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El principio de funcionamiento y los fundamentos de la programación del PLC.
Controladores lógicos programables (PLC)
Antes del advenimiento de los circuitos lógicos de estado sólido, el desarrollo de sistemas de control lógico se basaba en relés electromecánicos. Hasta el día de hoy, los relés no están desactualizados en su destino, pero en algunas de sus funciones anteriores son reemplazados por un controlador.
En la industria moderna, hay una gran cantidad de sistemas y procesos diferentes que requieren automatización, pero ahora estos sistemas rara vez se diseñan a partir de relés. Los procesos de producción modernos necesitan un dispositivo que esté programado para realizar diversas funciones lógicas. A finales de la década de 1960, la empresa estadounidense Bedford Associates desarrolló un dispositivo informático llamado MODICON (Controlador digital modular). Más tarde, el nombre del dispositivo se convirtió en el nombre de la unidad de la compañía que lo diseñó, fabricó y vendió.
Otras compañías desarrollaron sus propias versiones de este dispositivo, y al final, se hizo conocido como PLC o controlador lógico programable. El objetivo de un controlador programable capaz de simular el funcionamiento de una gran cantidad de relés era reemplazar los relés electromecánicos con elementos lógicos.
El PLC tiene un conjunto de terminales de entrada con los que puede monitorear el estado de los sensores e interruptores. También hay terminales de salida que proporcionan una señal "alta" o "baja" a los indicadores de potencia, válvulas solenoides, contactores, motores pequeños y otros dispositivos de autocontrol.
Los PLC son fáciles de programar porque su lenguaje de programación se asemeja a la lógica de un relé. Por lo tanto, un electricista industrial o ingeniero eléctrico ordinario, acostumbrado a leer circuitos lógicos de escalera, se sentirá cómodo al programar un PLC para realizar las mismas funciones.
La conexión de señal y la programación estándar son algo diferentes para diferentes modelos de PLC, pero son bastante similares, lo que le permite colocar aquí una introducción "general" a la programación de este dispositivo.
La siguiente ilustración muestra un PLC simple, o más bien, cómo se vería al frente. Dos terminales de tornillo para conectar circuitos PLC internos de hasta 120 VCA están marcados con L1 y L2.
Seis terminales de tornillo ubicados en el lado izquierdo proporcionan conexión para dispositivos de entrada. Cada terminal representa su canal de entrada (X). El terminal de tornillo (conexión "general") ubicado en la esquina inferior izquierda generalmente está conectado a la fuente de corriente L2 (neutral) con un voltaje de 120 V CA.
Dentro de la carcasa del PLC que conecta cada terminal de entrada a un terminal común, hay un aislador de dispositivo (LED) que proporciona una señal "alta" aislada eléctricamente para el circuito de la computadora (un fototransistor interpreta la luz LED) cuando se instala una corriente alterna de 120 voltios entre el terminal de entrada correspondiente y el común terminal El LED en la parte frontal del PLC permite comprender qué entrada está activa:
Las señales de salida son generadas por los circuitos de la computadora PLC, activando un dispositivo de conmutación (transistor, tiristor o incluso un relé electromecánico) y conectando el terminal "Fuente" (esquina inferior derecha) a cualquier salida marcada con la letra Y. El terminal de origen generalmente está asociado con L1. Al igual que cada entrada, cada salida que recibe energía está marcada con un LED:
Por lo tanto, el PLC se puede conectar a cualquier dispositivo, como interruptores y electroimanes.
Conceptos básicos de programación de PLC
La lógica moderna del sistema de control se instala en el PLC a través de un programa informático.Este programa determina qué salidas están activas y bajo qué condiciones de entrada. Aunque el programa en sí se parece a un circuito lógico de relé, no hay contactos de interruptor ni bobinas de relé que operen dentro del PLC para crear conexiones entre entrada y salida. Estos contactos y bobinas son imaginarios. El programa se escribe y visualiza usando una computadora personal conectada al puerto de programación del PLC.
Considere el siguiente circuito y programa de PLC:
Cuando el interruptor de botón no está activado (en el estado apagado), la señal no se envía a la entrada X1. De acuerdo con el programa, que muestra la entrada "abierta" X1, la señal no se enviará a la salida Y1. Por lo tanto, la salida Y1 permanecerá desenergizada y el indicador conectado a ella se apagará.
Si se presiona el interruptor de botón, la señal se enviará a la entrada X1. Todos los contactos X1 en el programa asumirán un estado activado, como si fueran contactos de relé activados al suministrar voltaje a una bobina de relé llamada X1. En este caso, el contacto abierto X1 se "cerrará" y enviará una señal a la bobina Y1. Cuando la bobina Y1 se energiza, la salida Y1 se iluminará con una bombilla conectada a ella.
Debe entenderse que el contacto X1 y la bobina Y1 están conectados mediante cables, y la "señal" que aparece en el monitor de la computadora es virtual. No existen como componentes eléctricos reales. Están presentes solo en un programa de computadora, parte del software, y se parecen a lo que está sucediendo en el circuito de relé.
Es igualmente importante comprender que la computadora utilizada para escribir y editar el programa no es necesaria para el uso posterior del PLC. Después de que el programa se haya cargado en el controlador programable, la computadora se puede apagar y el PLC ejecutará independientemente los comandos del programa. Incluimos un monitor de computadora personal en la ilustración para que comprenda la conexión entre las condiciones reales (estado del interruptor y estado de la lámpara) y los estados del programa (señales a través de contactos virtuales y bobinas virtuales).
La verdadera potencia y versatilidad del PLC se revela cuando queremos cambiar el comportamiento del sistema de control. Como el PLC es un dispositivo programable, podemos cambiar los comandos que configuramos sin volver a configurar los componentes conectados a él. Supongamos que hemos decidido cambiar la función "interruptor - bombilla" al revés: presione el botón para apagar la luz y suéltela para encenderla.
La solución a este problema en condiciones reales es que el interruptor, "abierto" en condiciones normales, se reemplaza por un "cerrado". Su solución de software está cambiando el programa para que el contacto X1 en condiciones normales esté "cerrado" y no "abierto".
En la siguiente imagen verá un programa ya cambiado, con el interruptor no activado:
Y aquí se activa el interruptor:
Una de las ventajas de implementar el control lógico en el software, a diferencia del control que usa hardware, es que las señales de entrada se pueden usar tantas veces como sea necesario. Por ejemplo, considere un circuito y un programa diseñados para encender una bombilla si al menos dos de los tres interruptores se activan al mismo tiempo:
Para construir un circuito similar usando un relé, se requerirán tres relés con dos contactos abiertos en condiciones normales, cada uno de los cuales debe usarse. Sin embargo, usando el PLC, podemos programar tantos pines para cada entrada "X" como queramos sin agregar ningún equipo adicional (cada entrada y salida no debe ocupar más de 1 bit en la memoria digital del PLC) y llamarlas tantas veces como sea necesario .
Además, dado que cada salida del PLC no ocupa más de un bit en su memoria, podemos agregar contactos al programa, llevando la salida Y a un estado desactivado. Por ejemplo, tome un diagrama del motor con un sistema de control para iniciar y detener el movimiento:
El interruptor conectado a la entrada X1 sirve como el botón "Inicio", mientras que el interruptor conectado a la entrada X2 sirve como el botón "Parar". Otro contacto, llamado Y1, como imprimir en contacto, permite que el contactor del motor permanezca energizado incluso si suelta el botón de Inicio. En este caso, puede ver cómo el contacto X2, "cerrado" en condiciones normales, aparece en el bloque de color, lo que demuestra que está en el estado "cerrado" ("conductor de electricidad").
Si presiona el botón "Inicio", una corriente pasará por el contacto "cerrado" X1 y enviará 120 VCA al contactor del motor. El contacto paralelo Y1 también se "cerrará", cerrando así el circuito:
Si ahora presionamos el botón "Inicio", el contacto X1 pasará al estado "abierto", pero el motor continuará funcionando, porque el contacto cerrado Y1 aún mantendrá la bobina energizada:
Para detener el motor, debe presionar rápidamente el botón "Detener", que informará el voltaje a la entrada X1 y el contacto "abierto", lo que conducirá a la terminación del suministro de voltaje a la bobina Y1:
Cuando presionó el botón "Parar", la entrada X1 quedó sin voltaje, devolviendo así el contacto X1 a su estado "cerrado" normal. Bajo ninguna circunstancia el motor volverá a funcionar hasta que presione el botón de Inicio nuevamente, porque la impresión en el pin Y1 se ha perdido:
Un modelo de dispositivos de control PLC con tolerancia a fallas es muy importante, como es el caso de los dispositivos de control de relé electromecánicos. Siempre es necesario tener en cuenta el efecto de un contacto "abierto" por error en el funcionamiento del sistema. Entonces, por ejemplo, en nuestro caso, si el contacto X2 se "abre" por error, ¡no habrá forma de detener el motor!
La solución a este problema es reprogramar el contacto X2 dentro del PLC y presionar el botón Detener:
Cuando no se presiona el botón "Parar", la entrada del PLC X2 se activa, es decir el contacto X2 está "cerrado". Esto permite que el motor comience a funcionar cuando se comunica corriente al terminal X1, y que continúe funcionando cuando se suelta el botón "Inicio". Cuando presiona el botón "Stop", el contacto X2 entra en el estado "abierto" y el motor deja de funcionar. Por lo tanto, puede ver que no hay diferencia funcional entre este y el modelo anterior.
Sin embargo, si el terminal de entrada X2 se "abrió" por error, la entrada X2 se puede detener presionando el botón "Stop". Como resultado, el motor se apaga inmediatamente. Este modelo es más seguro que el anterior, donde presionar el botón "Parar" hará que sea imposible detener el motor.
Además de las entradas (X) y salidas (Y) en el PLC, es posible utilizar "contactos internos y bobinas". Se utilizan de la misma manera que los relés intermedios utilizados en los circuitos de relé estándar.
Para comprender el principio de funcionamiento de los circuitos y contactos "internos", considere el siguiente circuito y programa desarrollado sobre la base de las tres entradas de la función lógica Y:
En este circuito, la lámpara está encendida hasta que se presiona uno de los botones. Para apagar la lámpara, presione los tres botones:
Este artículo sobre controladores lógicos programables ilustra solo una pequeña muestra de sus capacidades. Como una computadora PLC, puede realizar otras funciones avanzadas con mucha mayor precisión y confiabilidad que cuando se usan dispositivos lógicos electromecánicos. La mayoría de los PLC tienen más de seis entradas y salidas. La siguiente ilustración muestra uno de los PLC de Allen-Bradley:
Con módulos, cada uno de los cuales tiene 16 entradas y salidas, este PLC tiene la capacidad de controlar una docena de dispositivos.Colocado en un gabinete de control PLC ocupa poco espacio (para relés electromecánicos que realizan las mismas funciones, se requeriría mucho más espacio libre).
Una de las ventajas del PLC, que simplemente no puede ser duplicado por un relé electromecánico, es el monitoreo y control remoto a través de la red digital de la computadora. Dado que un PLC no es más que una computadora digital especializada, puede "comunicarse" fácilmente con otras computadoras. La siguiente foto es una representación gráfica del proceso de llenado de líquidos (estación de bombeo para el tratamiento de aguas residuales municipales) controlado por un PLC. Además, la estación en sí se encuentra a pocos kilómetros del monitor de la computadora.
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