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Automatización de PLCIng. Carlos Bravo

Arquitectura de los PLC (SLC 5/04-Compat logic)


CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE UN PLC

Dada la oferta de modelos y variedad de fabricantes de PLC´s que existe actualmente en el mercado, se hace difícil la elección de uno de ellos a la hora de una aplicación concreta.

A continuación se presenta una lista de algunos de los fabricantes actuales de PLC’s con los equipos que representan:


La metodología adecuada a seguir a la hora de elegir un PLC consistirá en, partiendo de un objetivo completamente definido por sus especificaciones y entorno, seleccionar un modelo definido por sus características, en función de cierto número de criterios a tener en cuenta, como:

• Criterios Funcionales.

• Criterios Tecnológicos.

• Criterios Operacionales.

• Criterios Económicos.


CRITERIOS FUNCIONALES:

Son los que definen cualitativa y cuantitativamente las funciones a realizar por el PLC, y resultan en la mayoría de los casos los únicos que se tienen en cuenta para la elección tecnológica. Básicamente se centran en dos aspectos:

• Definición de la Capacidad. • Definición de la Complejidad.

La Definición de la Capacidad se centra principalmente en la determinación del número y naturaleza de las entradas y salidas, las que pueden ser:

• Discretas (todo o nada).

• Numéricas.

• Analógicas.

• Especiales.


Las entradas y salidas discretas (las más frecuentes) recibirán ordenes de elementos tales como finales de carrera, pulsadores o las enviarán hacia electroválvulas, contactores, lámparas, etc.

Las entradas y salidas numéricas sirven principalmente para recibir cifras provenientes de ruedas codificadoras u otros elementos emisores de señales de esta misma naturaleza, o bien para manejar displays digitales. Su cantidad quedará definida por el número de cifras BCD a recibir o emitir.


Las entradas y salidas analógicas manejarán señales provenientes de sensores generadores de señales eléctricas, de valor proporcional a la magnitud física que controlan o las enviarán hacia los órganos de mando tipo servoválvulas, variadores de velocidad, etc. Este tipo de señales se presentan frecuentemente en procesos de regulación.

Por último las entradas y salidas especiales son aquellas que se presentan en módulos de funciones concretas: Contadores de alta velocidad, Módulos de comunicaciones, Termocuplas, etc.

En estos casos, normalmente, el mismo módulo incorpora las entradas y salidas necesarias, de modo que resulta más correcto habla de módulo funcional que de entradas o salidas.


La definición de complejidad se establece por la naturaleza y el volumen del tratamiento a realizar por el PLC.

La primera permitirá elegir el modelo más adecuado de acuerdo a las funciones a realizar, el segundo el tamaño de la memoria y el número de variables internas.

Las funciones más simples que un PLC debe realizar son las que se derivan de reemplazar una lógica cableada de relés, con posibilidad de posicionar a uno y a cero las variables. Funciones tales como la conexión serie (función AND), conexión paralelo (Función OR), temporizadores, contadores, etc. Constituyen los componentes que se denominan: SECUENCIALES.


El siguiente paso en la complejidad del tratamiento a realizar lo constituye el ¨tratamiento de cálculo¨, motivado por la necesidad de manipular variables numéricas, entre las que se encuentran funciones:

• Comparaciones: Mayor, Menor, Igual, Limite. • Operaciones Aritméticas: Suma, Resta, Multiplicación, División,

Raíz cuadrada, etc. • Registros de Desplazamiento de valores. • Decodificadores. • Operaciones trigonométricas. • Indexaciones .


El volumen del tratamiento esta en relación directa con el comportamiento del proceso, y queda definido por el número de variables y funciones booleanas o de etapas GRAFCET. Ello nos permitirá definir el tamaño de la memoria del PLC.

El último criterio funcional que el PLC debe satisfacer se refiere al tiempo de SCAN del programa, el cual indicará la rapidez de evolución de las señales y la característica de ¨Tiempo Real¨.

Por ejemplo, un tiempo de ciclo de scan de 10 mseg por 1K de memoria no será compatible con procesos cuyos valores cambian cada 5 mseg. Ello incidirá en la capacidad, velocidad y precisión de temporizadores, contadores y tratamiento de cálculo.


CRITERIOS TECNOLÓGICOS

Hacen referencia a la adaptación de los PLC´s a su entorno de funcionamiento, teniendo en cuenta que la situación geográfica de estos no tienen que coincidir necesariamente con la del proceso.

El PLC debe ser capaz de adaptarse en primer lugar a las características eléctrica de los captadores y actuadores del proceso.

En lo referente a los captadores se tendrán en cuenta, el margen de la naturaleza de las señales que genera, los niveles de tensión o de corriente, la naturaleza de la misma y el cableado de conexión.


En el caso de los actuadores también deberán tenerse en cuenta los factores que se acaban de citar con mención especial a la naturaleza del elemento de salida del PLC: electromecánica o estática.

Las salidas a relé (electromecánica) presentan como elemento conmutador el accionamiento de un contacto seco.

Ello les permite conmutar señales eléctricas de una cierta potencia (220V – 2A), al margen de la naturaleza de la corriente.

Por el contrario sus limitaciones están en la duración de vida y la frecuencia de conmutación.


Las salidas estáticas presentan un tiempo de vida muy largo y una alta frecuencia de conmutación si son comparadas con los relés. Sin embargo, el tipo de conmutador que incorporan (transistor, diac, triac) condicionan la naturaleza de la corriente eléctrica a conmutar.

Otro factor a tener en cuenta lo constituye la alimentación del PLC y su influencia sobre la memoria del programa. En estos casos hay que asegurarse que la memoria EEPROM contenida es suficiente para el programa de usuario, en el supuesto de un fallo en la alimentación.


La fiabilidad y la inmunidad a los parásitos industriales constituye unproblema resuelto para los PLC´s, sin embargo resulta necesariotenerlo en cuenta en circunstancias especiales y generalmente a lahora de realizar el cableado de las entradas y salidas.

Por último, será necesario tener en cuenta factores tales comotemperatura, humedad, polvo, ataques químicos, atmósferasexplosivas, vibraciones, etc.

En aquellos procesos en los que tengan relevancia los mismos, ysolicitar de los fabricantes de los PLC´s las limitaciones de éstos a talescircunstancias.


CRITERIOS OPERACIONALES

Hacen referencia al funcionamiento del PLC visto desde el plano de explotación del proceso, en lo que se debe tener en cuenta los siguientes factores:

-Factores espacio-temporales

-Factores ligados a la producción

-Factores ligados a la puesta en marcha y al mantenimiento.

Los primeros vienen impuestos en aquellos casos en los que se necesitan soluciones de mando descentralizadas: el mando está compuesto por varias PLC dialogando entre ellos o con un PC, formando una estructura jerarquizada o no. En tales casos la posibilidad de comunicación por parte del PLC resulta imprescindible.


Los factores ligados a la producción se refieren a la conducta, el control y la vigilancia del proceso.

Posibilidades tales como la modificación de tiempos y cantidades, visualización de los mismos u otras funciones, visualización dinámica del proceso y de las etapas en curso en una pantalla resultan fundamentales por parte de los PLC´s.

Este dialogo HombreMaquina puede potenciarse mediante la comunicación del PLC con pefiréricos tipo impresora o terminal en pantalla o bien con terminales inteligentes.


En cuanto a la puesta en marcha y el mantenimiento sonfactores que afectan más al usuario que al proceso en sí.

En el primero de ellos, la existencia de diferentes lenguajesde programación, consolas de programación con memoriapropia, sistemas de almacenamiento del programa deusuario, edición de parámetros en línea, resultaráninteresantes de cara a facilitar la tarea del técnico.


CRITERIOS ECONÓMICOS

Constituyen el último capítulo importante en la selección de un PLC, su análisis nos lleva a considerar tres aspectos:

-Costo del material.

-Costo de la puesta en marcha.

-Costo de la formación del personal.

La valoración de cada uno de estos dependerá notablemente del producto elegido, del nivel del personal encargado de la puesta en marcha (sea propio o ajeno al usuario) y del servicio que dé el proveedor y su localización.


PLC´S DE ALLEN BRADLEY

ALLEN BRADLEY es uno de los principales fabricantes de PLC’s que existen a nivel mundial, debido a que cuentan con una amplia gama de equipos para la automatización industrial.

Desde sus inicios ha sido pionero en la creación de tecnologías para que el HW del PLC fuera más eficiente y confiable.

En la actualidad, ALLEN BRADLEY pertenece a ROCKWELL AUTOMATIZATION, que adquirió la firma en los últimos años y estratégicamente no le cambió el nombre para no perder la trayectoria, confiabilidad y aceptación con que contaba.


Las familias de PLC’s que ha producido y representa Allen Bradley en orden de creación son:

• PLC2.• PLC3.• PLC5.• SLC500.• Control Logix.

A continuación se van a presentar de manera general las características más relevantes de cada una de las diferentes series de PLC’s de Allen Bradley, a excepción de la serie SLC500 debido a que presenta alta flexibilidad a un “precio justo” para la aplicación, por lo que actualmente cuenta con una gran popularidad en nuestro medio.


SERIE PLC2:

• Fue uno de los primeros PLC’s creados por Allen Bradley para automatizar procesos que solo maneja señales discretas.

• Desde un inicio en este fabricante el lenguaje de programación es el LADDER (Lenguaje en escalera).

• Solo maneja comunicaciones con 1 sola red.


SERIE PLC3:

• Mejora las características de memoria y capacidad de I/0 tanto discretas como continuas.

• Soporta instrucciones para la implementación de funciones de control Analógico.

• Posee varias opciones de comunicación, pero creadas inicialmente para otorgar versatilidad en la programación del PLC y no pensadas en aplicaciones de control distribuido.


SERIE PLC5:

• Corresponde a un PLC muy potente y robusto, excelente para procesos muy complejos y con alta exigencia.

• Posee una alta capacidad de entradas y salidas tanto analógicas como discretas.

• Trabajan sobre un protocolo de red denominado DH+, con posibilidad de interconexión en ambientes distribuidos.

• Se encuentra sobredimensionado para la mayoría de aplicaciones industriales, y su elevadísimo costo no lo hace muy asequible en nuestro medio.


SERIE SLC500:

• Son PLC’s diseñado para aplicaciones más comunes, llamados SLC por ser Controladores Lógicos Pequeños (Small Logic Controllers) siendo flexibles en su arquitectura para ser dimensionado y configurado según las necesidades del proceso.

• Posee una capacidad de Entradas y Salidas menor a las de un PLC5, pero con una amplia variedad de opciones para manejar la mayoría de señales de campo existentes en la industria.

• Como el PLC se configura según la aplicación, no se incrementa el costo del equipo en componentes y capacidad inoficiosa aproximándose un poco a invertir el “precio justo”.

• Posee varias opciones de programación y de comunicación.

• Tiene creado su “estándar” de red dentro del fabricante para comunicación con otros PLC’s, denominado protocolo DH485.


FAMILIA SLC 500

La familia SLC 500E y la familia MicroLogixE proporcionan potencia y flexibilidad para una solución de control total.

El poderoso conjunto de instrucciones del procesador, sus herramientas de programación avanzada y sus capacidades de expansión son algunas de las ventajas que tienen estos PLC’sy razones para ser seleccionados para los procesos de automatización.

La familia SLC 500 es una familia en constante crecimiento compuesta por controladores programables compactos construidos en dos opciones de hardware:

• Controladores compactos. • Controladores modulares.


Los controladores compactos proporcionan en una sola unidad la fuente de alimentación, entradas y salidas y el procesador y ofrece un chasis de expansión de 2 ranuras para brindar mayor flexibilidad. Entre ellos se encuentran los siguientes PLC’s:

• 20 I/O Discretas: 12 Entradas + 8 Salidas.



• Micrologix 1000.

• Micrologix 1500.


Los controladores modulares ofrecen flexibilidad adicional en la configuración del sistema, más potencia de procesamiento y capacidad de E/S.

Esto permite crear un sistema controlador diseñado específicamente para la aplicación.

Las herramientas de programación y la mayoría de los módulos de E/S son compatibles entre las dos opciones de hardware; por lo tanto, usted puede resolver una amplia variedad de aplicaciones.

Además de la flexibilidad de configuración, los controladores programables SLC 500 se comunican a través de una red incorporada DH-485 que permite el soporte y la supervisión del programa.


Entre los PLC’s modulares se la serie SLC500 se encuentran:

• Procesador 5/01.





Por ejemplo, el procesador SLC 5/03, número de catálogo 1747-L532 proporciona hasta 960 puntos de E/S,programación en línea y un interruptor de llave para seleccionar 1 de 3 métodos de operación (marcha,programación y remoto), incluye un canal RS-232 con capacidad para comunicación asíncrona de datos en serieentre dispositivos terminales.


Los procesadores SLC 5/04E, número de catálogo 1747-L541, 1747–L542 y1747–L543, proporcionan las mismas características que el SLC 5/03 confunciones adicionales, como proporcionar un coprocesador matemáticoincorporado que brinda tiempos más rápidos de instruccionesmatemáticas, también tiene un puerto Data Highway Plus (DH+)incorporado para conexión directa con la red DH+, lo que permite que elSLC 5/04 se comunique con los procesadores PLC-5 en la red DH+ sinnecesidad de hardware adicional de interface de red.


• La familia SLC 500 ofrece una variedad de módulos de E/S discretas que permiten configurar el sistema de control de manera económica.

• La adición de módulos de E/S de 32 puntos reduce los requisitos de espacio de panel.

• Todos los módulos de E/S discretas tienen certificación de UL y CSA para aplicaciones industriales, y la mayoría tienen aprobación para ambientes peligrosos Clase I, División 2.

• La mayoría de los componentes modulares SLC 500 cumplen con las directivas CE.


FAMILIA MICROLOGIX 1000

La familia de controladores programables MicroLogix 1000 ha sido diseñada para satisfacer sus necesidades de control en una serie de aplicaciones que requieren menos de 32 E/S.

Como parte de la familia SLC 500, la familia MicroLogix 1000 le ofrece un controlador programable de bajo costo con un poderoso conjunto de instrucciones y rápida velocidad de ejecución para un alto rendimiento.

Al igual que la familia SLC 500, los controladores MicroLogix se programan usando la conocida lógica de escalera.


El controlador programable MicroLogix 1000 suplementa a lafamilia de controladores SLC 500 proporcionando una versiónde bajo costo que ofrece excelente rendimiento, superior confiabilidad y alta calidad.

Esta familia de productos le ofrece varios tipos decontroladores, herramientas de desarrollo e interfaces deoperador para satisfacer sus necesidades de control para unaserie de aplicaciones.


FAMILIA MICROLOGIX 1500.

La familia de controladores programables MicroLogix 1500 posee mayor capacidad de entradas ysalidas que su antecesor Micrologix 1000, presentándose además las siguientes característicasimportantes:

• Posee expansión de I/O discretas limitada por la memoria de usuario.

• Posee expansión con módulos analógicos configurables I/V con un límite superior de 8.

• Memoria de Usuario 7K (configurable).

• Provee I/O de alta velocidad.


• Posee 2 potenciómetros permitiéndose simular señales analógicas.

• Permite manejo de enteros con signo: Double word a 32 Bits.

• Versiones de 24 y 28 puntos de I/O discretos configurables.

• Tiene opciones de comunicación con los protocolos: DeviceNet, DF1 y DH485.

• Tiene incorporados dos contadores de alta velocidad de 20 KHz.


CONTROLADOR COMPACTO SLC500.

El controlador compacto SLC 500 contiene unprocesador, fuente de alimentación y Entradas y Salidasen un solo paquete, ofrece una variedad de opciones debajo costo con hasta 104 puntos predefinidos deentrada/salida (E/S), y con capacidad de nuevasopciones de conexión en redes de Allen Bradley.


CONTROLADOR MODULAR SLC500.

El controlador modular SLC 500 ofrece flexibilidad adicional en la configuración del sistema, más potencia de procesamiento y capacidad de E/S.

El Hardware básico de un PLC está compuesto por:

• Fuente de Alimentación. • El Chasis. • El procesador. • Los Módulos de Entradas y Salidas.

Si selecciona el chasis modular, fuente de alimentación, procesador y módulos de E/S discretas o especiales apropiados, se puede crear un sistema controlador específicamente diseñado para su aplicación.


EL PROCESADOR.

Entre las opciones de procesadores para los SLC500, se incluyen:

• Procesador SLC 5/01E – 1K o 4K instrucciones (Número de catálogo 1747-L511 ó 1747-L514) con un conjunto de instrucciones indéntico al del procesador compacto SLC 500.

• Procesador SLC 5/02 – 4K (Número de catálogo 1747-L524) con un conjunto de instrucciones mejoradas.

• Procesador SLC 5/03 – 12 K palabras y 4 K de almacenamiento de datos adicional (Número de catálogo 1747-L532) con comunicaciones flexibles.

• SLC 5/04 – 12 K, 28 K, o 60 K palabras y 4 K de palabras de datos adicionales (Número de catálogo 1747-L541, 1747–L542 ó 1747-L543) con mayor capacidad para comunicaciones DH+ y velocidad que el procesador SLC 5/03. Además, proporciona capacidad de selección de RS–232 o DH–485.


• La familia de procesadores SLC 500 ofrece una serie de características de seguridad de hardware y softwarediseñadas para ayudarle a proteger su sistema contra cambios no autorizados al programa o a los archivos dedatos.

• La siguiente tabla resume las opciones de memoria de respaldo disponibles para los procesadores SLC 500.

• Los módulos de memoria EEPROM y UVPROM proporcionan memoria de respaldo no volátil.

• La memoria Flash EPROM (Memoria programable y borrable Flash de sólo lectura) combina la versatilidad dela EEPROM con la seguridad de la UVPROM.


MÓDULOS DE E/S DISCRETAS 1746

La plataforma de E/S 1746 es un diseño de hardware modular que usa un medio económico y eficiente para añadir módulos de E/S a su sistema de control.

Los módulos de E/S están disponibles en una variedad de densidades, incluyendo 4, 8, 16 y 32 puntos, y pueden interconectarse con CA, CC y niveles de voltaje TTL.


MÓDULOS DE I/O ESPECIALES

La familia SLC 500 ofrece módulos de E/S especiales que mejoran su sistema de control.

Estos módulos analógicos, de control de movimiento y de comunicaciones proporcionan un interface único y fácil de usar entre los módulos y el procesador.

La siguiente sección proporciona una descripción general de nuestros módulos de E/S especiales.


La familia SLC 500 ofrece nueve módulos analógicos de E/S diferentes para sus aplicaciones de control.

• Módulo de entradas analógicas NI4. • Módulos de entradas/salidas analógicas NIO4I, NIO4V, FIO4I y FIO4V. • Módulos de salidas analógicas NO4I y NO4V. • Módulo de termopares NT4 ¾ Módulo de entrada de RTD/resistencia NR4.

Adicionalmente existen módulos especiales para situaciones particulares, tales como:

• Módulo para motores paso a paso: HSTP1 • Módulos de conteo de alta velocidad: HSCE • Módulos de interconexión para red RIO: SN • Módulos de interconexión para red DeviceNet: DSN


MODULOS DE INTERFACE PARA COMUNICACION

Debido a la diversidad y poca estandarización de los protocolos de comunicación existentes para los PLC’s, incluso de un solo fabricante, es necesario el uso de módulos que permitan la interconexión entre ellos, sirviendo de interface entre los diferentes formas de comunicación existentes


MÓDULO INTERFACE 1747_KE DH_485/RS_232C.

El módulo interface 1747_KE proporciona un puente de interconexión entre la red de comunicaciónDH-485 de Allen-Bradley y el protocolo serial estándar RS-232, usando el protocolo de comunicaciónDF1.

Cuando se usa en un chasis SLC 500 con un módem, se puede:

• De manera remota programar, localizar y corregir fallos de cualquier procesador SLC 500.• Comunicarse de manera remota a una red DH-485 de procesadores SLC 500.• Recolectar datos, de manera remota, directamente desde la tabla de datos de cualquier

procesador SLC 500.• Usar el SLC 500 como una unidad terminal remota.


ACOPLADOR DE ENLACE AISLADO 1747_AIC PARA CONEXIÓN DH_485

• El acoplador de enlace aislado proporciona una conexión de redeléctricamente aislada para un controlador SLC 500, por tanto se requiere unacoplador en cada derivación de la red DH-485.

• El acoplador incluye un cable de 304.8 mm para la conexión al controladorprogramable.

• En este tipo de red DH485 se pueden tener como máximo 32 dispositivosinterconectados.


MÓDULO INTERFACE DE COMUNICACIÓN 1770_KF3 DH_485.

• El módulo interface de comunicación DH-485 es un dispositivo autónomo que proporciona la misma funcionalidad que el módulo interface 1747-KE.

• Sin embargo, cuando se comunica desde un lugar remoto a una red DH-485, el 1770-KF3 no requiere de un módulo 1747-AIC.

•

• Los módulos de comunicación mencionados anteriormente se conectan a la mayoría de redes de llamada o módems de conexión directa.


Se pueden usar los siguientes módems:

• Manual – módems típicamente acoplados acústicamente. • Respuesta controlada DTE – conectada a líneas telefónicas. • Respuesta automática – responde y desconecta la llamada telefónica

automáticamente. • Conexión directa – conectada a una línea telefónica exclusiva,

alquilada.

Los controladores programables SLC 500 se comunican a través de una red DH-485 para el monitoreo y soporte del programa.


TARJETA DE INTERFACE 1748-KR

• La tarjeta de interface de computadora personal proporciona un interface para que las computadoras IBM XT/AT y computadoras compatibles se comuniquen por la red de comunicación DH-485 Allen-Bradley.

• Esto incluye la comunicación a la línea de controladores programables SLC 500 de AllenBradley. • A continuación se presentan las características más relevantes de dicha tarjeta al ser insertada en un

slot del PC:


MÓDULOS DE OPERADOR REDIPANEL 2705.

Los módulos de operador RediPANEL combinan interruptores pulsadores, cableado, módulos de E/S, un visualizador de mensajes y otros componentes de panel de control en una unidad preprogramada, lista para instalar. Solo permite el manejo de variables discretas.


MONITOR DE E/S 1784_TM6

• El monitor de E/S es un dispositivo de mano que le permite ver y modificar información de la tabla de datos en un controlador programable SLC 500 o PLC-5.

• Por medio de esta interface, se puede ver un elemento de archivo, dos palabras, o hasta 16 bits.

• El monitor de E/S le permite buscar programas de escalera para direcciones de salida, cambiar el modo del procesador, mostrar información sobre fallos y limpiar fallos menores y mayores.


TERMINALES DE OPERADOR 2711 PANELVIEW.

• Los terminales de operador PanelView 550, 900, 1200 y 1400 reemplazan a los paneles de control cableados con pantallas CRT que son fáciles de configurar.

• Los terminales PanelView le proporcionan información extensa de diagnósticos durante condiciones de fallo, mediante ventanas de mensajes, ventanas de alarmas y gráficos simples.

• El terminal de operador PanelView 550 proporciona una interface de operador de alto rendimiento en un diseño compacto de panel plano.

• La pantalla LCD de panel plano tiene una resolución de 256 x 128 pixels.

• La retroiluminación reemplazable en el campo prolonga la vida del terminal y maximiza el tiempo efectivo de funcionamiento del sistema.

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