Plugin Capitulo 1

8/14/2019 Plugin Capitulo 1

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I. INTRODUCCION

1.1. HISTORIA DE LOS CONTROLADORES LGICOS PROGRAMABLES

Los Controladores Lgicos Programables(PLC, Programmable Logic Controllers) seintrodujeron por primera vez en la industria en 1960 aproximadamente. La razn principalde tal hecho fue la necesidad de eliminar el gran costo que se produca al reemplazar elcomplejo sistema de control basado en rels y contactores. Bedford Associates propusoalgo denominado Controlador Digital Modular (MODICON, MOdular DIgital CONtroler)a un gran fabricante de coches. Otras compaas propusieron a la vez esquemas basados enordenador, uno de los cuales estaba basado en el PDP-8. El MODICON 084 result ser el primer PLC del mundo en ser producido comercialmente.

El problema de los rels era que cuando los requerimientos de produccin cambiabantambin lo haca el sistema de control. Esto comenz a resultar bastante caro cuando loscambios fueron frecuentes. Dado que los rels son dispositivos mecnicos y poseen unavida limitada se requera una estricta manutencin planificada. Por otra parte, a veces sedeban realizar conexiones entre cientos o miles de rels, lo que implicaba un enormeesfuerzo de diseo y mantenimiento.

Figura 1.1. Evolucin de los Sistemas de Control


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debido a que se posicion el PLC en el tratamiento de variables de tipo continuo para laimplementacin de funciones de Control Analgico.

En los 80 se produjo un intento de estandarizacin de las comunicaciones con el protocoloMAP (Manufacturing Automation Protocol) de General Motor's. Tambin fue un tiempo enel que se redujeron las dimensiones del PLC y se pas a programar con programacinsimblica a travs de ordenadores personales en vez de los clsicos terminales de programacin otorgando mayor flexibilidad y posibilidades de los equipos sin necesidad delenguajes avanzados de programacin.

Los 90 han mostrado una gradual reduccin en el nmero de nuevos protocolos, y en la

modernizacin de las capas fsicas de los protocolos ms populares que sobrevivieron a los80. El ltimo estndar (IEC 1131-3) intenta unificar el sistema de programacin de todoslos PLC en un nico estndar internacional. Ahora disponemos de PLC's que pueden ser programados en diagramas de bloques, lista de instrucciones, C y texto estructurado almismo tiempo.

Adicionalmente se han posicionado las aplicaciones distribuidas en la automatizacin de procesos con la evolucin de los protocolos de redes industriales, aunque con igualescaractersticas de baja estandarizacin entre los diferentes fabricantes.

Se ha trabajado la solucin de situaciones particulares con la creacin de mdulosespeciales para el control de motores paso a paso, termocuplas, contadores de altavelocidad y la integracin con tcnicas modernas de control en el mdulo de lgica difusa.

Adicionalmente, se han incrementado las funciones de las interfaces con el usuario encampo otorgndose mayores facilidades en la supervisin y el mantenimiento de los procesos, proporcionando informacin de diagnostico a travs de mensajes, alarmas ygrficos.


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1.2 ANTECEDENTES

El objetivo fundamental de producir con la mnima inversin exige que el proceso defabricacin sea evolutivo y flexible. El traslado de ambos conceptos a la automatizacinsupone que el sistema de mando debe permitir de un modo fcil y rpido las eventualesmodificaciones que exija dicho proceso y asegurar un mantenimiento eficaz durante laexplotacin.

El Autmata Programable (PLC) aparece en la industria como elemento de mando y decontrol en el ao 1968, para dar respuesta a las exigencias que se acaban de plantear.

En un principio su campo de aplicacin la situaba entre la solucin cableada tradicional y elcalculador de procesos.

Destinado inicialmente a pilotar automatismos secuenciales, su misin era la de sustituir lastcnicas cableadas (armarios de rels) por un sistema de automatizacin ms fiable y conunas posibilidades superiores en lo que a la puesta en marcha y el almacenamiento de lasinstalaciones se refiere.

Sus ventajas con respecto a dichas tcnicas cableadas son bsicamente las siguientes: Dimensiones mnimas. Reduccin de los tiempos de instalacin y puesta en marcha. Composicin modular que facilita la reparacin y el mantenimiento por intercambio de

mdulos. Fiabilidad por su carcter electrnico. Simplicidad y rapidez a la hora de solucionar los problemas de modificacin en el

mando del proceso, dado su carcter programable.

Todos estos argumentos en favor del PLC le resultan mas evidentes cuando se trata de procesos repetidos.


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Por otro lado, y aunque el calculador de procesos ya aportaba entonces las ventajas de unsistema programable, el PLC presentaba en sus aplicaciones una ventaja fundamental conrespecto a aquel: SU LENGUAJE Y PUESTA EN MARCHA NO EXIGEN LA INTERVENCIN DE UNESPECIALISTA ENI NFORMTICAI NDUSTRIAL.

Este hecho, unido a la evolucin en sus posibilidades que los PLCs han tenido en estosltimos aos, hace que la utilizacin de las calculadoras de procesos quede cuestionada endeterminadas aplicaciones que antes eran de su exclusiva competencia.

Por ltimo, en su comparacin con los desarrollos a partir de la Electrnica Clsica(Circuitos Digitales Combinacionales y Secuenciales) y los microprocesadores, tambin los

PLCs presentan notables ventajas.

Frente al espacio rgido que caracteriza a los desarrollos efectuados a partir de circuitosintegrados clsicos, los PLCs con sus caractersticas Programables, con las ventajas queles son propios y que ya han sido expuestas.

Posteriormente, con la aparicin de los microprocesadores (tambin sistemas programables)sus posibilidades frente a los PLCs quedaban frenadas en muchos casos por la necesidadde personal tcnicamente calificado en el uso de estos elementos y sus lenguajes. Sinembargo, la incorporacin del microprocesador como elemento bsico de las CPU de losPLCs, supone un salto cualitativo y cuantitativo muy importante en las posibilidades deautomatizacin de los mismos.

Los PLCs que hasta ese momento realizaban bsicamente funciones de tipo secuencial yalgo de tratamiento de seales numricas, ven potenciadas estas ltimas funciones (calculo)

y el acceso a grados de automatizacin ya exigidos en la industria.

Bsicamente las nuevas posibilidades se resumen en que el diseo de los PLCs pasa de serexclusivamente electrnico (90% de HW y 10% de SW) a actualmente estar en una proporcin importante del lado de la informtica ( 50 % de HW y 50 % de SW), lo que


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acrecienta la flexibilidad del equipo y sus posibilidades. Y todo ello sin alterar lasimplicidad en el manejo de los mismos por parte del usuario ya que estos son aspectos queafectan a su diseo y construccin pero no su aplicacin.

Como consecuencia de todas estas razones, de la evolucin de sus posibilidades y grado deautomatizacin, los PLCs han experimentado a lo largo de los aos una fuerte progresinen su aplicacin que les hace presentes hoy en da en prcticamente todos los sectoresindustriales, y en algunos de ellos de forma masiva.

1.3. DEFINICIN DE PLC

La estructura actual de los PLCs y sus posibilidades de automatizacin quedan reflejadas atravs de su propia definicin, con el fin de analizar ambos aspectos se han elegido dosdefiniciones que de cierto modo los sintetizan.

La primera de ellas nos presenta el aspecto funcional de los PLCs, dictada por la

N ORMAUTE63850, y define el autmata programable como:

Aparato electrnico que posee una memoria, a programar por el usuario con la ayuda deun lenguaje adecuado, para el almacenamiento interno de las instrucciones que componenlas funciones de automatismos, tales como:

Lgica secuencial. Temporizacin. Conteo y comparacin. Clculo aritmtico. Ajuste, servoregulacin, regulacin, etc.

Para mandar, medir, y controlar mediante mdulos de entradas y salidas (lgicas,numricas o analgicas) diferentes tipos de mquinas y procesos, en un entornoindustrial


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Figura 1.3. Definicin de PLC

La segunda de ellas nos presenta los PLCs en su aspecto estructural y define alAutmata Programable como:

Un computador cuya arquitectura, sistema operativo, lenguaje de programacin,entradas y salidas y forma constitutiva estn especialmente pensados para las aplicacionesde control industrial.

Para realizar las funciones de control y automatizacin, el PLC trabaja bajo las siguientescaractersticas generales de operacin:

Forma de Operacin Interna:CICLO DE SCAN . Lgica de Programacin Sencilla:DIAGRAMAS EN E SCALERA . Resistencia a Ambientes Severos:

- Temperaturas. - Humedades.- Vibraciones. - Ruido elctrico.

- Corrientes y Voltajes. - Otros: Corrosin. Fabricacin Robusta/ Componentes de Estado Slido. No hay partes mecnicas en Movimiento. No se requiere de manejo de lenguaje especializado para la programacin del PLC.


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De la evolucin analizada anteriormente, se puede concluir la fuerte orientacin hacia lasaplicaciones analgicas en las que se ha utilizado al PLC en la ltima dcada, por tanto suscaractersticas funcionales modernas van acompaadas de instrucciones para la programacin de funciones de Transmisin y Recepcin de seales de control, funcin PID,Gran capacidad de manejo de datos y mdulos de I/O inteligentes como sistemas de visin.Todas ellas soportadas por la evolucin del HW del PLC al tenerse en la actualidad la posibilidad de configuracin flexible a travs de los PLCs Modulares, sumado con lascaracterstica de tiempo real de los procesadores al incrementar sus velocidades deoperacin, as como las diferentes opciones de programacin con que se cuenta en laactualidad, sin que este hecho haya incidido en la simplicidad de la implementacin de lalgica de control.


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1.4. PARTES DE UN CONTROLADOR LGICO PROGRAMARLE

Partiendo de la definicin dada en la Norma UTE63850, se puede considerar que losControladores Lgicos Programables (PLC, Programmable Logic Controllers) estncompuestos de tres partes: la seccin de entrada/salida, el procesador y el dispositivo de programaci6n o terminal.

Figura 1.4. Partes Constitutivas de un PLC.

Por tanto, se proceder a abordar cada una de ellas, explicndose la funcin que cumple yla forma de trabajo del PLC.


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Figura 1.5. Mdulo de Entrada del PLC .

Considrese que cada mdulo de salida es una tarjeta de circuito impreso que contienediecisis amplificadores de salida. Cada amplificador de salida recibe del procesador unaseal digital de baja potencia y la convierte en una seal de alta potencia capaz de manejaruna carga industrial. Un mdulo de salida de PLC moderno tiene amplificadores conaislamiento ptico que usan un triac como el dispositivo de control de carga conectado enserie.

Cada dispositivo de carga de salida est conectado a una terminal en particular de la regleta

de terminales de un mdulo de salida, como se muestra en la figura 1.6. As, por ejemplo, siel amplificador de salida 02 recibe un 1 digital del procesador, responder a ese 1 digitalaplicando 120 V de AC a la terminal 02 del mdulo de salida, encendiendo por tanto elfoco. A la inversa, si el procesador enva un 0 digital al amplificador de salida 02, elamplificador no aplica potencia a la terminal 02, del mdulo y el foco se apaga.


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Figura 1.6. Mdulo de Salida de un PLC.

Adems de 120 V de AC, hay mdulos de E/S disponibles para interconexin a otrosniveles industriales, incluyendo 5 V de DC (dispositivos TTL), 24 V de CD, 48 V de CD,220 Vac, etc.

1.4.2. EL PROCESADOR

El procesador de un PLC contiene y ejecuta el programa del usuario. Para poder hacer este

trabajo, el procesador debe almacenar las condiciones de entrada y salida ms recientes.

ARCHIVO DE IMGENES DE ENTRADA . Las condiciones de entrada se almacenan en elarchivo de imgenes de entrada, que es una parte de la memoria del procesador. Esto es,cada terminal del mdulo de entrada de la seccin de E/S tiene asignada en lugar


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determinado dentro del archivo de imgenes de entrada. Este lugar determinado estdestinado exclusivamente a la tarea de llevar el registro de la ltima condicin de suterminal de entrada. Como se mencion, si la terminal de entrada se alimenta con energade 120-V de AC por su dispositivo de entrada, la localidad en el archivo de imgenes deentrada contiene un 1 binario (HI); si al mdulo de entrada no se le alimentan 120-V deAC, la localidad contiene un 0 binario (LO).

El procesador requiere conocer las ltimas condiciones de entrada pues las instruccionesdel programa de usuario dependen de esas condiciones. En otras palabras, una instruccinindividual puede tener una salida si una entrada particular est en HI y otra salida diferentesi esa entrada est en LO.

ARCHIVO DE IMGENES DE SALIDA . Las condiciones de salida se almacenan en el archivode imgenes de salida, que es otra parte de la memoria del procesador. El archivo deimgenes de salida tiene la misma relacin con las terminales de salida de la seccin de E/Sque el archivo de imgenes de entrada tiene con las terminales de entrada. Esto es, cadaterminal de salida tiene asignada una localidad de memoria en el archivo de imgenes desalida. Esa localidad en particular est dedicada exclusivamente a la tarea de llevar elregistro de la ltima condicin de su terminal de salida.

Por supuesto, la situacin de salida difiere de la situacin de entrada en relacin con ladireccin de flujo de la informacin. En la situacin de salida, el flujo de informacin es delarchivo de imgenes de salida al mdulo de salida, mientras que en la situacin de entradael flujo de informacin es del mdulo de entrada al archivo de imgenes de entrada. Estasrelaciones se ilustran en el diagrama de bloques del procesador de la figura 1.7.

Las localidades en los archivos de imgenes de entrada y salida se identifican pordirecciones. Cada localidad tiene su propia direccin que es nica. Por ejemplo, unalocalidad de memoria en el archivo de imgenes de entrada puede tener la direccin I:1/ 06,y una localidad particular del archivo de imgenes de salida puede tener la direccin


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O:3/17. Los diferentes fabricantes de PLC tienen sus propios mtodos para asignardirecciones.

UNIDAD DE PROCESAMIENTO CENTRAL . La subseccin del procesador que se encarga de laejecucin del programa se llamar en este libro unidad de procesamiento central (CPU). Lasubseccin de la CPU se indica en el diagrama de bloques del procesador de la figura 8.

Figura 1.7. El Procesador del PLC..

A medida que la CPU ejecuta el programa de usuario, el archivo de imgenes de salida seest actualizando continuamente y de inmediato. En otras palabras, si la ejecucin de unainstruccin solicita un cambio en una de las localidades del archivo de imgenes de salida,

ese cambio se efecta de inmediato, antes de que el procesador avance a la siguienteinstruccin. Esta actualizacin inmediata es necesaria ya que las condiciones de salidamuchas veces afectan instrucciones posteriores del programa.


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Por ejemplo, supngase que una cierta instruccin cause que la direccin de salida O:4/17cambie de LO a HI. Una instruccin posterior puede decir, en efecto, "si la entrada I:3/06 yla salida O:4/17 son ambas HI, entonces llevar la salida O:15/02 a HI". Para poder llevar acabo esta ltima instruccin, el procesador debe reconocer que la salida O:4/17 estactualmente en HI como resultado de la instruccin anterior.

Por tanto, se puede ver que el archivo de imgenes de salida tiene una naturaleza doble: su primera funcin es la recepcin inmediata de informacin de la CPU, pasndola (pocodespus) a los mdulos de la seccin de E/S. Por otra parte, tambin debe ser capaz de pasar informacin de salida "de regreso" a la CPU, cuando la instruccin del programa deusuario que la CPU est procesando solicita un elemento de la informacin de salida.

El archivo de imgenes de entrada no tiene esta naturaleza doble. Su misin nica esadquirir informacin de las terminales de entrada y pasar "adelante" esa informacin a laCPU cuando la instruccin que est procesando la. CPU solicita un elemento deinformacin de entrada. Las flechas de flujo de informacin de la figura 1.8 ilustran estasideas.

M EMORIA DEL PROGRAMA DE USUARIO . Una porcin particular de la memoria del procesador se usa para el almacenamiento de las instrucciones del programa de usuario. Seusar el nombre memoria del programa de usuario para hacer referencia a esta subseccindel procesador, como se muestra en la figura 1.7.

Antes de que un PLC pueda comenzar a controlar un sistema industrial, una persona debeingresar las instrucciones codificadas que constituyen el programa de usuario. Este procedimiento es conocido como programacin del PLC.

A medida que el usuario ingresa las instrucciones, automticamente estas se almacenan enlocalidades secuenciales en la memoria del programa de usuario. Esta ubicacin secuencialde las instrucciones del programa es autocontrolada por el PLC, sin ningn arbitrio delusuario. La cantidad total de instrucciones en el programa de usuario puede variar de media


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docena ms o menos, para controlar una mquina sencilla, hasta varios miles, para elcontrol de un proceso o mquina complicados.

Una vez completado el procedimiento de programacin, el usuario manualmente conmutael PLC del modo de PROGRAMACIN al modo de EJECUCIN, lo que hace que la CPUejecute el programa de principio a fin repetidamente.

Para organizar y editar programas, se encontrar conveniente agrupar las instrucciones enescalones de instrucciones, comnmente llamados nada msESCALONES. La palabraescaln se deriva del hecho de que estos grupos de instrucciones semejan los escalones deuna escalera al representarse el programa de usuario en formato de lgica en escalera.

Ahora que se ha demostrado la equivalencia de un escaln de instrucciones en un programade usuario de un PLC con un circuito de lgica alambrada con relevadores, se puede plantear una definicin inicial de un escaln de instrucciones. Esta definicin es bastanterestringida, pero servir para ayudar al entendimiento del proceso de ejecucin de un programa de usuario de un PLC. Nuestra definicin es la siguiente:Un escaln de instrucciones es un grupo de instrucciones que afectan una terminal de salida nica con base en los estados de ciertas terminales de erttrada y salida.

En la definicin anterior la frase "afectan una terminal de salida nica" se refiere al hechode que el escaln contiene una sola instruccin energizar-salida. La frase "con base en losestados de ciertas terminales de entrada y salida" se refiere al conjunto de instruccionesexaminar-encendido y examinar-apagado que producen condiciones de escalnVERDADERO (continuidad lgica) o condiciones d escaln FLSO (discontinuidadlgica).

Para ejecutar el programa de usuario, la CPU maneja un escaln de instrucciones de programa a la vez. En la figura 1.8 se representan los eventos involucrados en la ejecucinde un escaln de instrucciones.


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La figura 1.8 da una visin del diagrama de bloques del procesador durante la ejecucin delescaln de instrucciones, y la figura 1.9 es un diagrama de flujo de1 proceso de ejecucin.Los nmeros encerrados en un crculo muestran la correspondencia de eventos entre los dosdiagramas.

Se har referencia a ambos diagramas para explicar el proceso de ejecucin de un escalnde instrucciones.

1. La CPU, que siempre hace un seguimiento de la localidad precisa en el programa deusuario, trae la siguiente instruccin secuencial de la memoria del programa de usuario.Esto se ilustra en la figura 1.8 por medio de la flecha que indica transferencia de la

memoria del programa de usuario a la CPU.

Figura 1.8. Diagrama en bloques del Procesador en la ejecucin de un escaln.

2. La instruccin obtenida por la CPU est destinada a ser una instruccin del tipo

examinar. Esto es debido a que nuestra definicin de un escaln de instrucciones pideque cada escaln comience con una instruccin del tipo examinar. La CPU trae lainformacin requerida de los archivos de imgenes de entrada o de salida para poder


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evaluar la instruccin. Este paso est representado en la figura 1.8 por las flechas queindican la transferencia de los archivos de imagen a la CPU.

3. La CPU efecta una prueba interna combinando la instruccin del paso 1 con lainformacin de E/S del paso 2. Esta prueba determina si la instruccin producecontinuidad o discontinuidad lgica. La prueba est representada en el diagrama deflujo de la figura 1.9 por la caja de decisin.

4. La CPU examina la siguiente localidad de la memoria del programa de usuario paradeterminar si la siguiente instruccin es otra instruccin del tipo examinar, o unainstruccin energizar-salida.

Si es una instruccin del tipo examinar, la CPU nota si existe una condicin lgicaAND o una OR con la instruccin previa. Si existe una condicin lgica AND (en serieen la representacin de lgica de escaln), entonces ambas instrucciones deben producir continuidad para que el escaln mantenga la misma continuidad que hastaahora. Si la siguiente instruccin presenta una condicin lgica OR con la anterior(aparecen en trayectorias paralelas en la representacin de lgica en escalera), entonces basta con que cualquiera de las instrucciones produzca continuidad para que el escalnmantenga la misma continuidad que hasta ahora.

Puede ocurrir que la CPU tome su decisin en el momento, con base en las condicionesde VERDADERO y FALSO del escaln. Una decisin en el momento se expresa porcualquiera de las ramificaciones "no" dirigidas de las cajas de decisin etiquetadas con4 en el diagrama de flujo, a las orillas. Estas ramificaciones llevan al paso 5, queconsigue la direccin de la ltima instruccin del escaln, la instruccin energizar-

salida.

Por otra parte, puede ocurrir que la CPU no pueda tomar su decisin de VERDADEROo FALSO en el momento, pero deba traer la siguiente instruccin del tipo examinar para mayor verificacin de continuidad. Esta situacin se expresa por las dos


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ramificaciones "si" dirigidas de las cajas de decisin etiquetadas como 4 al interior.Estas ramificaciones regresan al paso 1 del diagrama de flujo; originan que la CPUrepita los pasos 1 al 4.

Figura 1.9. Diagrama de flujo del proceso de ejecucin del Procesador.

5. A la larga, la CPU avanzar por el escaln hasta el punto en que puede decidir si lascondiciones generales del escaln son de VERDADERO o FALSO. Entonces, trae lainstruccin energizar-salida de la memoria del programa de usuario, para que puedaconocer la direccin que va a afectar. Esta accin se expresa por las flechas detransferencia etiquetadas con 5 en la figura 1.8.


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6. La CPU conoce ahora la condicin del escaln y la direccin de salida correcta, as queenva la seal digital apropiada al archivo de imgenes de salida, que luego pasa a laterminal de salida asociada. Esta accin es representada por la flecha etiquetada con 6en el diagrama de bloques.

Cuando el procesador ha terminado de ejecutar un escaln de instrucciones pasa a lasiguiente localidad secuencial de la memoria del programa de usuario, recoge la siguienteinstruccin (la primera del siguiente escaln) y repite los pasos 1 al 6. Contina de lamisma manera hasta que cada instruccin haya sido ejecutada. En este punto el programade usuario ha sido ejecutado en su totalidad una vez.

E L CICLO DE BARRIDO COMPLETO . Mientras el PLC est en el modo de EJECUCIN, el procesador ejecutar el programa una y otra vez. En la figura 1.10 se representa completa laserie repetitiva de eventos. Comenzando por la parte superior del crculo que representa elciclo de barrido, la primera operacin es el barrido de entrada. Durante el barrido deentrada, el estado actual de cada terminal de entrada se almacena en el archivo de imgenesde entrada, actualizndolo. Como todas las operaciones del PLC, el barrido de entrada es bastante rpido. El tiempo transcurrido depende de la cantidad de mdulos y terminales deentrada en la seccin de E/S, la velocidad de reloj del CPU y otras caractersticas tcnicasde la CPU. Aproximadamente, un sistema que contenga 10 a 20 terminales tendr untiempo de barrido de entrada del orden de unos cuantos cientos de microsegundos.

A continuacin del barrido de entrada, el procesador ejecuta el programa de usuario, proceso llamado a veces "barrido de programa", como se representa en la figura 1.10. Laejecucin consiste en comenzar en el primer escaln de instrucciones del programa,

llevando a cabo la secuencia de ejecucin de seis pasos descrita antes; luego, pasar alsiguiente escaln, llevando a cabo su secuencia de ejecucin, y seguir as hasta el ltimoescaln de programa.


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El tiempo de ejecucin del programa depender de la longitud de este programa, lacomplejidad de los escalones de instrucciones y las especificaciones tcnicas de la CPU. Se puede decir que un programa de 20 a 30 escalones de instrucciones tendr un tiempoaproximado de ejecucin de varios milisegundos.

Figura 1.10. Ciclo de SCAN.

Durante toda la ejecucin del programa de usuario, el procesador mantiene actualizado el

archivo de imgenes de salida, como se indic anteriormente.S IN EMBARGO LASTERMINALES DE SALIDA MISMAS NO SON ACTUALIZADAS CONSTANTEMENTE . En cambio, el

archivo de imgenes de salida completo se transfiere a las terminales de salida durante el barrido de salida que sigue a la ejecucin del programa. Esto se hace ms claro en la figura1.10. El tiempo de barrido de salida para 10 a 20 mdulos de salida generalmente estar en

el orden de unos cuantos cientos de microsegundos, parecido al del barrido de entrada.

Es perfectamente razonable que las terminales de salida sean actualizadas todas a la vezdurante el barrido de salida, en lugar de hacerlo en forma individual e inmediata durante laejecucin del programa de usuario. Esto es porque, en general, los propios dispositivos de


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carga son irremediablemente lentos en comparacin con el ciclo de barrido del PLC, portanto la espera por el barrido de salida es tiempo suficiente para casi todas las situacionesde controles industriales.

En pocas ocasiones durante la ejecucin del programa de usuario puede ser necesarioactualizar de inmediato una terminal de salida. Los PLC ms avanzados contemplanmecanismos para lograr esto. Su conjunto de instrucciones (lista de instrucciones legales)contiene una instruccin de salida inmediata que temporalmente suspende la operacinnormal del programa, actualiza la terminal de salida y regresa al programa. Esta capacidadse muestra en la figura 1.11.

Figura 1.11. Actualizacin Inmediata de Salidas.

Algunos PLC poderosos tambin contienen instrucciones especiales de entrada inmediata,que pueden usarse para actualizar una localidad particular en el archivo de imgenes deentrada justo antes de ejecutar una instruccin que use esa entrada. Para justificar el


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tomarse esta molestia, la situacin de control debe ser tan exigente que en realidad tengaimportancia si la entrada ha cambiado durante los pocos milisegundos que puedan habertranscurrido entre el ltimo barrido de entrada y el punto en el programa de usuario dondese encuentre la instruccin crtica. La capacidad de entrada inmediata se muestra en lafigura 1.12.

Figura 1.12. Lectura Inmediata de Entradas.

M EMORIA DE DATOS VARIABLES . Hasta este punto se han visto solamente tresinstrucciones, a saber, examinar-encendido, examinar-apagado y energizar-salida. Estas tres

estn clasificadas como instrucciones tipo relevador, pues reproducen las acciones de loscontactos y bobinas de relevadores. Los PLC poseen otras instrucciones adems de aquellastipo relevador.


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En general, un PLC estndar tiene las siguientes instrucciones que le dan estas capacidades:

1. Puede introducir un retardo en un esquema de control. Esto es, el PLC tienetemporizadores internos que reproducen las acciones de los temporizadores.

2. Pueden contar eventos, con los eventos representados como cierre de interruptores. Estoes, el PLC contiene contadores internos, como contadores ascendentes y descendentes.

3. Despus de todo, un PLC es una computadora. Por tanto, puede ejecutar operaciones,aritmticas con los datos residentes en su memoria.

4. Puede ejecutar comparaciones numricas (mayor que, menor que, etc.).

Estas cuatro capacidades implican que el PLC pueda almacenar y trabajar con nmeros.

Naturalmente, los nmeros pueden cambiar de un ciclo de barrido al siguiente (ocurreneventos y se cuentan, el tiempo transcurre, etc.). Por tanto, el PLC debe tener una seccinde su memoria reservada para mantener la cuenta de nmeros variables, o datos, queintervienen en el programa de usuario. Esta seccin de memoria ser llamada memoria dedatos variables, como se ha indicado en la figura 1.7.

Hay muchos tipos de datos numricos que pueden estar presentes en la memoria de datosvariables. Seis tipos cuya comprensin es importante son:

1. El valor predeterminado de un temporizador , o nmero de segundos durante los que eltemporizador debe permanecer energizado para dar una seal de "tiempo fuera", oexpiracin.

2. El valor acumulado de un temporizador , o nmero de segundos que han transcurridodesde que el temporizador fue energizado.

3. El valor predeterminado de un contador , o nmero al que un contador ascendente debecontar para dar una seal de "conteo completo". Para un contador descendente es elnumero del que partir el contador en su cuenta descendente.


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4. El valor acumulado de un contador : es la cuenta actual que ha sido registrada por uncontador ascendente. Para un contador descendente, es la cuenta actual faltante antes deque el contador llegue a cero.

5. El valor de una variable fsica en el proceso controlado, que se obtiene midiendo lavariable fsica por medio de un transductor y convirtiendo el voltaje (o corriente) desalida analgico del transductor a un formato digital, con un convertidor A/D (ADC).

6. El valor de una seal de salida enviada a un controlador en el proceso controlado, quese obtiene mediante un clculo matemtico efectuado por el PLC. El usuario debeindicarle al PLC el modo en que se efectuarn los clculos matemticos. Esto ocurre

durante el ingreso del programa de usuario desde la terminal de programacin. Losvalores de salida calculados son digitales en el PLC y generalmente son convertidos aanalgicos por el convertidor D/A (DAC) antes de ser enviados al controlador.

Cuando la CPU ejecuta una instruccin para la cual ciertos valores de datos debenconocerse, ese valor del dato es trado de la memoria de datos variables. Cuando la CPUejecuta una instruccin que produce un resultado numrico, ese resultado se introduce en lamemoria de datos variables. Por tanto, la CPU puede leer de o escribir a la memoria dedatos variables. Esta interaccin bidireccional queda sealada en la figura 1.7.Comprndase que esta relacin es diferente de la relacin entre la CPU y la memoria del programa de usuario. Cuando el programa est en ejecucin, la CPU puede slo leer de lamemoria del programa de usuario, mas nunca escribir en ella.


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1.7. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LOS PLC' S

Entre la ventajas tenemos: Dimensiones mnimas. Composicin modular que facilita la reparacin y el mantenimiento por intercambio de

mdulos. Fiabilidad por su carcter electrnico. Simplicidad y rapidez a la hora de solucionar los problemas de modificacin en el

mando del proceso, dado su carcter programable. Menor tiempo de elaboracin de proyectos. Posibilidad de aadir modificaciones sin costo aadido en otros componentes.

Mnimo espacio de ocupacin. Menor costo de mano de obra. Mantenimiento econmico. Posibilidad de gobernar varias mquinas con el mismo autmata. Reduccin de los tiempos de instalacin y puesta en marcha. Si el autmata queda pequeo para el proceso industrial puede seguir siendo de utilidad

en otras mquinas o sistemas de produccin.

Y entre los inconvenientes:

Adiestramiento de tcnicos. Costos. Poca estandarizacin de los productos. Desplazamiento frente al PC.

Actualmente los inconvenientes se han reducido, ya que la carreras de ingeniera incluyenla automatizacin como una de sus asignaturas. En cuanto al costo tambin ha sidoreducido, ya que existen PLCs para todas las necesidades y a precios ajustados, inclusocon la opcin de configurar el equipo a las necesidades del proceso son la creacin de los


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PLCs modulares, aunque el precio sigue siendo caro debido a que el mercado de laautomatizacin continua siendo muy cerrado.

1.8. PLC Vs PC

En casa y en la oficina, el ordenador personal continua su progreso triunfal. El PC se haestablecido en un gran nmero de campos. Anlogamente al lema "Ms rpido, ms alto,ms lejos", los componentes hardware y software estn siendo cada vez ms potentes y msrentables. Es lgico, por tanto, que la industria quiera tomar provecho de este hecho, parareducir costes y/o incrementar la productividad.

Ciertas tareas industriales estn actualmente en manos de los ordenadores desde hacetiempo: desde emplear la tecnologa Windows cuando se manejan pedidos y/o se ajustan parmetros de maquinaria hasta preparar o visualizar datos prcticamente de cualquier tipo.

No hay que sorprenderse entonces, que los especialistas en automatizacin y los usuariosestn pensando ahora en que forma se pueden transferir al PC otras tareas, para poder llegar

a un mayor ahorro. Ms recientemente un gran nmero de simuladores de PLC porsoftware han aparecido en el mercado, que estn ayudando a transferir el control de tareasal disco duro y presentan una automatizacin ms efectiva en costes en una simple pieza dehardware (el PC).

Esto nos deja las siguientes preguntas:

Qu sucede con el software PLC? Quin puede emplearlo, cmo y en qu condiciones? Y sobre todo, tiene el PLC sus das contados?


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El hecho es que las tareas automatizadas de control, visualizacin y computacin puedenser efectuadas por controladores lgicos programables (conectados en red mediante losmdulos adecuados) mejor que con sistemas exclusivos de control basados en PC. Lo quefinalmente es prctico, no obstante, depende de un gran nmero de factores y la mayoradeben ser considerados individualmente para cada proyecto de automatizacin.

As, por ejemplo, los actuales conocimientos y preferencias del usuario pueden jugar unmayor papel que la pura potencia del ordenador. Los factores cruciales, no obstante, son losatributos de capacidad en tiempo real y las propiedades de seguridad que hasta ahora hansido fuertemente asociadas con el PC. No obstante, un sistema de control es inconcebiblesin capacidad en tiempo real o la dependencia que es demandada en industria.

La capacidad en tiempo real se refiere a la capacidad del ordenador en programas de procesamiento de datos para que siempre est listo para procesar y proporcionar losresultados dentro de un tiempo especificado. En este contexto "estrictamente en tiemporeal" significa que un sistema reacciona a los eventos externos dentro de un tiempoespecificado en un 100% de los casos. Si, de otra forma, los tiempos de reaccin puedensuperarse en ciertos casos, como en el simple caso de controladores de temperatura,hablamos de "tiempo real suave".

Los controladores lgicos programables, en la mayora de los casos, estn diseadosespecficamente para ser empleados en ambientes industriales exigentes y han sidocontinuamente desarrollados de forma que sus sistemas operativos en tiempo realrepresentan su mayor virtud. Ellos son y seguirn siendo, no obstante, la primera eleccin para todo control de tareas crticas o extremas por su rendimiento y simpleza, en los que un

PC podra estar simplemente "sobrecargado".

Si, adems del control de tareas, se necesita un procesamiento de datos, trabajo en red ovisualizacin, un sistema basado en PC debe ser tomado en consideracin.


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Esto se aplica en particular si un PC (de calidad industrial donde sea posible) estactualmente en disposicin y el software existente puede y debe continuar siendoempleado.

No obstante Windows NT no es estrictamente un sistema operativo en tiempo real como elde un PLC, pero puede actuar de forma suficientemente rpida para aplicaciones "suaves"en tiempo real, gracias a su arquitectura de micro-kernel. Puede llegar a ser consideradocomo un estndar para soluciones de automatizacin basadas en PC, aun dejando unsistema "suave" en tiempo real.

L A ESTRUCTURA ABIERTA COMO INCONVENIENTE

An no se ha establecido un estndar para poseer extensiones compatibles en tiempo real desistemas operativos. De una forma estrictamente determinante, los sistemas estndaractuales deben ser modificados de forma general, as que la principal ventaja de un sistema basado en PC -su estructura abierta- es rpidamente un inconveniente. La solucincomienza a ser propietaria nuevamente (cada empresa ofrece su solucin) y la conversin afuturas generaciones de sistemas operativos lo hace ms difcil.

En resumen: si es necesario operar en tiempo real, entonces debe hacerseindependientemente del sistema operativo PC.

T ARJETAS DE EXPANSIN Como el sistema operativo slo puede proporcionar respuestas suaves en tiempo real lo mssimple es emplear extensiones hardware para las tareas crticas (Tarjetas de expansin PC)y soluciones software para el resto de tareas. Esto nos lleva a una compatibilidad confuturos sistemas operativos y una solucin totalmente factible actualmente.

No obstante las Tarjetas de expansin PC no son sino PLC's, por lo que siempre acabamostrabajando de una forma u otra con los clsicos PLC's para tareas en estricto tiempo real, pero con un costo mucho menor para la mayora de las aplicaciones.


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1.9. RESUMEN

A continuacin para resumir algunas ideas importantes tratadas en este documento, se presentan unas tablas comparativas de los PLCs con otros sistemas que an existen pero enun poco minora debido al posicionamiento que han adquirido los autmatas programables.

C ARACTERSTICA S ISTEMA C ABLEADO PLC

Flexibilidad de adaptacin al proceso Baja Alta

Hardware estndar para distintas aplicaciones No Si

Posibilidad de expansin Baja Alta.

Interconexiones y cableado exterior Mucho Poco

Tiempo de desarrollo del proyecto Largo Corto

Posibilidad de modificaciones Difcil Fcil

Mantenimiento Difcil Fcil

Herramientas de prueba No Si

Stocks de mantenimiento Medios Bajos

Modificaciones sin parar el proceso (on line) No SiEstructuracin en mdulos independientes Difcil Fcil

Comparacin de sistemas cableados y sistemas programables


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C ARACTERSTICA S ISTEMA DE R ELS L GICA A MEDIDA PLC

Volumen Alto Bajo BajoConsumo Alto Bajo Bajo

Velocidad Baja Alta Media

Interconexin de varios procesos Difcil Difcil Fcil

Desgaste Alta Baja Baja

Robustez Alta Baja Baja

Ampliacin Difcil Muy Difcil Fcil

Flexibilidad Poca Nula Alta

Personal especializado Poco Mucho Medio

Stocks de mantenimiento Poco Mucho Medio

Funciones:Lgica CombinacionalLgica SecuencialInstrucciones AritmticasReguladoresTextosGrficosComunicacionesToma de decisiones

SiLimitada

No No No No No

Bajo Nivel

SiSiSiSiSiSiSiSi

SiSiSiSiSiSiSiSi

Comparacin de sistemas lgicos a medida y PLCs


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C ARACTERSTICA PLC UNICO AMBIENTE

DIDTRIBUIDO

Capacidad de Procesamiento Buena Optima

Estructuracin en Bloques Buena Optima

Facilidad de Mantenimiento Buena Optima

Almacenajes de Mantenimiento Altos Menores

Disponibilidad frente a averas locales Baja Alta

Cableado Grande Reducido

Modularidad Poca Mucha

Costo de la Instalacin Optima Bueno

Posibilidades de modificacin y ampliacin Buenas Optima

Acceso a recursos compartidos Rpido Ms Lento

Rapidez de procesamiento Buena Optima

Comparacin de sistemas con inteligencia distribuida frente al PLC nico

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