Introducción a los autómatas programables en ingeniería (II)

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3)      LAS VENTAJAS DEL CONTROL PLC

Con un sistema PLC el control de las máquinas es fácil. Solamente necesitamos una vaga idea del tamaño de la máquina y de los requerimientos I/O (cuantas entradas y salidas). Las tarjetas de entradas y salidas con baratas en esta etapa.

Luego viene la construcción. Con un sistema PLC simplemente tenemos que unir elementos estandarizados. Seguidamente llega el momento de escribir el programa del PLC. Posteriormente llega la instalación, que debe incorporar cableado, interruptores limitadores, actuadores y sensores. Posteriormente viene la puesta en marcha.

Otra de las ventajas de un sistema PLC es que proporciona una poderosa herramienta para asistir en la diagnosis de fallos.

También es destacable que un sistema PLC permite fácilmente modificaciones necesarias en planta. Los cambios de programación quedan automáticamente documentados.

4)      TÉCNICAS DE PROGRAMACIÓN

Un programa de PLC se comporta como un bucle permanente. Las instrucciones del usuario se obedecen secuencialmente, y cuando la última instrucción se cumple la operación comienza con la primera instrucción.

Un sistema PLC tendrá alrededor de 1000 entradas y salidas. Almacenadas como bits individuales que corresponden a alrededor de 60 localizaciones de almacenaje en un PLC con una palabra de 16 bit. Una lectura analógica leída o escrita en la planta tendrá una palabra. Temporizadores y contadores tendrán dos palabras (una para el valor, y otra para el preestablecido) y 16 bits de almacenamiento interno emplearán una palabra.

El lenguaje de programación de un PLC lo usan ingenieros, técnicos y electricistas de mantenimiento. Se basa en técnicas usadas en la industria en vez de en técnicas de programación de computadoras. Los circuitos de relé convencionales cambiaron al denominado diagrama de escalera. Cada nueva instrucción se añade a la secuencia como si del peldaño de una escalera se tratase. Al programa se entraban los símbolos de los relés y el terminal también se usaba para controlar el estado de las entradas y salidas, con entradas y salidas energizadas quedando resaltadas en la pantalla.

Las puertas lógicas basadas en los circuitos integrados se representan por símbolos lógicos, y estos símbolos pueden usarse para describir las operaciones de un programa PLC.

En todos los programas PLC se usa algún tipo de circuito de memoria. Ejemplos típicos son las alarmas y el arrancador de un motor. Un fallo de energía causa problemas al PLC con las memorias. Cuando vuelve a arrancar el PLC la memoria se mantiene en el estado que se encontraba antes de que parase el PLC. Esto es así por motivos de seguridad para evitar que las máquinas reanuden su funcionamiento cuando obtienen nuevamente energía.

El primer método de programación y aún el más común es el Diagrama de escalera descrito en IEC1131.3.

Function Block Diagrams (FBDs) usa puertas lógicas para las señales digitales y bloques de funciones numéricas (aritméticas, filtros, controladores, etc) para señales numéricas. Hay una ligera tendencia para la programación digital en LD, y programación analógica en FBD.

Muchos sistemas de control se construyen con State Transition, también llamados Sequential Function Charts (SFCs).

Finalmente hay dos lenguajes basados en texto. Structured Text (ST) es un lenguaje estructurado de alto nivel con similitudes a Pascal y C.

5)      TEMPORIZADORES

El tiempo es siempre una parte de un sistema de control. Un sistema PLC debe por tanto incluir temporizadores como parte de su lenguaje de programación. Hay muchos tipos de temporizadores, entre los que podemos mencionar los temporizadores de bloque. Estos temporizadores simulan secuencias de temporización de entrada y salida de variables.

La temporización necesita que el usuario establezca unas unidades básicas de tiempo y la forma de medir las unidades (10 ms, 100ms, 1s, 10 s y 100s). También debe establecerse la duración o preset, algo que normalmente se hace en una base de tiempos.

6)      CONTADORES

Contar es una parte fundamental de muchos programas PLC. El PLC puede requerir contar un número de ítems en un lote, o registrar el número de veces que un evento ocurre. Con grandes motores, por ejemplo, el número de arranques tiene que ser registrado. Es por ello que todos los PLCs incluyen algún elemento contador.

Los contadores del PLC tienen dos números asociados. El primero es el contador en sí mismo  (generalmente el valor acumulado) que se incrementa cuando se aplica una transición 0→1 a la entrada del contador, o decrementa cuando una transición 0→1 se aplica a la entrada del contador.

El segundo número es el preset, que puede considerarse como el objetivo al contar. Si el valor al contar alcanza el valor preset, se produce una señal.

7)      REPRESENTACIONES APLICACIONES NUMÉRICAS

Hasta ahora nos hemos centrado en el uso de los autómatas manejando bits, pero eso es sólo una parte de lo que pueden hacer. Los número son también a menudo una parte del esquema de control. Un PLC puede necesitar calcular un ritmo de producción en unidades por hora promediadas en un día, o darnos la cantidad de líquido que podemos almacenar en un depósito de almacenamiento. Este tipo de operaciones requieren capacidad para manejar datos numéricos.

Los PLC representan con palabras de 16 bits, lo cual permite representar números positivos hasta 65535. Si se usan números negativos el rango irá de – 32.768 a + 32.767. Estos números se conocen como enteros.

En otras ocasiones necesitamos usar fracciones decimales (para representar por ejemplo temperaturas). Estos números se conocen como números de puntos flotantes o reales.

8)      MOVIMENTO DE DATOS

Los números a veces deben moverse de una localización a otra. Puede requerirse el preset de un temporizador para cambiar de acuerdo con las condiciones de la planta. El valor de un contador puede ser necesario para enviar a una tarjeta de salida por indicación en un display digital o el resultado de algunos cálculos puede usarse en otra parte de un programa.

9)      COMPARACIÓN DE DATOS

A menudo se necesitan valores numéricos comparados en programas PLC.  Ejemplos típicos son contadores de lotes que nos dicen el número de ítems repartidos, o circuitos de alarma indicando que la temperatura supera un determinado nivel de seguridad.

Esta comparación se realiza por elementos con dos entradas numéricas correspondiendo a los valores comparados, y una salida binaria (on/off) que es verdad si se cumplen unas condiciones especificadas.

10)   OPERACIONES ARITMÉTICAS

Los datos numéricos implican la capacidad para hacer operaciones aritméticas, y todos los PLCs proporcionan la capacidad de hacer hasta cuatro operaciones matemáticas de funciones (sumar, restar, multiplicar y dividir).

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