquina controlada de acuerdo con algunas reglas programadas con anterioridad para emitir señales de control para mantener la operación estable de dicha máquina.

Las instrucciones almacenadas en memoria permiten modificaciones así como su monitoreo externo.

El desarrollo e introducción de los relés, hace muchos años, fue un paso gigantesco hacia la automatización e incremento de la producción. La aplicación de los relés hizo posible añadir una serie de lógica a la operación de las máquinas y de esa manera reducir la carga de trabajo en el operador, y en algunos casos eliminar la necesidad de operadores humanos.

Por ejemplo, los relés hicieron posible establecer automáticamente una secuencia de operaciones, programar tiempos de retardo, conteo de eventos o hacer un evento dependiente de que ocurrieran otros.

Los relés con todas sus ventajas, tienen también naturalmente sus desventajas, tienen sólo un período de vida; su naturaleza electromecánica dictamina, que después de un tiempo de uso serán inservibles, sus partes conductores de corriente pueden en un momento quemarse o fundirse, desbaratando la lógica establecida y requiriendo su reemplazo.

Tal vez la inconveniencia más importante de la lógica con relés es su naturaleza fija. La lógica de un panel de relés es establecida por los ingenieros de diseño, se implementa entonces colocando relés en el panel y se alambra como se prescribe.

Mientras que la máquina dirigida por el panel de relés continúa llevando a cabo los mismos pasos en la misma secuencia, todo está perfecto, pero cuando existe un re diseño en el producto o un cambio de producción en las operaciones de esa máquina o en su secuencia, la lógica del panel debe ser re diseñada.

Si el cambio es lo suficientemente grande, una opción más económica puede ser desechar el panel actual y construir uno nuevo.

Este fue el problema encarado por los productores de automóviles a mediados de los setenta.

A lo largo de los años se habían altamente automatizado las operaciones de producción mediante el uso de los relés, cada vez que se necesitaba un cambio, se invertía en él una gran cantidad de trabajo, tiempo y material, sin tomar en cuenta la gran cantidad de tiempo de producción perdido.

La computadora ya existía en esos tiempos y se les dio la idea a los fabricantes de que la clase de control que ellos necesitaban podría ser llevado a cabo con algo similar a la computadora. Las computadoras en sí mismas, no eran deseables para esta aplicación por un buen número de razones.

La comunidad electrónica estaba frente a un gran reto: diseñar un artefacto que, como una computadora, pudiese efectuar el control y pudiese fácilmente ser re programada, pero adecuado para el ambiente industrial.

El reto fue enfrentado y alrededor de 1969, se entregó el primer controlador programable en las plantas ensambladoras de automóviles de Detroit, Estados Unidos.

• ESTRUCTURA DEL PLC

Un Controlador Lógico Programable es un dispositivo usado para controlar. Este control se realiza sobre la base de una lógica, definida a través de un programa.

Un controlador lógico programable está constituido por un conjunto de tarjetas o circuitos impresos, sobre los cuales están ubicados componentes electrónicos.

El controlador Programable tiene la estructura típica de muchos sistemas programables, como por ejemplo una microcomputadora.

La estructura básica del hardware de un consolador Programable propiamente dicho está constituido por:

• a. Fuente de alimentación

• b. Unidad de procesamiento central (CPU)

• c. Módulos de interfaces de entradas/salidas (E/S)

• d. Modulo de memorias

• e. Unidad de programación

En algunos casos cuando el trabajo que debe realizar el controlador es más exigente, se incluyen Módulos Inteligentes.

• A. Fuente De Alimentación

La función de la fuente de alimentación en un controlador, es suministrar la energía ala CPU y demás tarjetas según la configuración del PLC.

+ 5 V para alimentar a todas las tarjetas

+ 5.2 V para alimentar al programador

+ 24 V para los canales de lazo de corriente 20 mA.

• B. Unidad De Procesamiento Central (C.P.U.)

Es la parte más compleja e imprescindible del controlador programable, que en otros términos podría considerarse el cerebro  del controlador.

La unidad central está diseñada a base de microprocesadores y memorias; contiene una unidad de control, la memoria interna del programador RAM, temporizadores, contadores, memorias internas tipo relé, imágenes del proceso entradas/salidas, etc. Su misión es leer los estados de las señales de las entradas, ejecutar el programa de control y gobernar las salidas, el procesamiento es permanente y a gran velocidad.

• C. Módulos o Interfaces DE Entrada y Salida (E/S)

Son los que proporciona el vínculo entre la CPU del controlador y los dispositivos de campo del sistema. A través de ellos se origina el intercambio de información ya sea para la adquisición de datos o la del mando para el control de maquinas del proceso.

Tipos de Módulos de Entrada y Salida

Debido a que existen gran variedad de dispositivos exteriores (captadores, actuadores), encontramos diferentes tipos de módulos de entrada y salidas, cada uno de los cuales sirve para manejar cierto tipo de señal  (discreta o análoga) a determinado valor de tensión o de corriente en DC o AC.

• Módulos de entradas discretas

• Módulos de salidas discretas

• Módulos de entrada analógica

• Módulos de salida analógica

• D. Módulos de Memorias

Son dispositivos destinados a guardar información de manera provisional o permanente

Se cuenta con dos tipos de memorias:

                        Volátiles (RAM)

                        No volátiles (EPROM y EEPROM)

• E. Unidad de Programación

Los terminales de programación, son el medio de comunicación entre el hombre y la máquina; estos aparatos están  constituidos por teclados y dispositivos de visualización

Existen tres tipos de programadores los manuales (Hand Held) tipo de calculadora, Los de video tipo (PC), y la (computadora).

Funcionamiento del CPU

Al comenzar el ciclo, la CPU lee el estado de las entradas. A continuación ejecuta la aplicación empleando el último estado leído. Una vez completado el programa, la CPU ejecuta tareas internas de diagnóstico y comunicación. Al final del ciclo se actualizan las salidas. El tiempo de ciclo depende del tamaño del programa, del número de E/S y de la cantidad de comunicación requerida.

Las ventajas en el uso del PLC comparado con sistemas basados en relé o sistemas electromecánicos son:

• Flexibilidad: Posibilidad de reemplazar la lógica cableada de un tablero o de un circuito impreso de un sistema electrónico, mediante un programa que corre en un PLC.

• Tiempo: Ahorro de tiempo de trabajo en las conexiones a realizar, en la puesta en marcha y en el ajuste del sistema.

• Cambios: Facilidad para realizar cambios durante la operación del sistema.

• Confiabilidad

• Espacio

• Modularidad

• Estandarización

• PARTES DE UN PLC

Cada Controlador Lógico Programable se compone de dos partes básicas:

• Sección operativa (SO)

• Sección de comando (SC)

SECCION OPERATIVA (SO).

Es la que opera la materia prima y el producto en general. Se compone de:

Los medios y herramientas necesarias para transformar la materia prima, por ejemplo: bombas, utensilios, taladros,  etc.

Los accionadores destinados a mover y poner en funcionamiento estos medios, por ejemplo:

• Motores eléctricos para accionar una bomba.

• Gatos hidráulicos para cerrar una válvula.

• Gatos neumáticos para taladrar un cabezal de perforación.

SECCION DE COMANDO (SC)

Es la que emite las órdenes hacia la sección operativa (SO) y recoge las señales de retorno para sus acciones. Cada vez más, la sección de comando (SC) se basa en técnicas de lógica programada. Como parte central de la secci6n de comando (SC) está el tratamiento, que conste en la unión de tres diálogos:

• 1. El Diálogo con la Máquina:

Consiste en el comando de los accionadores, (motores, gatos) a través de los pre-accionadores (contadores, distribuidores, variadores), y de la adquisición de las señales de la retroalimentación provenientes de los sensores que dependen de la evolución del proceso.

• 2. El Diálogo Hombre-Máquina:

Para manejar, regular, calibrar la máquina, el personal introduce mensajes  y comandos y recoge informaciones del autómata.

• 3. El Diálogo con otras Máquinas:

Varias máquinas pueden operar en una misma producción. Su coordinación está asegurada por el diálogo entre las secciones de comando.

• COMPONENTES

• A. Entradas

Constituyen la etapa de entrada del PLC. Desde la parte externa del PLC lucen como una bornera donde se deben colocar los cables con las señales que provienen de los transductores, pero internamente están conformadas por circuitos electrónicos que acoplan esas señales a las especificaciones de señales que el PLC puede manipular.

Según la naturaleza de la señal que se recibe de los transductores, las entradas se clasifican en:

• i. Entradas digitales

Estas entradas se diseñan para recibir señales cuantizadas de los sensores de campo. Dichas señales varían sólo entre dos estados. El PLC codifica estas señales según su amplitud en: 1 lógico para el valor de amplitud mayor, y 0 lógico para el nivel de amplitud menor. Los niveles de amplitud que el PLC entenderá son definidos por el fabricante. Este tipo de señales generalmente provienen de transductores como: interruptores, botoneras, sensores de fin de carrera, etc.

• ii. Entradas analógicas

Son las que reciben señales analógicas de los transductores de campo. Estas señales generalmente provienen de sensores que miden el valor instantáneo de una variable física. Ejemplos de este tipo de señales son: la salida de una tacométrica, de un fotosensor o de un sensor de nivel. El valor de la señal analógica se transforma en una señal digital de tal forma que el procesador la pueda manipular. Un aspecto importante de esta transformación es la resolución con que se realiza en el interior del PLC. Por resolución se entenderá la cantidad valores cuantizados disponibles para representar una señal analógica.

Por ejemplo, si se tiene sólo dos valores cuantizados para representar una señal que varía de 0 a 5 V, se dice que se tiene una resolución de dos. La resolución depende de las características de la entrada.

La cantidad de valores cuantizados es igual a 2n, con n el número de bits del registro donde se almacena la variable digital que resulta de la transformación. Generalmente, en los controladores más sofisticados, se asocia un registro de 16 bits a cada una de las entradas analógicas, con lo que se tiene una resolución de 216.

Según el tipo de señal eléctrica que reciban, las entradas también se clasifican en: de corriente y de voltaje. A las entradas está asignado un espacio de memoria del PLC llamado imagen de entradas, el cual contiene la información de todas las entradas en todo momento.

• B. Salidas

Internamente son circuitos electrónicos que realizan el acople entre las señales digitales utilizadas por el PLC y las señales analógicas o cuantizadas que utilizan los actuadores. Externamente lucen como una bornera donde se realizan las conexiones entre el PLC y los actuadores.

Las salidas se clasifican, al igual que en el caso de las entradas, en digitales y analógicas. Las salidas digitales se aplican a actuadores como bobinas de contactores, electroválvulas, etc.

Existen salidas digitales: de voltaje y de relé. Las salidas de voltaje asignan una magnitud de voltaje, que depende del fabricante, al estado 1 lógico y de 0 V al estado 0 lógico. Las salidas de relé consisten en un contacto seco que se cierra en el estado1 y se abre en el estado 0.

En el caso de salidas analógicas, los valores de salida están generalmente entre 0 Vdc a 10 Vdc para las salidas de voltaje y de 4 mA a 10 mA para las de corriente, aunque estos valores varían según el fabricante. Estas señales comandan actuadores como válvulas solenoides, servomotores, etc.

A las salidas se les asigna un espacio de memoria del PLC llamado imagen de salida, el cual contiene la información de todas las salidas en todo momento.

• C. Unidad central de proceso

CPU por sus siglas en inglés. Es el elemento principal de procesamiento del PLC. Una vez digitalizadas, las señales de entrada son pasadas al CPU, el cual les aplica el algoritmo de control para generar las salidas. El algoritmo de control está almacenado en la memoria interna del PLC en forma de un programa, el cual es creado y almacenado por el usuario. Además de ejecutar el programa, el CPU realiza acciones como verificación del sistema, actualización de las imágenes de entrada y salida y la medición del tiempo de ejecución del programa.

• D. Memoria del PLC

Es el lugar físico donde residen el sistema operativo, el programa, los datos de ejecución y las imágenes de entrada y salida. El sistema operativo es un programa que utiliza el PLC para iniciar su operación y realizar las configuraciones propias de su funcionamiento.

La memoria del PLC se clasifica en diferentes clases dependiendo de su modo de acceso y volatibilidad.

• EEPROM: es una memoria de sólo lectura que puede ser escrita por medios electrónicos.

No necesita de una fuente de poder para mantener sus datos. Por su característica no volátil, se utiliza para guardar datos esenciales, tal como el sistema operativo y el programa.

• RAM: es una memoria reescribible de acceso aleatorio que se utiliza para guardar los datos generados mientras se ejecuta el programa. Es volátil, por lo que los datos almacenados se pierden si se le suspende la alimentación.

• E. Fuente de poder:

Es el elemento que brinda la alimentación a todos los componentes del PLC. Generalmente los componentes funcionan a bajos voltajes de corriente continua. La fuente realiza la transformación de los voltajes corriente alterna de las líneas de potencia a esos niveles corriente continua.

CAPÍTULO II

Controlador lógico programable

• DEFINICION DE CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE

De acuerdo con la definición de la "Nema" (National Electrical Manufacturers Association) un controlador programable es: "Un aparato electrónico operado digitalmente, que usa una memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones para implementar funciones específicas, tales como lógica, secuenciación, registro y control de tiempos, conteo y operaciones aritméticas para controlar, a través de módulos de entrada/salida digitales (ON/OFF) o analógicos (1 5 VDC, 4 20 mA, etc.), varios tipos de máquinas o procesos.

Configuraciones destacadas del PLC

• FIXED

• MODULAR

• Módulo De Entrada

• Módulo De Salida

Secuencia de operaciones en un PLC.

• i. Al encender el procesador, este efectúa un autochequeo de encendido e inhabilita las salidas. Entra en modo de operación normal.

• ii. Lee el estado de las entradas y las almacena en una zona especial de memoria llamada tabla de imagen de entradas.

• iii. En base a su programa de control, el PLC modifica una zona especial de memoria llamada tabla de imagen de salida.

• iv. El procesador actualiza el estado de las salidas "copiando" hacia los módulos de salida el estado de la tabla de imagen de salidas (estas controlan el estado de los módulos de salida del PLC, relay, triacs, etc.).

• v. Vuelve paso b)

A cada ciclo de ejecución de esta lógica se le denomina ciclo de barrido

(scan) que generalmente se divide en:

• I/O scan

• Program Scan

En la actualidad estamos habituados a compartir nuestra vida con unas máquinas llamadas ordenadores.

El autómata también llamado PLC o dispositivo lógico programable podemos definirlo como un ordenador especializado en la automatización de procesos ya sean estos industriales, domésticos, miliatres y otros.

Como los ordenadores, el PLC, va a constar de dos partes fundamentales:

-Hardware: es la parte física o tangible del ordenador y del autómata.

–Software: es la parte que no es tangible; es el programa o programas que hacen que el ordenador o el autómata hagan un trabajo determinado.

• DESCRIPCION FISICA DE UN PLC

La imagen muestra la arquitectura interna de un PLC, ya teniendo el concepto de todo su esquema externo, ahora profundizaremos las características del interior de un PLC:

Memoria Programable

En esta parte se encuentra las instrucciones para la secuencia de control lógico.

Memoria De Datos

En esta parte se ubican las condiciones de los cambios, interbloqueo, valores pasados de datos y otros datos de trabajo.

Procesador Central

En esta parte se encuentra la lógica que será manipulada por los software de la Unidad de Programación, aquí se encuentra el lenguaje ensamblador del PLC.

Circuito De Entrada

En esta parte se encuentran los equipos de entradas como:

• Botoneras

• Selectores

• Interruptor de Límite

• Interruptor de Nivel

• Sensores Fotoeléctricos

• Sensores de Proximidad

• Contactores de Arrancador de Motor.

Circuito De Salida

En esta parte se encuentran los equipos de salidas como:

• Válvulas

• Arrancador de Motor

• Solenoides

• Alarmas

• Luces

• Ventiladores

• Bocinas

Puerta De Comunicaciones

Es la parte que enlaza con la PC, para poder editar, monitorear la secuencia lógica del PLC.

La siguiente imagen muestra el esquema al detalle de todas lo que conforma un PLC internamente:

La siguiente imagen muestra el esquema al detalle del lado izquierdo que conforma un PLC internamente:

La siguiente imagen muestra el esquema al detalle del lado derecho que conforma un PLC internamente:

• HARDWARE PLC

El hardware del autómata, al ser básicamente un ordenador, podemos dividirlo de la siguiente forma:

• La Fuente de Alimentación, provee a suministrar lo que necesitan los circuitos electrónicos del autómata para poder funcionar.

• La CPU o Unidad de Control de Proceso, en la que va alojado el microprocesador que es el cerebro del sistema, junto con los dispositivos necesarios para que éste realice su función; las tarjetas de memoria, el reloj, las VIAS (Integrados que ayudan al microprocesador en sus tareas de comunicación con otros dispositivos).

• Las tarjetas de entradas/salidas o tarjetas I/O, en las que otros circuitos integrados se encargan de que el microprocesador sea capaz de comunicarse con otros dispositivos, ya sean estos otros microprocesadores, un teclado, una pantalla, etc.

Debajo del bastidor central, junto en la parte inferior, existen unos ventiladores que tiene por misión refrigerar todos los elementos que componen el PLC, ya que tanto la Fuente de Alimentación como la CPU pueden alcanzar temperaturas peligrosas para la circuitería de uno y otro componente; un fallo en dichos ventiladores provocará una alarma que nos saldrá por pantalla e impresora ("Avería ventiladores PLC").

Pero si peligrosa es la temperatura, no es mensaje peligroso el polvo y las partículas en suspensión que hay en el aire como con los ventiladores, estamos provocando una corriente de aire forzada que recorre las distintas tarjetas para evitar la entrada de partículas en suspensión en dichos elementos, entre los ventiladores y el PLC, se han instalado unos filtros que es conveniente revisar y cambiar de vez en cuando. Tengamos en cuenta que un filtro tupido impide, también, el paso por lo que los ventiladores no cumplirán perfectamente su misión y podemos provocar sobretemperatura sobre todo en la Fuente de Alimentacion o en la CAPU.

Si examinamos la configuración del hardware de uno de los autómatas, la disposición física de los elementos sería la siguiente:

En el bastidor o rack central tenemos situada a la izquierda la fuente de alimentación (F.A). En la parte superior de esta tarjeta tenemos una especie de trampilla que nos permite acceder a la batería de la fuente de alimentación. Esta batería es del tipo recargable y tiene una duración determinada por lo que en caso de fallo (indicado por el led BATT LOW) es necesaria su sustitución. La misión fundamental de esta batería está en que la CPU conserve datos como son el programa, la hora y la fecha, datos que almacena en una memoria RAM (La memoria RAM es una memoria que tiene la particularidad de perder todo lo que tiene almacenado cuando pierde la alimentación).

Debajo del led de la batería tenemos un conmutador de RESET que nos sirve para reinicializar el equipo cuando, por ejemplo, hemos cambiado la batería. Tanto la operación de cambio de batería como el reseteo del equipo se deben hacer cuando el autómata no está atendiendo a operaciones fundamentales de la instalación (arranque, parada, grupo en marcha).

Debajo del conmutador de reset tenemos tres leds que nos indican, cuando están encendidos, que las distintas tensiones de alimentación son correctas.

Debajo de los tres leds está el interruptor de encendido, el selector de voltaje y las bornas de conexión de la alimentación de la fuente.

Al lado de la F.A. está situada la CPU, en la parte superior de esta tarjeta tenemos una ranura en la que se inserta la memoria EPROM. Este tipo de memoria tiene la particularidad de que mantiene la información aunque no esté alimentada. En esta tarjeta, que normalmente debe estar extraída, está grabado el programa que va a ejecutar el PLC; nos va a servir para recargar el programa en el PLC si, por cualquier motivo, éste se borrase de la memoria RAM.

La memoria RAM es un tipo de memoria que se caracteriza por su extremada rapidez, en ella podemos leer y escribir cuantas veces queramos; su única pega es que pierde todo su contenido si le quitamos la alimentación. El microprocesador del PLC utiliza esta memoria para escribir los datos (estado de las entradas, órdenes de salida, resultados intermedios, otros) y recurre a ella para leer el programa. No se utiliza otro tipo de memoria (la EPROM, por ejemplo) porque, aunque tienen la ventaja de no perder los datos cuando no tienen alimentación, son memorias más lentas y que requieren procesos más complicados para su borrado y regrabación: otra de las ventajas de la memoria RAM es que no necesitamos borrar los datos que contiene, escribimos directamente los nuevos datos sobre los que ya tiene grabados.

Inmediatamente debajo tenemos un conmutador con las indicaciones RN-ST. Si el conmutador está hacia la posición RN, el PLC ejecuta el programa que tiene grabado (Como se dice: "El programa está corriendo"). Si el conmutador se pone hacia la posición ST (Stop), el programa se detiene en la instrucción que esté ejecutando en ese momento el autómata.

Debajo del conmutador RN-ST, la CPU dispone de dos leds que nos indican, cuando están encendidos, si el autómata está corriendo el programa (RN) o si bien el programa se ha detenido (ST).

Debajo de los dos leds de funcionamiento, existen otros tres leds con las indicaciones: OV, ZV y BA. Estos tres leds nos indican s la CPU ha detectado algún error interno.

Por debajo de los leds existe un conmutador con las indicaciones NR-RE-OR, que debemos mantener siempre hacia la posición NR.

En la parte inferior izquierda de la CPU existe un conector cuya finalidad es enganchar en él una maleta de programación o un PC con los que varia el programa, introducir un nuevo programa, visualizar el funcionamiento del programa, etc.

A la derecha de la CPU está instalada la tarjeta de comunicaciones (CP), esta tarjeta sirve para comunicar el autómata, a través de una red (SINEC L-2), con:

• Los otros autómatas existentes de la instalación.

• El ordenador que sirve para la comunicación con el operador (SCADA)

• El sistema de telemando (telem) para que en el despacho reciban las distintas señales y desde el despacho se transmitan las órdenes hacia los elementos de la instalación.

A continuación de la CP están instaladas 6 tarjetas de entradas digitales (ED), estas tarjetas tienen una serie de lámparas que nos indican el estado de la entrada (Si la entrada está activada el led está encendido, si no lo está el led está apagado).

Con el fin de proveer un aislamiento galvánico del PLC con campo (La instalación), las tarjetas de entradas digitales no se conectan directamente a los elementos de campo; los elementos de campo no se conectan a unas bornas relé (BE) situadas en la parte posterior de los armarios, de los contactos libres de potencial de estas bornas relé se toman las señales que entran en las tarjetas.

Solo en algunos casos específicos las señales de campos llegan directamente a las tarjetas de entradas digitales.

Estas tarjetas, como indica su nombre, sólo trabajan con señales digitales, las señales digitales solo admiten dos estados:

• o Ausencia de tensión, contactos abierto

• Presencia de tensión, contacto cerrado.

Para acceder a las bornas de la tarjeta abrimos la tapa en la que está situada la carátula con las distintas señales.

En la parte derecha del bastidor central está situada la tarjeta de expansión (306), la misión de esta tarjeta es permitir conectar más tarjetas de entradas o salidas a través de un nuevo bastidor de ampliación (situado en este caso en la parte superior del bastidor central). Este nuevo bastidor se comunicará con el bastidor central a través de una nueva tarjeta de expansión.

En el bastidor de ampliación, a la izquierda de la tarjeta de expansión, tenemos instaladas tres nuevas tarjetas de entradas digitales a las que le siguen tres tarjetas de salidas digitales (SD).

Como vemos en el dibujo el aspecto de estas tarjetas es muy parecido a las de entradas digitales, estas tarjetas van a servir, por un lado para que el autómata transmita las órdenes a los distintos órganos de la instalación (Válvulas, motores, etc.) y por otro, para que se enciendan las lámparas de funcionamiento y/o avería situadas en el armario PSM.

Las tarjetas de salidas digitales, como las de entradas digitales, están aisladas galvánicamente de campo a través de unas bornas relé (BS). Estas bornas están situadas en la parte posterior de los armarios.

A las tarjetas de salidas digitales les sigue una tarjeta de entradas analógicas (EA). Una señal analógica es aquella que es variable en el tiempo (El ejemplo más típico que se suele poner es el caso de una corriente alterna). En el caso de nuestros autómatas a través de esta tarjeta se introducen datos que sirven, solamente, para la información del operador (Potencia activa de los grupos, potencia reactiva, nivel de la cámara de carga).

• SOFTWARE PLC

Para examinar el software que tiene introducido el PLC debemos recurrir como ya se ha dicho, a conectar una maleta de programación o un PC (Con un programa adecuado) al PLC.

Otra manera de examinar el programa es a través de la documentación que nos entrega la casa que hizo la programación. Como n es el objetivo de este curso profundizar en os métodos de programación y tratamiento de todas las señales, en este apartado nos referiremos única y exclusivamente al tratamiento de las señales digitales que es el proceso que nos servirá para determinar las distintas averías.

Si queremos entender algo del programa, tenemos que tener claros una serie de conceptos básicos que explicamos a continuación:

Operando:

Es un elemento de entrada o salida con el que vamos a trabajar en el programa, existen los siguientes tipos de operandos:

• Entradas:

Son las distintas entradas digitales que llegan al autómata. Estas entradas van agrupadas en grupos de ocho entradas (Un byte). Los bytes van numerados de forma correlativa atendiendo a su posición en los bastidores. Como en informática siempre se empieza contando por el cero, el primer byte (El correspondiente a la parte superior de la tarjeta ED más próxima a la CPU) correspondería a las ocho primeras entradas de esta tarjeta. Cada entrada a su vez irá numerada correlativamente de 0 a 7. Las entradas en el programa van numeradas con la letra E seguida del numero de byte y separado por un punto, va el numero de la entrada.

Por ejemplo:

• Salidas

Son las diferentes salidas digitales. Su numeración sigue el mismo criterio que las entradas, la única diferencia estriba en que el numero de las salidas comienza con la letra A y la numeración del byte empieza en el numero 36. Por ejemplo:

• Marcas

Son resultados intermedios del programa que los podemos utilizar como entradas o como salidas. Se numeran con los mismos criterios que las entradas y salidas empezando por el byte 0 y anteponiendo la letra M. Por ejemplo:

• Nemónico

Es un símbolo (abreviatura) que utiliza el programador para facilitarle la tarea en la programación ya que, dependiendo del lenguaje de programación, se le puede permitir utilizar sólo las numeraciones de las entradas, salidas y marcas o bien se le puede permitir el empleo de los nemónicos que, para él, son más fáciles de recordar. Veamos unos ejemplos:

• Módulo de programa

Podemos definirlo como una hoja en blanco donde el programador puede escribir datos, órdenes, funciones, etc. Tenemos cuatro tipos de módulos:

-   DB: Son módulos que contienen datos-   FB: módulos que contienen funciones-   OB: módulos que sirven para organizar otros módulos-   PB: módulos que contienen las órdenes

De todos los módulos los que más nos interesan a nosotros son los módulos PB ya que en estos tenemos las distintas secuencias que realiza el programa.

– Segmento: si el módulo de programación lo definíamos como una hoja, el segmento equivaldría a una línea dentro de la hoja, es decir, dentro del módulo.

– Constantes: Especifican el formato de los datos, aunque para nosotros carecen de mayor importancia, las enumeramos porque vamos a encontrar alguna en los esquemas que   pretendemos interpretar (como la KT). Tenemos las siguientes constantes:

– KC: Constante en caracteres ASCII– KF: Constante en número natural sin coma- KG: Constante en número natural con coma- KH: Constante en hexadecimal- KM: Constante en binario- KT: Constante de temporización- KZ: Constante de contador

Operadores

Son las funciones (operaciones) que el autómata puede realizar y que nosotros podemos utilizar en el programa. Destacamos, a continuación, las funciones que se utilizan en los programas:

• Puerta Y

Realiza la función lógica denominada "AND", o producto lógico; esta función activa su salida cuando todas sus entradas están activadas; equivale pues, a tantos contactos en serie como entradas tenemos. Su símbolo, y circuito equivalente, son los siguientes:

• Puerta O

Realiza la suma lógica o función "OR"; en esta función basta que una de las entradas esté activada para que la salida esté activada. Equivale a tantos contactos en paralelo como entradas dispone la función. Su símbolo, y circuito equivalente, es:

• Temporizador

La única función de temporización que utilizamos en los programas es la de un temporizado a la conexión. Este temporizado se caracteriza porque cuando la entrada [T!] se pone a [1], el autómata empieza a contar el tiempo que se fija en la entrada [TW]. Para determinar el tiempo que se ha fijado en esta entrada pasemos a explicar cómo se interpreta el valor de la constante KT; la constante KT tiene el siguiente formato:

KT, como ya se ha dicho, es el nombre de la constante (es obligatorio ponerlo con el fin de que el programa sepa qué tipo de constante tiene en esta entrada). 

El valor es el número de pulsos que tiene que contar, este valor no puede superar las tres cifras

La retícula indica el tamaño de los pulsos que se van a contar, puede adquirir los siguientes valores:

• 0 =  Centésimas de segundo

• 1 =  Décimas de segundo

• 2 =  Segundos

• 3 =   Intervalos de 10 segundos

Veamos unos ejemplos:

Un temporizado que tiene una constante de tiempo de KT 5.3, activará si salida [Q] transcurridos 50 segundos (5 valor x 10 seg. retícula). Un temporizado con constante de  tiempo KT 12.2 activará su salida transcurridos 12 segundos (12 valor x 1 seg. retícula).  El símbolo del temporizador lo vemos a continuación:

Las salidas [DU] y [DE] no se utilizan. La entrada [R] pone a cero el temporizado.

• Báscula RS

Esta báscula es un multivibrador biestable del tipo RS, este multivibrador se caracteriza porque si activamos su entrada de Set [S], la salida se pone en estado alto ([1]), la salida permanece en este estado hasta que se active la entrada de Reset [R] aunque la entrada de Set se vuelva al estado bajo.

Lo mismo ocurre con la entrada de Reset [R], la salida permanecerá en estado bajo ([0]) hasta que se active la entrada de set, aunque la entrada de Reset haya pasado a estado bajo. Su símbolo es el siguiente:

• Salidas

Las salidas se van a utilizar cuando queremos generar el final de un segmento con alguna de las funciones lógicas AND u OR, ya que a estas funciones no le podemos asignar nemónico (sí lo podemos hacer con los temporizados y con las básculas, en éstos el nombre del nemónico se pone en la parte superior sustituyendo al nombre de la función).

Las salidas pueden referirse directamente a una de las bornas de las tarjetas de salidas o bien ser marcas internas que luego utilizaremos en el programa. Su símbolo es un cajetín con un signo igual dentro.

• VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Las condiciones favorables son las siguientes:

• a) Menor tiempo empleado en la elaboración de proyectos debido a que:

• No es necesario dibujar el esquema de contactos.

• No es necesario simplificar las ecuaciones lógicas, ya que, por lo general, la capacidad de almacenamiento del modulo de memoria es lo suficientemente grande.

• La lista de materiales queda sensiblemente reducida y al elaborar el presupuesto correspondiente eliminaremos parte del problema que supone el contar con diferentes proveedores, distintos plazos de entrega, etc.

• b) Posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar el cableado y añadir aparatos.

• c) Mínimo espacio de ocupación

• d) Menor coste de mano de obra de la instalación

• e) Economía de mantenimiento. Además de aumentar la fiabilidad del sistema, al eliminar contactos móviles, los mismo autómatas pueden detectar e indicar averías.

• f) Posibilidad de gobernar varias maquinas con un mismo autómata.

• g) Menor tiempo para la puesta de funcionamiento del proceso al quedar reducido el tiempo de cableado.

• h) Si por alguna razón la maquina queda fuera de servicio, el autómata útil para otra máquina o sistema de producción.

Las condiciones desfavorables son las siguientes:

• a) Hace falta un programador, lo que obliga a adiestrar a unos de los técnicos de tal sentido, pero hoy en día ese inconveniente está solucionado porque las universidades y/o institutos superiores ya se encargan de dicho adiestramiento.

• b) El costo inicial que puede o no ser un inconveniente, según las características del automatismo en cuestión. Dado que el PLC cubre ventajosamente en amplio espacio entre la lógica cableada y el microprocesador es preciso que el proyectista lo conozca tanto en su actitud como en sus limitaciones. Por tanto, aunque el coste inicial debe ser tenido en cuenta a la hora de decidirnos por uno u otro sistema, conviene analizar todos los demás factores para asegurarnos una decisión acertada.

• CLASIFICACION DEL PLC

Debido a la gran variedad de tipos distintos de PLC, tanto en sus funciones, en su capacidad, en su aspecto físico y otros, es que es posible clasificar los distintos tipos en varias categorías.

PLC tipo Nano:

Generalmente PLC de tipo compacto (Fuente, CPU e I/O integradas) que puede manejar un conjunto reducido de I/O, generalmente en un número inferior a 100. Permiten manejar entradas y salidas digitales y algunos módulos especiales.

PLC tipo Compactos:

Estos PLC tienen incorporado la Fuente de Alimentación, su CPU y módulos de I/O en un solo módulo principal y permiten manejar desde unas pocas I/O hasta varios cientos ( alrededor de 500 I/O ) , su tamaño es superior a los Nano PLC y soportan una gran variedad de módulos especiales, tales como:

• Entradas y salidas análogas

• Módulos contadores rápidos

• Módulos de comunicaciones

• Interfaces de operador

• Expansiones de i/o

PLC tipo Modular:

Estos PLC se componen de un conjunto de elementos que conforman el controlador final, estos son:

• Rack

• Fuente de Alimentación

• CPU

• Módulos de I/O

De estos tipos existen desde los denominados MicroPLC que soportan gran cantidad de I/O, hasta los PLC de grandes prestaciones que permiten manejar miles de I/O.

CAPÍTULO III

Funcionamiento del PLC

• CICLO DE OPERACIÓN DEL PROCESADOR

Para realizar las operaciones o instrucciones un microprocesador necesita sincronizar todas sus señales internas y externas y disponer, por tanto, de un patrón de tiempo. Es lo que se denomina: Reloj del microprocesador o Ciclo de Operación del Microprocesador.

• El reloj del microprocesador está constituido por un oscilador electrónico, en el caso del microprocesador que mencionaremos de 2.4 GHz, entrega dos mil millones y medio de impulsos por segundo

• El microprocesador utiliza un número determinado de estos impulsos para cada operación o instrucción.

• Se denomina Ciclo de instrucción al tiempo durante el cual el microprocesador ejecuta una instrucción completa.

• El ciclo de instrucción se subdivide a su vez, en ciclos de máquina. Un ciclo de máquina es el tiempo durante el cual el microprocesador realiza una operación elemental. Cada ciclo de máquina emplea varios ciclos (impulsos) de reloj.

Es posible calcular el tiempo de ejecución de una determinada operación, siempre que se conozca el número de ciclos de reloj que emplea cada una de sus instrucciones.

Por lo tanto no se puede decir en cuánto tiempo se ejecuta una instrucción de un microprocesador de 2.4 GHz, porque depende de la instrucción que se dé en un determinado microprocesador es (en un determinado microprocesador una misma instrucción puede requerir más o menos ciclos que en otro microprocesador).

3.1.1 QUE ES EL TIEMPO SCAN

Un PLC tiene un funcionamiento, salvo en el proceso inicial que sigue a un RESET, de tipo secuencial y cíclico, es decir, las operaciones tienen lugar una tras otra, y se va repitiendo continuamente mientras el PLC se mantenga energizado.

A este proceso se le conoce como el "SCAN" del PLC y es un parámetro de especificación importante en un PLC, ya que nos da una idea de la rapidez de operación del PLC.

El tiempo de un "scan" es definido como el tiempo que se toma para ejecutar los 3 pasos que se listaran a continuación.

El tiempo requerido para realizar un SCAN puede oscilar entre 1 y 100 milisegundos y depende de:

• El número de entradas y salidas involucradas.

• La longitud del programa del usuario.

• El número y tipo de periféricos conectados al autómata

El SCAN se da en término de milisegundos por cada mil instrucciones (mseg/K).

Paso 1: Verificar el paso de las entradas

• El PLC primero le echa un "vistazo" a cada una de las entradas para determinar si están activadas o desactivadas.

• En otras palabras, el PLC pregunta, ¿Estará el sensor conectado en la primera entrada accionado? ¿Cómo está el de la segunda entrada? ¿ Y el tercero…? y así sucesivamente

• Guarda estos datos en su memoria para ser usado durante la siguiente etapa.

Paso 2: Ejecución del Programa

• Después, el PLC ejecuta su programa una instrucción a la vez.

• Posiblemente su programa diga que si la primera entrada está activada entonces que se accione la primera salida.

• Ya que, desde la etapa anterior, éste ya sabe que entradas están accionadas o apagadas, será capaz de decidir si la primera salida tendría que prender basándose en el estado de la primera entrada.

• Este guardará los resultados de la ejecución para ser usados más tarde en la siguiente etapa.

Paso 3: Actualización del estatus de la salida

• Finalmente el PLC actualiza el status de las salidas. Las actualiza de acuerdo a que entradas estuvieron activadas durante el primer paso y los resultados de la ejecución de su programa durante el segundo paso.

• De acuerdo al ejemplo del paso 2 ahora prendería la primera salida ya que la primera entrada estuvo accionada y su programa dijo, prender la primera salida cuando esta condición sea verdadera.

• Después del tercer paso el PLC retorna al paso 1 y repite los pasos continuamente.

• FUNCIONAMIENTO DEL PLC

El funcionamiento del autómata es, salvo el proceso inicial que sigue a un Reset, de tipo secuencial y cíclico, es decir, las operaciones tienen lugar una tras otra, y se van repitiendo continuamente mientras el autómata esté bajo  tensión.

La figura muestra esquemáticamente la secuencia de operaciones que ejecuta el autómata, siendo las operaciones del ciclo de operación las que se repiten indefinidamente.

El ciclo de funcionamiento se divide en dos partes como se puede observar en el esquema de diagrama de la figura llamados Proceso Inicial y Ciclo de Operación.

Proceso Inicial

Como se muestra en la figura, antes de entrar en el ciclo de operación el autómata realiza una serie de acciones comunes, que tratan fundamentalmente de inicializar los estados del mismo y chequear el hardware. Estas rutinas de chequeo, incluidas en el programa monitor ROM, comprueban:

• El bus de conexiones de las unidades de E/S.

• El nivel de la batería, si esta existe.

• La conexión de las memorias internas del sistema.

• El módulo de memoria exterior conectado, si existe.

  Si se encontrara algún error en el chequeo, se activaría el LED de error y quedaría registrado el código del error.

Comprobadas las conexiones, se inicializan las variables internas:

• Se ponen a OFF las posiciones de memoria interna (excepto las mantenidas  o protegidas contra perdidas de tensión)

• Se borran todas las posiciones de memoria imagen E/S.

• Se borran todos los contadores y temporizadores (excepto los mantenidos o protegidos contra perdidas de tensión).

Transcurrido el Proceso Inicial y si no han aparecido errores el autómata entra en el Ciclo de Operación.

Ciclo De Operación

Este ciclo puede considerarse dividido en tres bloques tal y como se puede observar en la figura dichos bloques son:

• Proceso Común

• Ejecución del programa

• Servicio a periféricos

Proceso común:

En este primer bloque se realizan los chequeos cíclicos de conexiones y de memoria de programa, protegiendo el sistema contra:

• Errores de hardware (conexiones E/S, ausencia de memoria de programa, etc.).

• Errores de sintaxis (programa imposible de ejecutar).

El chequeo cíclico de conexiones comprueba los siguientes puntos:

• Niveles de tensión de alimentación.

• Estado de la batería si existe.

• Buses de conexión con las interfaces.

El chequeo de la memoria de programa comprueba la integridad de la misma y los posibles errores de sintaxis y gramática:

• Mantenimiento de los datos, comprobados en el "checksum".

• Existencia de la instrucción END de fin de programa.

• Estructura de saltos y anidamiento de bloque correctas.

• Códigos de instrucciones correctas.

Ejecución Del Programa

En este segundo bloque se consultan los estados de las entradas y de las salidas y se elaboran las órdenes de mando o de salida a partir de ellos.

 El tiempo de ejecución de este bloque de operaciones es la suma del:

• Tiempo de acceso a interfaces de E/S.

• Tiempo de escrutación de programa

  Y a su vez esto depende, respectivamente de:

• Número y ubicación de las interfaces de E/S.

• Longitud del programa y tipo de CPU que lo procesa.

• FUNCIONES ADICIONALES DEL PLC

• Autochequeo de Fallas: en    cada    ciclo    de    scan,   el   PLC efectúa un Chequeo del funcionamiento del  sistema reportando el resultado en Bits internos  que pueden ser accesados por el programa del  usuario.

• Inicializaciones: cada tipo de partida de un microprocesador también es  reportada en bits internos de la memoria de PLC.

• Salvaguarda de Estados: Es   posible   indicar  al    PLC  estado deseado de   algunas   salidas  o    variables  internas  en  caso de falla o falta de  energía en el equipo.  Esto es esencial cuando   se requiere proteger algunos externos de salida.

• Modularidad: Gracias a la utilización de  Microprocesadores, es posible expandir los  sistemas a través  de módulos de expansión de acuerdo al crecimiento del sistema.  Es posible  expandirse en Entradas y Salidas digitales, análogas, etc., como así también en unidades remotas y de comunicación.

• DIRECCIONAMIENTO DE ENTRADAS Y SALIDAS

Como existen gran cantidad de I/O y estas pueden estar alojadas en diferentes módulos, nace la necesidad de indicarle a la CPU, mediante nuestro programa, la referencia exacta de la entrada o salida con la que queremos interactuar. Al mecanismo de identificación de I/O en los PLC se le denomina direccionamiento de entradas y salidas. El direccionamiento de I/O varia de marca en marca, inclusive de modelo en modelo en los PLC, pero generalmente, la mayoría de los fabricantes adopta una terminología que tiene relación con la ubicación física de la I/O.

Veamos algunos ejemplos:

• Direccionamiento PLC Nano Telemecanique

• Direccionamiento PLC TSX-17 Telemecanique

• Direccionamiento PLC TSX-37 Telemecanique

• Direccionamiento PLC Mitsubishi

• Direccionamiento PLC A/B SLC-500

Direccionamiento De Entradas y Salidas En El PLC-5

Cada uno de los slots del chasis es un grupo. En cada grupo puede haber un máximo de 16 entradas y 16 salidas. Se llama Rack a un conjunto de 8 grupos.

El primer slot, al lado del microprocesador, es el 0 del rack 0, el siguiente el 1 el siguiente el 2, así sucesivamente. El rack 0 tiene los slots 0 a 7, lo que hace un total de 8.

En cada slot podemos poner una tarjeta de entradas o salidas. Su dirección está formada por tres cifras. La primera es un cero, la segunda es el nombre del rack y la tercera el número de slot. Los slots 0 y 1 no están disponibles puesto que se encuentra la fuente de alimentación.

Si en el slot 2 ponemos una tarjeta de 8 entradas sus direcciones corresponderán a I: 002. Para distinguir una entrada concreta, por ejemplo la 6 escribiremos I: 002/6. Si ponemos una tarjeta de salidas en el slot 3 escribiremos O: 003. Si en el slot 4 ponemos una tarjeta de 16 entradas, las ocho primeras serán I: 004/00 a I: 004/7 y las demás serán I: 004/10 a I: 004/17, esto es debido a que el direccionamiento se realiza en octal.

Direccionamiento de entradas y salidas en los SLC.

En los slc-5/01 y slc-5/02 cada slot puede tener entradas o salidas. Si por ejemplo se pone una tarjeta de 16 salidas en el slot 3, la dirección del bit será O: 3/15 o también O:3.0/15 Si la tarjeta tiene más de 16 bits ocupará más de una palabra. Si en el slot 2 ponemos una tarjeta con 32 bits de entrada, el bit 15 se direccionará con I: 2.0/15, el bit 16 como I: 2.1/0 y el bit 31 con I:2.1/15.

En los SLC-500 las entradas y salidas compactas están en el rack 0, la dirección de la salida 7, por ejemplo será O: 0/7. Si además, añadimos más tarjetas, estas se direccionarán como en los SLC modulares.

Aquí algunos gráficos que nos permitirá entender mejor su aplicación

Relación entre un Terminal de E/S y su ubicación en la memoria del procesador.

CAPITULO IV

Programación en PLC

4.1. PROGRAMACION EN PLC

Los primeros PLC, en la primera mitad de los 80, eran programados usando sistemas de programación propietarios o terminales de programación especializados, que a menudo tenían teclas de funciones dedicadas que representaban los elementos lógicos de los programas de PLC. Los programas eran guardados en cintas. Más recientemente, los programas PLC son escritos en aplicaciones especiales en un ordenador, y luego son descargados directamente mediante un cable o una red al PLC. Los PLC viejos usan una memoria no volátil (magnetic core memory) pero ahora los programas son guardados en una RAM con batería propia o en otros sistemas de memoria no volátil como las memoria flash.

Los primeros PLC fueron diseñados para ser usados por electricistas que podían aprender a programar los PLC en el trabajo. Estos PLC eran programados con "lógica de escalera"("ladder logic"). Los PLC modernos pueden ser programados de muchas formas, desde la lógica de escalera hasta lenguajes de programación tradicionales como el BASIC o C. Otro método es usar la Lógica de Estados (State Logic), un lenguaje de programación de alto nivel diseñado para programas PLC basándose en los diagramas de transición de estados.

4.2. ESTANDAR IEC 61131-3

Recientemente, el estándar internacional IEC 61131-3 se está volviendo muy popular. IEC 61131-3 define los elementos comunes entre los lenguajes de programación, asi como también define cuatro lenguajes de programación para los sistemas de control programables.

4.2.1. ELEMENTOS COMUNES

Tipos de datos

Dentro de los elementos comunes, se definen los tipos de datos. Los tipos de datos previenen de errores en una fase inicial, como por ejemplo la división de un dato tipo fecha por un número entero. Los tipos comunes de datos son: variables booleanas, número entero, número real, byte y palabra, pero también fechas, horas del día y cadenas (strings).

Basado en estos tipos de datos, el usuario puede definir sus propios tipos de datos, conocidos como tipos de datos derivados. De este modo, se puede definir por ejemplo un canal de entrada analógica como un tipo de dato.

Variables

Las variables permiten identificar los objetos de datos cuyos contenidos pueden cambiar, por ejemplo, los datos asociados a entradas, salidas o a la memoria del autómata programable. Una variable se puede declarar como uno de los tipos de datos elementales definidos o como uno de los tipos de datos derivados. De este modo se crea un alto nivel de independencia con el hardware, favoreciendo la reusabilidad del software.

La extensión de las variables está normalmente limitada a la unidad de organización en la cual han sido declaradas como locales. Esto significa que sus nombres pueden ser reutilizados en otras partes sin conflictos, eliminando una frecuente fuente de errores. Si las variables deben tener una extensión global, han de ser declaradas como globales utilizando la palabra reservada VAR_GLOBAL.

Pueden ser asignados parámetros y valores iniciales que se restablecen al inicio, para obtener la configuración inicial correcta.

Configuración, recursos y tareas

Para entender ésto mejor, vamos a ver el modelo de software, que define IEC 61131-3 (ver figura 2).

Al más alto nivel, el elemento software requerido para solucionar un problema de control particular puede ser formulado como una configuración. Una configuración es específica para un tipo de sistema de control, incluyendo las características del hardware: procesadores, direccionamiento de la memoria para los canales de I/O y otras capacidades del sistema.

Dentro de una configuración, se pueden definir uno o más recursos. Se puede entender el recurso como un procesador capaz de ejecutar programas IEC.

Con un recurso, pueden estar definidas una o más tareas. Las tareas controlan la ejecución de un conjunto de programas y/o bloques de función. Cada una de ellos puede ser ejecutado periódicamente o por una señal de disparo especificada, como el cambio de estado de una variable.

Los programas están diseñados a partir de un diferente número de elementos de software, escrito en algunos de los distintos lenguajes definidos en IEC 61131-3. Típicamente, un programa es una interacción de Funciones y Bloques Funcionales, con capacidad para intercambiar datos. Funciones y bloques funcionales son las partes básicas de construcción de un programa, que contienen una declaración de datos y variables y un conjunto de instrucciones..

Comparado esto con un PLC convencional, éste contiene un solo recurso, ejecutando una tarea que controla un único programa de manera cíclica. IEC 61131-3 incluye la posibilidad de disponer de estructuras más complejas. El futuro que incluye multi-procesamiento y gestión de programas por eventos ¡Y no está muy lejos!, observar simplemente las características de los sistemas distribuidos o los sistemas de control de tiempo real. IEC 61131-3 está disponible para un amplio rango de aplicaciones, sin tener que conocer otros lenguajes de programación adicionales.

Unidades de Organización de Programa

Dentro de IEC 1131-3, los programas, bloques Funcionales y funciones se denominan Unidades de Organización de Programas, POU´s.

• Funciones

IEC 61131-3 especifica funciones estándar y funciones definidas por usuario. Las funciones estándar son por ejemplo ADD (suma), ABS (valor absoluto), SQRT (raíz cuadrada), SIN (seno), y COS (coseno). Las funciones definidas por usuario, una vez implementadas pueden ser usadas indefinidamente en cualquier POU.

Las funciones no pueden contener ninguna información de estado interno, es decir, que la invocación de una función con los mismos argumentos (parámetros de entrada) debe suministrar siempre el mismo valor (salida).

• Bloques Funcionales, FB´s

Los bloques funcionales son los equivalentes de los circuitos integrados, IC´s, que representan funciones de control especializadas. Los FB´s contienen tanto datos como instrucciones, y además pueden guardar los valores de las variables (que es una de las diferencias con las funciones). Tienen un interfaz de entradas y salidas bien definido y un código interno oculto, como un circuito integrado o una caja negra. De este modo, establecen una clara separación entre los diferentes niveles de programadores, o el personal de mantenimiento. Un lazo de control de temperatura, PID, es un excelente ejemplo de bloque funcional. Una vez definido, puede ser usado una y otra vez, en el mismo programa, en diferentes programas o en distintos proyectos. Esto lo hace altamente reutilizable.

Los bloques funcionales pueden ser escritos por el usuario en alguno de los lenguajes de la norma IEC, pero también existen FB´s estándar (biestables, detección de flancos, contadores, temporizadores, etc.). Existe la posibilidad de ser llamados múltiples veces creando copias del bloque funcional que se denominan instancias. Cada instancia llevará asociado un identificador y una estructura de datos que contenga sus variables de salida e internas.

• Programas

Los programas son "un conjunto lógico de todos los elementos y construcciones del lenguaje de programación que son necesarios para el tratamiento de señal previsto que se requiere para el control de una máquina o proceso mediante el sistema de autómata programable". Un programa puede contener, aparte de la declaración de tipos de datos, variables y su código interno, distintas instancias de funciones y bloques funcionales.

Gráfico Funcional Secuencial (SFC)

SFC describe gráficamente el comportamiento secuencial de un programa de control. Esta definición deriva de las Redes de Petri y Grafcet (IEC 848), con las modificaciones adecuadas para convertir las representaciones de una norma de documentación en un conjunto de elementos de control de ejecución para una POU de un autómata programable.

SFC ayuda a estructurar la organización interna de un programa, y a descomponer un problema en partes manejables, manteniendo simultáneamente una visión global. Los elementos del SFC proporcionan un medio para subdividir una POU de un autómata programable en un conjunto de etapas y transiciones interconectadas por medio de enlaces directos. Cada etapa lleva asociados un conjunto bloques de acción y a cada transición va asociada una condición de transición que cuando se cumple, causa la desactivación de la etapa anterior a la transición y la activación de la siguiente. Los bloques de acción permiten realizar el control del proceso. Cada elemento puede ser programado en alguno de los lenguajes IEC, incluyéndose el propio SFC. Dado que los elementos del SFC requieren almacenar información, las únicas POU´s que se pueden estructurar utilizando estos elementos son los bloques funcionales y los programas.

Se pueden usar secuencias alternativas y paralelas, comúnmente utilizadas en muchas aplicaciones. Debido a su estructura general, de sencilla comprensión, SFC permite la transmisión de información entre distintas personas con distintos niveles de preparación y responsabilidad dentro de la empresa.

4.2.2. LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN

Los lenguajes de programación son necesarios para la comunicación entre el usuario, sea programador u operario de la máquina o proceso donde se encuentre el PLC y el PLC. La interacción que tiene el usuario con el PLC la puede realizar por medio de la utilización de un cargador de programa también reconocida como consola de programación o por medio de un PC.

En procesos grandes o en ambientes industriales el PLC recibe el nombre también de API (Autómata Programable Industrial) y utiliza como interfase para el usuario pantallas de plasma, pantallas de contacto (touch screen) o sistemas SCADA (sistemas para la adquisición de datos, supervisión, monitoreo y control de los procesos).

4.2.2.1. Clasificación de los Lenguajes de Programación

Los lenguajes de programación para PLC son de dos tipos, visuales y escritos. Los visuales admiten estructurar el programa por medio de símbolos gráficos, similares a los que se han venido utilizando para describir los sistemas de automatización, planos esquemáticos y diagramas de bloques. Los escritos son listados de sentencias que describen las funciones a ejecutar.

Los programadores de PLC poseen formación en múltiples disciplinas y esto determina que exista diversidad de lenguajes. Los programadores de aplicaciones familiarizados con el área industrial prefieren lenguajes visuales, por su parte quienes tienen formación en electrónica e informática optan, inicialmente por los lenguajes escritos.

Literales o Escritos:

• Lista de instrucciones (IL).

• Texto estructurado (ST).

Visuales o Gráficos:

• Diagrama de contactos (LD).

• Diagrama de bloques funcionales (FBD).

En la figura superior, los cuatro programas describen la misma acción.

La elección del lenguaje de programación depende de:

• los conocimientos del programador,

• el problema a tratar,

• el nivel de descripción del proceso,

• la estructura del sistema de control,

• la coordinación con otras personas o departamentos.

Los cuatros lenguajes están interrelacionados y permiten su empleo para resolver conjuntamente un problema común según la experiencia del usuario.

• a) El Diagrama de contactos (LD): tiene sus orígenes en los Estados Unidos. Está basado en la presentación gráfica de la lógica de relés.