Controladores Lógicos Programables (PLC) PDF

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Resumen de Controladores Lógicos Programables (PLC)...

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Universidad Nacional Tema Controladores Lógicos Programables (PLC)

II-2018

CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES (PLC)

En correspondencia con lo que menciona Erickson, K (1996), los controladores lógicos programables, conocidos como PLC, autómatas programables, o simplemente controlador programable, se encuentran entre los principales componentes en temas de automatización de la manufactura. Las empresas los buscan principalmente para recortar costos de producción e incrementar la calidad final de los productos.

Historia Los PLC nacen, a raíz de la necesidad de reemplazar la manera de controlar la maquinaria en las industrias, ya que únicamente podía realizarse a través de hard-wired relay panels (paneles relevadores).

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Según menciona Alphonsus, E (2016), originalmente, los PLC se diseñaron como un reemplazo para los sistemas de control de lógica de temporizador y relé cableados. (significa que todos los componentes fueron conectados manualmente por cables). Además, se dice que en 1968 la Hydramatic división de General Motor (GM), especificó las primeras características para un PLC, dentro de ellas: fácil programado y reprogramado, y preferiblemente que se hiciera en la planta para alterar las funciones, fácil mantenimiento y reparación (de preferencia con módulos enchufables), menor tamaño que sus equivalentes de transmisión, entre otros. Seguidamente, de acuerdo con lo expuesto por Ball, K. (2008) y Erickson, T. (2002), la documentación y construcción de prototipos comenzó en este año, entregando los primeros modelos y realización de pruebas en el año de 1970.

Añade Alphonsus, E (2016), que Gould Modicon Company desarrolló el primer PLC, y se instaló el primer PLC: modelo 084 en la División Oldsmobile de General Motors Corporation y Landis Company en Pennsylvania. El primer PLC fue grande y costoso. Solo podían controlar On-Off, lo que limitaba sus aplicaciones a operaciones que requerían movimientos repetitivos. Luego de eso, menciona A-khudairy, T et al (1998), desde 1970 a 1974, se presentaron las primeras innovaciones en tecnología de microprocesadores que agregó una mayor flexibilidad e inteligencia a los PLC. Un PLC basado en un microprocesador de 8 bits fue introducido en 1977 por Allen-Bradley Corporation en América. Este fabricante, además, produce muchos PLC que incorporan microprocesadores de 8 bits como Intel 8080 y Zilog Z80. En la actualidad, más de una docena de fabricantes producen PLC. La mayoría de estas compañías fabrican varios modelos que varían en tamaño, costo y sofisticación para satisfacer las necesidades de aplicaciones específicas (Alphonsus, E. 2016).

¿Qué es un PLC? Ahora bien, para aclarar formalmente el concepto de los PLC, estos son dispositivos electrónicos que funcionan como componentes industriales de automatización ampliamente 2

utilizados por las industrias para implementar funciones de control, por ejemplo, en compañías dedicadas a la producción y distribución de energía, distribución de agua, transportes ferroviarios procesos químicos, entre otros (Provost, J et al. 2014). Los PLC están diseñados para conectar y controlar múltiples dispositivos mecatrónicos tales como sensores y actuadores de instalaciones. Son conocidos, además, como “computadoras” reforzadas para entornos industriales que poseen entradas y salidas, utilizadas para monitorear y controlar un proceso físico (Cadwell et al, 2016). Estos funcionan mediante un lenguaje de programación dado por el usuario. Físicamente, tienen el siguiente aspecto: 

PLC tipo compacto

Ilustración 1. PLC compacto marca Siemens Fuente: Siemens (s.f)

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PLC tipo modular

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Ilustración 2. PLC modular marca Allen Bradly Fuente: Innovative Automationc (s.f)

Se han adjuntado imágenes de dos principales tipos de PLC que hay en el mercado, el compacto o Nano y el segundo de tipo modular.

¿Cómo funciona un PLC? El Comité Electrotécnico internacional, desarrolló un estándar denominado IEC 61131-31 que define los elementos básicos de programación, reglas sintácticas y semánticas para textos, así como gráficos o lenguajes de programación visual para la programación de los PLC.

Un PLC típicamente opera en el modo de exploración cíclica, que consiste en tres fases, cada una de las cuales se ejecuta atómicamente: 1. detección de entradas, 2. ejecución del programa y, 3. escritura de salidas (Biallas, S.2012). A continuación, se presenta la lógica de funcionamiento, donde se pueden apreciar las tres fases mencionadas:

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FUENTE DE ALIMENTACIÓN

MÓDULOS DE ENTRADA

CPU (procesador Y memoria)

MÓDULOS DE SALIDA

DISPOSITIVO DE PROGRAMACIÓN

Ilustración 3. Lógica de Funcionamiento de un PLC Fuente: Elaboración propia

El PLC consta de dos partes, el hardware y la programación. Todos los sistemas PLC están compuestos por los mismos bloques de construcción básicos que detectan datos entrantes, los procesan y controlan varias salidas. Los bloques básicos son; Asamblea de estante, Fuente de alimentación, Dispositivo de programación, Sección de entrada / salida y Unidad Central de Procesamiento (CPU). En cuanto a la programación, la forma más común es diseñar el circuito de control deseado en forma de un diagrama de escalera lógica y luego ingresar este diagrama de escalera en un terminal de programación. El terminal de programación es capaz de convertir el diagrama de escalera en códigos digitales y luego enviar este programa al PLC donde está almacenado en la memoria. Para programar un PLC, se necesitan básicamente tres elementos: una computadora, el PLC y un software que permita programar un diagrama escalera.

Diagrama Escalera

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El diagrama escalera consiste en la programación que se diseñará para el PLC, y que se enviará a este de modo que lo ejecute de manera constante e independiente. Tiene una apariencia de escalera, de ahí su nombre, el cual es leído por el PLC de izquierda a derecha y de abajo hacia arriba. Está dividido, a la izquierda las condiciones como Or, If, And, conocidas en otros lenguajes o tipos de programación y a la derecha las instrucciones de control o de salida.

Ilustración 4. Diagrama escalera para PLC Fuente: http://www.rocatek.com/forum_programacion_ladder.php

Ventajas de los PLC La mayoría de los autores coinciden en que los PLC son ventajosos, ya que brindan:

 Mayor eficiencia  Flexibilidad: Los cambios del programa pueden realizarse de una manera más sencilla y con ayudad de las teclas.  Velocidad: Se dice tienen una capacidad de respuesta rápida  Funciones avanzadas: pueden ejecutar una amplia variedad de tareas de control, desde una sola acciona repetitiva hasta el control complejo de datos.

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Desventajas de los PLC  La tarea o el proceso depende totalmente del código de la programación. Esta no puede tener errores, por lo que se necesita personal muy bueno en este ámbito a cargo.  La inversión inicial que implica automatizar un proceso a través de un PLC es elevada.

Bibliografía Alphonsus, Ephrem Ryan; Abdullah, Mohammad Omar. (2016). Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol.60, pp.1185-1205. https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.01.025 A-khudairy, T. F., A-hashemy, B. A. R., & A-baker, M. A. J. (1998). IEEE Transactions on Power Delivery, 21, 329–336. Biallas, S., & Kowalewski, S. (2012). Arcade. PLC: A Verification Platform for Programmable Logic Controllers. IEEE Control Systems Magazine, 338–341. https://ezproxy.itcr.ac.cr:2878/10.1145/2351676.2351741 Ball, K. (2008). How Programmable Logic Controllers Emerged from Industry Needs. Control Engineering, 55(9), 66-70. Caldwell, B., Cardell-Oliver, R., & French, T. (2016). Learning Time Delay Mealy Machines from Programmable Logic Controllers. IEEE Transactions on Automation Science and Engineering, 13(2), 1155–1164. https://doi.org/10.1109/TASE.2015.2496242 Erickson. K. T. (1996). Programmable logic controllers. IEEE Xplore Digital Library. DOI: https://doi.org/10.1109/45.481370 Kumar, L., Jetley, R., & Sureka, A. (2016). Source code metrics for programmable logic controller (PLC) ladder diagram (LD) visual programming language. Proceedings of the 7th International Workshop on Emerging Trends in Software Metrics - WETSoM ’16, (Ld), 15– 21. https://doi.org/10.1145/2897695.2897699 Provost, J., Roussel, J. M., & Faure, J. M. (2014). Generation of single input change test sequences for conformance test of programmable logic controllers. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 10(3), 1696–1704. https://doi.org/10.1109/TII.2014.2315972

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