Tecnológico Nacional De México

Instituto Tecnológico De CD. Madero, Tamps

Departamento De Ingeniería Eléctrica Y Electrónica

Carrera De Ingeniería Eléctrica

Laboratorio De PLC

Clase virtual de 17:00pm – 18:00pm)

Maestro: Ing. Lopez Arcos Jorge Alberto

Tema:
Arquitectura de los Controladores Lógicos Programables

Por: Ramón Torres Mar

N.c 16070753

Fecha de Entrega 09-Mayo-2020

pág. 1
INDICE:

1.- BLOQUES ESCENCIALES DE UN CONTROLADOR LOGIO PROGRAMABLE ------------------03

2.- LA CPU -----------------------------------------------------------------------------------------------------06

3.- MEMORIAS DE UN CONTROLADOR ---------------------------------------------------------------- 15

4.- INTERFASES DE ENTRADA Y SALIDA --------------------------------------------------------------- 18

5.- FUENTES ------------------------------------------------------------------------------------------------- 25

6.- MODOS DE OPERACIÓN ------------------------------------------------------------------------------ 26

7.- CICLO DE FUNCIONAMIENTO ----------------------------------------------------------------------- 29

8.- TIEMPO DE EJECUCION Y CONTROL EN TIEMPO REAL --------------------------------------- 31

9.- ELEMENTOS DE PROCESO RAPIDO ---------------------------------------------------------------- 32

10.- DISPOSITIVOS PERIFERICOS Y DE PROGRAMACION ----------------------------------------- 33

11.- BIBLIOGRAFIA ----------------------------------------------------------------------------------------- 37

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1.- BLOQUES ESCENIALES DE UN CONTROLADOR LOGICO
PROGRAMABLE

A continuación estudiaremos un poco a cerca de la programación de PLC con el

Lenguaje de Bloques funcionales, el cual se usa una interface gráfica de bloques
funcionales. Este tipo de programación ha sido diseñado para describir, programar
y documentar la secuencia del proceso de control, todo en sencillos pasos.

El lenguaje de programación de un PLC permite la creación del programa que

controlará su CPU. Mediante este lenguaje el programador podrá comunicarse con
el PLC y así confiarle un programa para controlar las actividades que debe realizar
el autómata. Dependiendo del lenguaje de programación empleado, se podrá
realizar un programa más o menos complejo.

Es un lenguaje gráfico que permite al usuario construir procedimientos complejos

mediante la unión de bloques funcionales prediseñados. Este lenguaje gráfico
también describe una función entre las variables de entrada y variables de salida,
como un conjunto de bloques elementales, que están conectados por líneas de
conexión, al igual que un circuito eléctrico.

Hoy en día, para programar PLC, como también otros equipos, se usa una
interface gráfica de bloques funcionales. Este tipo de programación ha sido
diseñado para describir, programar y documentar la secuencia del proceso de
control, todo en sencillos pasos.

Condiciones
Enlaces
Transiciones
Pasos

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Los pasos son una serie de símbolos secuenciales individuales, que se
representan por cuadrados numerados, cuadrados que pueden contener nombres
que describen la función del paso. Las transiciones son los elementos del
diagrama que describen el movimiento de un paso a otro. Su representación es
una línea horizontal corta. Las condiciones están asociadas a las transiciones y
deben ser escritas a la derecha. Describen el entorno que se debe cumplir en un
momento dado. Los enlaces muestran el flujo del control, el que va desde arriba
hacia abajo, salvo que se indique lo contrario.

ZelioSoft

Software de programación para los autómatas Zelio de Schneider Electric. Permite

simular el funcionamiento de los programas sin necesidad de disponer del PLC. La
Programación se puede hacer en modo contactos (LD) o funciones lógicas (FBD).
Además permite introducir los programas dibujándolos, mediante el editor, o a
través de un interfaz que simula el aspecto físico de la controladora Zelio elegida.

LogoComfort 5

Versión demo del software de programación para los autómatas LOGO! de

Siemens. Esta versión no permite conectar con el autómata real, pero permite
simular los programas. Por tanto, es ideal para aprender a programarlo. La
programación se puede realizar en contactos (KOP) o funciones lógicas (FUP).
Existen versiones para Windows, Linux y Mac.

FluidSIM

Es una aplicación pensada para la creación, simulación, instrucción y estudio

electroneumático, electrohidraúlico y de circuitos digitales. El programa nos
permitirá crear circuitos muy fácilmente mediante el clásico procedimiento de
arrastrar y soltar. Sólo tenemos que llevar los elementos del circuito de un lugar a
otro y conectarlos manualmente. Simple y efectivo.

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Los PLC's pueden realizar operaciones aritméticas, manipulaciones complejas de
datos, tienen mayores capacidades de almacenamiento y pueden comunicarse
más eficientemente con el programador y con otros controladores y computadoras
en redes de área local. Cuando se comprendió el gran potencial de los PLC's,
como poderosas computadoras que son y se dio la evolución de capacidades que
ahora tienen, que no poseían los antiguos circuitos, aparecieron los lenguajes de
alto nivel como el lenguaje de bloques funcionales, de que son muy similares a los
lenguajes de programación de computadoras como el Basic y el C, para hacer
cada vez más amigable la programación aumentando el aporte de los PLC en
ámbito industrial.

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2.- LA CPU

Esta parte del PLC es considerada como la más importante, ya que dentro de ella
se encuentra un microcontrolador que lee y ejecuta el programa de usuario que a
su vez se localiza en una memoria (normalmente del tipo EEPROM), además de
realizar la gestión de ordenar y organizar la comunicación entre las distintas partes
que conforman al PLC. El programa de usuario consiste en una serie de
instrucciones que representan el proceso del control lógico que debe ejecutarse,
para poder hacer este trabajo, la unidad central de proceso debe almacenar en
localidades de memoria temporal las condiciones de las variables de entrada y
variables de salida de datos más recientes.

La unidad central de proceso en esencia tiene la capacidad para realizar las

mismas tareas que una computadora personal, porque como ya se mencionó
líneas atrás, en su interior se encuentra instalado un microcontrolador que es el
encargado de gobernar todo el proceso de control.

Cuando se energiza un PLC, el microcontrolador apunta hacia el bloque de

memoria tipo ROM donde se encuentra la información que le indica la manera de
cómo debe predisponerse para comenzar sus operaciones de control (BIOS del
PLC).Es en la ejecución de este pequeño programa (desarrollado por el fabricante
del PLC) que se efectúa un proceso de diagnóstico que a través del cual, se sabe
con qué elementos periféricos a la unidad central de proceso se cuentan (módulos
de entrada / salida por ejemplo), una vez concluido esta fase el PLC “sabe” si tiene
un programa de usuario alojado en el bloque de memoria correspondiente, si es
así por medio de un indicador avisa que está en espera de la orden para
comenzar a ejecutarlo, de otra manera, también notifica que el bloque de memoria
de usuario se encuentra vacío.

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Distintos modelos de PLC.

Diagrama de flujo de las actividades de un PLC

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Una vez que el programa de usuario ha sido cargado en el bloque de memoria
correspondiente del PLC, y se le ha indicado que comience a ejecutarlo, el
microcontrolador se ubicará en la primera localidad de memoria del programa de
usuario y procederá a leer, interpretar y ejecutar la primera instrucción.
Dependiendo de que instrucción se trate será la acción que realice el
microcontrolador, aunque de manera general las acciones que realiza son las
siguientes: leer los datos de entrada que se generan en los sensores, guardar esta
información en un bloque de memoria temporal, realizar alguna operación con los
datos temporales, enviar la información resultante de las operaciones a otro
bloque de memoria temporal, y por último la información procesada enviarla a las
terminales de salida para manipular algún(os) actuador(es).

En cuanto a los datos que entran y salen de la unidad central de proceso, se

organizan en grupos de 8 valores, que corresponden a cada sensor que este
presente si se trata de datos de entrada, o actuadores si de datos de salida se
refiere. Se escogen agrupamientos de 8 valores porque ese el número de bits que
tienen los puertos de entrada y salida de datos del microcontrolador, a cada
agrupamiento se le conoce con el nombre de byte ó palabra.
En cada ciclo de lectura de datos que se generan en los sensores, ó escritura de
datos hacia los actuadores, se gobiernan 8 diferentes sensores ó actuadores, por
lo que cada elemento de entrada / salida tiene su imagen en un bit del byte que se
hace llegar al microcontrolador.

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En el proceso de lectura de datos provenientes de los sensores, se reservan
localidades de memoria temporal que corresponden con el bit y la palabra que a
su vez es un conjunto de 8 bits (byte), esto es para tener identificado en todo
momento el estado en que se encuentra el sensor 5 por ejemplo.
Con los espacios de memoria temporal reservados para los datos de entrada, se
generan paquetes de información que corresponden al reflejo de lo que están
midiendo los sensores.    Estos paquetes de datos cuando el microcontrolador da
la indicación, son almacenados en la localidad de memoria que les corresponde,
siendo esa información la que representa las últimas condiciones de las señales
de entrada.       Sí durante la ejecución del programa de control el microcontrolador
requiere conocer las condiciones de entrada más recientes, de forma inmediata
accede a la localidad de memoria que corresponde al estado de determinado
sensor.

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El producto de la ejecución del programa de usuario depende de las condiciones
de las señales de entrada, dicho de otra manera, el resultado de la ejecución de
una instrucción puede tener una determinada respuesta sí una entrada en
particular manifiesta un uno lógico, y otro resultado diferente sí esa entrada esta
en cero lógico. La respuesta que trae consigo la ejecución de una instrucción se
guarda en una sección de la memoria temporal, para que estos datos
posteriormente sean recuperados, ya sea para exhibirlos o sean utilizados para
otra parte del proceso.    

La información que se genera en los sensores se hace llegar al microcontrolador

del PLC, a través de unos elementos que sirven para aislar la etapa del medio
ambiente donde se encuentran los sensores, de la etapa de control que es
comprendida por la unidad central de proceso del PLC y que en su interior se
encuentra el microcontrolador.  Los elementos de aislamiento reciben el nombre
de módulos de entradas, los cuales se encuentran identificados y referenciados
hacia los bloques de memoria temporal donde se alojan los datos de los sensores.

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En cuanto a los datos que manipulan a los actuadores (también llamados datos de
salida), estos se encuentran alojados en las localidades de memoria temporal que
de manera exprofesa se reservan para tal información.       Cuando en el proceso
de ejecución de un programa de usuario se genera una respuesta y esta a su vez
debe modificar la operación de un actuador, el dato se guarda en la localidad de
memoria temporal correspondiente, tomando en cuenta que este dato representa
un bit de información y que cada localidad de memoria tiene espacio para 8 bits.
Una vez que los datos de salida han sido alojados en las localidades de memoria
correspondiente, en un ciclo posterior el microcontrolador puede comunicarlos
hacia el exterior del PLC, ya que cada bit que conforma un byte de datos de salida
tiene un reflejo en cuanto a las conexiones físicas que tiene el PLC hacia los
elementos de potencia o actuadores, o dicho de otra forma, al igual que en las
terminales de los datos de entrada, cada una de las terminales que contienen la
información de salida también tienen asociado un elemento de potencia conectado
en su terminal correspondiente.

Ejemplo de base donde se insertan los módulos de entrada o salida y la CPU.    

A medida que el microcontrolador de la unidad central de proceso del PLC ejecuta

las instrucciones del programa de usuario, el bloque de memoria temporal
asignado a la salida de datos, sé esta actualizando continuamente ya que las
condiciones de salida muchas veces afectan el resultado que pueda traer consigo
la ejecución de las instrucciones posteriores del programa de usuario.     De
acuerdo a la manera de cómo se manejan los datos de salida, se puede observar

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que esta información cumple con una doble actividad, siendo la primordial la de
canalizar los resultados derivados de la ejecución de las instrucciones por parte
del microcontrolador, hacia los bloques de memoria correspondientes, y pasar
también los datos de salida a las terminales donde se encuentran conectados los
actuadores. Otra función que se persigue es la de retroalimentar la información de
salida hacia el microcontrolador de la unidad central de proceso del PLC, cuando
alguna instrucción del programa de usuario lo requiera.     En cuanto a los datos
de entrada no tienen la doble función que poseen los datos de salida, ya que su
misión estriba únicamente en adquirir información del medio ambiente a través de
las terminales de entrada y hacerla llegar hacia el microcontrolador de la unidad
central de proceso.

Ejemplo de CPU.    

Los datos de salida al igual que los de entrada, son guiados hacia los respectivos
actuadores a través de elementos electrónicos que tienen la función de aislar y
proteger al microcontrolador de la unidad central de proceso con la etapa de
potencia, estos elementos reciben el nombre de módulos de salida. Tanto los
módulos de entrada como de salida, tienen conexión directa hacia las terminales
de los puertos de entrada y salida del microcontrolador del PLC, esta conexión se
realiza a través de una base que en su interior cuenta con un bus de enlace que
tiene asociado una serie de conectores que son los medios físicos en donde se
insertan los módulos (ya sean de entrada o salida).   El número total de módulos
de entrada o salida que pueden agregarse al PLC depende de la cantidad de
direcciones que el microcontrolador de la unidad central de proceso es capas de
observar.
Otro ejemplo de CPU

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De acuerdo con lo escrito en el párrafo anterior, cada dato (ya sea de entrada o
salida) que es representado por un bit y que a su vez esta agrupado en bloques de
8 bits (palabra o byte), debe estar registrado e identificado para que el
microcontrolador “sepa” si esta siendo ocupado por un sensor o un actuador, ya
que determinado bit de específico byte y por ende de determinada ubicación de
memoria temporal tiene su reflejo hacia las terminales físicas de los módulos.  
Esto último quiere decir que en los conectores de la base se pueden conectar de
manera indistinta tanto los módulos de entrada como los módulos de salida, por lo
que el flujo de información puede ser hacia el microcontrolador de la unidad
central de proceso ó, en dirección contraria.

Con respecto a la memoria donde se aloja el programa de usuario es del tipo

EEPROM, en la cual no se borra la información a menos que el usuario lo haga.  
La forma en como se guarda la información del programa de usuario en esta
memoria es absolutamente igual que como se almacena en cualquier otro sistema
digital, solo son “ceros y unos” lógicos.

A medida que el usuario va ingresando las instrucciones del programa de control,

automáticamente estas se van almacenando en localidades de memoria
secuenciales, este proceso de almacenamiento secuencial de las instrucciones del
programa es autocontrolado por el propio PLC, sin intervención y mucho menos
arbitrio del usuario.   La cantidad total de instrucciones en el programa de usuario
puede variar de tamaño, todo depende del proceso a controlar, por ejemplo. Para

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controlar una maquina sencilla basta con una pequeña cantidad de instrucciones,
pero para el control de un proceso o máquina complicada se requieren hasta
varios miles de instrucciones.

Una vez terminada la tarea de la programación del PLC, esto es terminar de

insertar el programa de control a la memoria de usuario, el operario del PLC
manualmente se debe dar a la tarea de conmutar el PLC del modo de
“programación” al modo de “ejecución”, lo que hace que la unidad central de
proceso ejecute el programa de principio a fin repetidamente.
El lenguaje de programación del PLC cambia de acuerdo al fabricante del
producto, y aunque se utilizan los mismos símbolos en distintos lenguajes de
programación, la forma en como se crean y almacenan cambia de fabricante a
fabricante, por lo tanto la manera de como se interpretan las instrucciones de un
PLC a otro es diferente, todo depende de la marca.
En otro orden de ideas, a la unidad central de proceso de un PLC una vez que le
fue cargado un programa de usuario, su operación de controlar un proceso de
producción no debe detenerse a menos que un usuario autorizado así lo haga.
Para que el PLC funcione de forma ininterrumpida se debe de contemplar el uso
de energía de respaldo ya que esta bajo ninguna circunstancia tiene que faltarle a
la unidad central de proceso.

3.- MEMORIAS DE UN CONTROLADOR

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Como cualquier sistema informático, los PLC tienen que ser capaces de
almacenar y retirar información, para ello cuentan con memorias, las memorias
son miles de cientos de localizaciones donde la información puede ser
almacenada, estas localizaciones están muy bien organizadas. En las memorias el
PLC debe ser capaz de almacenar: Datos del proceso:

 Señales de planta, entradas y salidas.

 Variables internas, de bit y de palabra.

 Datos alfanuméricos y constantes. Datos de control:

 Instrucciones de usuario, programa.

 Configuración del autómata (modo de funcionamiento, número de e/s

conectadas)

Tanto el sistema operativo como el programa de aplicación, las tablas o registros

de entradas/ salidas y los registros de variables o bits internos están asociados a
distintos tipos de memoria.

La capacidad de almacenamiento de una memoria suele cuantificarse en bits,

bytes (grupo de 8 bits), o words (grupo de 16 bits) , un bit es una posición de
memoria que puede tomar valor “0” ó “1”, un byte son 8 posiciones de memoria
agrupadas, una palabra o word son 16 posiciones de memoria agrupadas.

El sistema operativo viene grabado por el fabricante, como debe permanecer

inalterado y el usuario no debe tener acceso a él, se guarda en una memoria como
las ROM (Read Only Memory), que son memorias cuyo contenido no se puede
alterar inclusive con ausencia de alimentación.

Existen varios tipos de memorias:

RAM. Memoria de lectura y escritura.

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ROM. Memoria de solo lectura, no reprogramable.

EPRON. Memoria de solo lectura, reprogramables con borrado por ultravioletas.

EEPRON. Memoria de solo lectura, alterables por medios eléctricos.

TIPOS DE MEMORIAS

Llamamos memoria a cualquier dispositivo que nos permita almacenar información

en forma de bits (ceros y unos).

En nuestro caso nos referiremos a las memorias que utilizan como soporte
elementos semiconductores, no todas las memorias son iguales; se distinguen dos
tipos fundamentales de memorias fabricadas con semiconductores:

1.1 RAM: Las memorias de Acceso Aleatorio son conocidas como memorias RAM
(de la sigla en inglés Random Access Memory). Se caracterizan por ser memorias
de lectura/escritura. Estas memorias son volátiles, es decir, que se pierde la
información cuando no hay energía y se clasifican en dos categorías básicas:

LA RAM ESTÁTICA Y LA RAM DINÁMICA.

La memoria RAM se utiliza principalmente como memoria interna, y

únicamentecomo memoria de programa en el caso de que pueda asegurarse el
mantenimiento de los datos con una batería exterior.

Las memorias de solo lectura son conocidas como memorias ROM (de la sigla en
inglés Read Only Memory).

Se caracterizan por ser memorias de lectura y contienen celdas de memoria no

volátiles, es decir que la información almacenada se conserva sin necesidad de
energía, este tipo de memoria se emplea para almacenar información de forma
permanente o información que no cambie con mucha frecuencia.

La memoria ROM se utiliza para almacenar el programa monitor del sistema como
hemos visto en el apartado dedicado a la CPU

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 PROM: ROM programable (del inglés Programmable Read Only Memory). Este
tipo de memoria a diferencia de la ROM no se programa durante el proceso de
fabricación, sino que la efectúa el usuario y se puede realizar una sola vez,
después de la cual no se puede borrar o volver a almacenar otra información.

 EPROM: (Del inglés Erasable Read Only Memory). Este tipo de memoria es
similar a la PROM con la diferencia que la información se puede borrar y volver a
grabar varias veces. Las memorias EPROM se utilizan para almacenar el
programa de usuario, una vez que ha sido convenientemente depurada.

 EEPROM: (Del inglés Electrical Erasable Read Only Memory). son de

características similares a las precedentes, pero se reprograman por medios
eléctricos sin necesidad de ser extraídas de su puesto de trabajo Las memorias
EEPROM se emplean principalmente para almacenar programas, aunque en la
actualidad es cada vez más frecuente el uso de combinaciones RAM + EEPROM,
utilizando estas últimas como memorias de seguridad que salvan el contenido de
las RAM. Una vez reanudada la alimentación, el contenido de la EEPROM se
vuelca sobre la RAM.

Algunas características importantes y generales a todas las memorias, se detallan

a continuación.

Capacidad: representada por el número total de bits que pueden ser almacenados,
la misma se determina de acuerdo a la magnitud del programa que debe ser
cargado para el desarrollo de la aplicación.

Tiempo de acceso: es el tiempo requerido para ser leída en cualquier posición de

la misma. Está determinado de acuerdo a la tecnología de la CPU.

4.- INTERFACES DE ENTRADA Y SALIDA

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Los módulos de salida, permiten que la tensión llegue a los dispositivos de salida.
Con el uso del acoplador óptico y con un relé de impulso, se asegura el
aislamiento de los circuitos electrónicos del controlador, y se transmiten las
órdenes hacia los actuadores de mando.

Tipos de módulos de entrada y salida

Debido a que existen una gran variedad de dispositivos exteriores (sensores y

actuadores), encontramos diferentes tipos de módulos de entrada y salida, cada
uno de los cuales sirve para manejar cierto tipo de señal (discreto o análogo) a
determinado valor de tensión o corriente en DC o AC.

Módulos De Entrada Discreta

Estas tarjetas electrónicas se usan como enlace o interfases entre los dispositivos
externos, denominados también sensores, y la CPU del PLC.
Estos sensores son los encargados de leer los datos del sistema, que para este
caso sólo son del tipo discreto, además, tienen la característica de comunicar los
dos estados lógicos: activado o desactivado, o lo que es lo mismo, permitir el paso
o no de la señal digital (1 ó 0). Los sensores pueden ser de tipo manual
(pulsadores, conmutadores, selectores, etc.) o del tipo automático (finales de
carrera, detectores de proximidad inductivos o capacitivos, interruptores de nivel,
etc.)

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En la figura siguiente, se presentan los circuitos eléctricos equivalentes y
elementales de los módulos de entrada discreta para DC y AC respectivamente.
Ambos tipos de interfase tienen el mismo principio, a diferencia que los de alterna
incluyen una etapa previa de rectificación.

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Módulos de entrada discreta de la familia Simatic-S5 (Cortesía de Siemens)

Módulos De Salida Discreta

Al igual que los módulos de entrada discreta, estos módulos se usan como
interfase entre la CPU del controlador programable y los dispositivos externos
(actuadores), en la que sólo es necesario transmitirle dos estados lógicos,
activado o desactivado. Los actuadores que se conectan a estas interfases
pueden ser: contactores, relés, lámparas indicadoras, electroválvulas, displays,
anunciadores, etc.

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 Módulos De Salida Discreta Tipo Transistor

Su principio de funcionamiento es a base de transistores, lo que significa una

constitución íntegramente en estado sólido con características para trabajar en
corriente continua (DC) de larga vida útil y con bajo nivel de corriente.

Circuito equivalente de una interfase de salida discreta en DC (Tipo

transistor)

Módulos De Salida Discreta Tipo Triac

Estas interfases funcionan mediante la conmutación de un Triac, son igualmente
en estado sólido y se usan para manejar señales en corriente alterna.

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Módulos De Salida Discreta Tipo Relé
Estos módulos a diferencia de los anteriores, están compuestos por dispositivos
electrónicos y un micro relé electromagnético de conmutación. Su campo de
acción le permite trabajar en AC y DC y con diferentes niveles de tensión, con la
ventaja de manejar corrientes más elevadas pero con el inconveniente de una
corta vida útil debido al desgaste de la parte móvil de los contactos.
Durante su funcionamiento estos módulos se caracterizan respecto a los de
estado sólido, por el reconocible sonido de los contactos de conmutación que
emiten los micro- relés.

Módulos De Entrada Analógica

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Los módulos de entrada analógica son tarjetas electrónicas que tienen como
función, digitalizar las señales analógicas para que puedan ser procesadas por la
CPU. Estas señales analógicas que varían continuamente, pueden ser magnitudes
de temperaturas, presiones, tensiones, corrientes, etc.
A estos módulos, según su diseño, se les puede conectar un número determinado
de sensores analógicos. A estos terminales de conexión (2), se les conoce como
canales. Existen tarjetas de 4, 8, 16 y 32 canales de entrada analógica.
Es importante señalar, que cualquier magnitud analógica que se desea procesar a
través de los módulos de entradas analógicas, tiene que estar representada por
una señal de tensión, corriente o resistencia; este trabajo es realizado por el
mismo sensor o a través de un transductor (dispositivo que transforma cualquier
parámetro físico, químico y biológico en una magnitud eléctrica).
Estos módulos se distinguen por el tipo de señal que reciben, pudiendo ser de
tensión (mV) o de corriente (mA)
los que se encuentran dentro de ciertos rangos estandarizados. Los más
difundidos son:

Señal de corriente: 0-20 mA, 4-20 mA, ±10 mA

Señal de tensión: 0-10V, 0-5V, 0-2V, ±10V
La ventaja de trabajar con señales de corriente y no con señales de tensión, radica
en que no se presentan los problemas del ruido eléctrico y de caída de tensión.

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Módulos De Salida Analógica
Estos módulos son usados cuando se desea transmitir hacia los actuadores
análogos señales de tensión o de corriente que varían continuamente.
Su principio de funcionamiento puede considerarse como un proceso inverso al de
los módulos de entrada analógica.
Las señales analógicas de salida son de dos tipos, señales de corriente y señales
de tensión. Dentro de los valores estandarizados tenemos:
Señal de corriente: 0-20mA, 4-20mA, ± 20 mA
Señal de tensión: 0-10V, ± 10V

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5.- FUENTES

La fuente de alimentación proporciona las tensiones necesarias para el

funcionamiento de los distintos circuitos del sistema.

La alimentación a la CPU puede ser de continua a 24 Vcc, tensión muy frecuente

en cuadros de distribución, o en alterna a 110/220 Vca. En cualquier caso es la
propia CPU la que alimenta las interfaces conectadas a través del bus interno.

La alimentación a los circuitos E/S puede realizarse, según tipos, en alterna a

48/110/220 Vca o en continua a 12/24/48 Vcc.

La fuente de alimentación del autómata puede incorporar una batería tampón, que
se utiliza para el mantenimiento de algunas posiciones internas y del programa
usuario en memoria RAM, cuando falla la alimentación o se apaga el autómata.

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6.- MODOS DE OPERACIÓN

Modo STOP en PLC S71200

ERROR: El autómata detiene la ejecución por un error de funcionamiento y queda

bloqueado hasta que se corrige el error.

-Las salidas pasan a estado OFF

-Corregido el error, el autómata sale de este modo bien por reset puesta en
tensión u ordenado desde el CPU, o por comando enviado desde la unidad de
programación.

En estado operativo STOP, la CPU ① procesa las peticiones de

comunicación (según sea necesario) y ② realiza el autodiagnóstico.

En estado operativo STOP, la CPU no ejecuta el programa de

usuario y la memoria imagen de proceso no se actualiza

automáticamente.

El proyecto sólo se puede cargar en la CPU si está se encuentra en estado

operativo STOP.

Modos de operación de un PLC

Modo MONITOR OMRON CJ2M CPU32

STOP: La ejecución del programa se detiene por orden del usuario.

-Las salidas pasan a estado OFF

-Las posiciones internas (relés y registros), contadores y temporizadores

mantienen su estado en memoria interna.

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EL modo de monitor en este PLC es para realizar operaciones de prueba y
ajustes.

-Los programas pueden ser ejecutados.

-Los Bits pueden ser forzados a configuración o reinicio, los valores de I/O en la
memoria pueden cambiar y la edición en línea es posible

RUN: El PLC ejecuta el programa de usuario como modo normal de operación, se

cumple el ciclo de funcionamiento.

-Las salidas evolucionan ON/OFF según el estado de las entradas y las ordenes
del programa.

-Los temporizadores y contadores programados operan con normalidad.

Los autómatas programables son maquinas secuenciales que ejecutan

correlativamente las instrucciones indicadas en el programa de usuario
almacenado en su memoria, generando ordenes o señales, el autómata reacciona
según el programa hasta obtener las ordenes de salida necesarias.

Modo PROGRAM OMRON CJ2M CPU32

El modo PROGRAM es para transferir programas y para la configuración del PLC,

y crear tablas de I/O.

-Los programas no pueden ser ejecutados en este modo de operación.

Modo RUN en PLC S71200

Modo RUN OMRON CJ2M CPU32

un autómata bajo tensión puede mantenerse en uno de los siguientes modos de

operación siendo estos los estados mas usuales, mas sin embargo cada PLC
puede tener sus propios estados de operación de acuerdo al tipo de PLC o de su
aplicación.

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El modo RUN es usado para la operación actual del sistema y provee una rápida
operación.

El programa se ejecuta.

Los Bits no pueden ser forzados a programar o reiniciar, los valores de las I/O no
pueden ser cambiados, y la edición en linea no puede ser posible

Modo ARRANQUE en PLC S71200

La CPU también ejecuta las siguientes tareas durante el procesamiento del

arranque.

● Las alarmas se ponen en cola de espera, pero no se procesan durante la fase

de arranque.

● El tiempo de ciclo no se vigila durante la fase de arranque.

● La configuración de HSC (contadores rápidos), PWM (modulación del ancho de

pulso) y

módulos PtP (comunicación punto a punto) se puede modificar durante el

arranque.

● Los HSC, la PWM y los módulos de comunicación punto a punto sólo funcionan
en

estado operativo RUN.

Una vez finalizada la ejecución de los OBs de arranque, la CPU pasa a estado
operativo

RUN y procesa las tareas de control en un ciclo continuo.

En estado operativo ARRANQUE, los OBs(bloques de organización) de arranque

(si existen) se ejecutan una vez.

Los eventos de alarma no se procesan durante la fase de arranque del estado

operativo RUN

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7.- CICLO DE FUNCIONAMIENTO

+ Inicialización de registros de datos

Ejecuta el programa paso a paso.

Verifica el estado de los contactos según el registro de imagen de entrada/salida.

Según la lógica implementada determina el estado de cada salida.

Escribe los nuevos valores sobre el registro de imagen de salida.

+ Ejecución del programa

Establece condiciones iniciales para los contadores, temporizadores y demás

registros del sistema.

El PLC entra en un proceso cíclico.

+ Modificación de las salidas

Cada ciclo es denominado scan o barrido.

Transfiere el estado del registro de imagen de salida al módulo de salida.

+ Etapa de auto chequeo e inicialización

Vuelve a empezar el ciclo

+ Inicialización de las imágenes de entrada y salida

Pone en un cero en todas las posiciones del registro de imagen.

+ Ejecución del programa de Usuario

la rutina de inicio se ejecuta una sola vez

Al iniciar, el PLC, verifica ciertos elementos antes de la ejecutar el programa de

usuario.

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+ Verificación del hardware

Estado de la fuente de alimentación, CPU u otros módulos.

Estado de la batería de respaldo.

Integridad del programa de usuario.

Finalizado el ciclo de escaneo, el PLC inicia un nuevo ciclo a partir del primer
paso, repitiéndolo una y otra vez mientras se encuentre en operación.

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8.- TIEMPO DE EJECUCION Y CONTOL EN TIEMPO REAL

El tiempo total que el autómata emplea para realizar un ciclo de operación se

llama tiempo de ciclo. El tiempo total de ciclo es la suma de los tiempos
empleados en cada tarea: Autodiagnóstico (1 a 2 ms), actualización de E/S (1 a 5
ms), ejecución del programa y servicio a periféricos ( 1 a 2 ms). El tiempo de
ejecución o de escrutación del programa se mide en milisegundos por cada mil
instrucciones (ms/k), y típicamente suele ser de 5 a 15 ms/k.

El tiempo de ciclo será uno de los factores importantes a la hora de diseñar el

sistema de control cuando en éste aparezcan muy bajas constantes de tiempo,
pero no es el único a considerar ya que dichos elementos tienen filtros contra
señales parásitas y de esta forma limitan la frecuencia máxima de comunicación.
Por lo que las entradas de corriente continua son más rápidas que las de alterna
por la mayor necesidad de filtrado. Si además aparecen conversores A/D o D/A
habrá que sumar además el retardo de la conversión.

Dada una señal de entrada y una señal de salida dependiente de dicha entrada,
se llama tiempo de respuesta al que transcurre desde que cambia la entrada hasta
que se observa el efecto en la salida. Este tiempo depende de los retardos de
conmutación y adaptación de la señal en la interfaz de E/S (Tinput delay, Toutput
delay) y del tiempo del ciclo del autómata. Aunque el tiempo de respuesta es
variable dependiendo del momento en que cambia la entrada respecto al ciclo de
operación, se puede calcular un máximo y un mínimo: 

-    Valor máximo: Tmax= Tinput delay + Toutput delay + Tciclo

-    Valor mínimo:  Tmax= Tinput delay + Toutput delay + 2Tciclo 

Frente a las constantes de tiempo de los sistemas electromagnéticos el tiempo

de respuesta puede ser despreciable, pero no frente a los nuevos equipos
electrónicos.

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 9.- ELEMENTOS DEL PROCESO RAPIDO

Hay tres tipos de actividades que exigen rápidas respuestas del autómata: 

-         Ejecución de subrutinas o programas a intervalos inferiores de los que

permite el tiempo de ciclo general del autómata.

-         Lectura de impulsos de entrada a alta frecuencia ( por ejemplo,

procedentes de encoders).

-         Detección de señales de muy corta duración, menor que el tiempo de

ciclo. 

La solución al primer caso podría ser la de ejecutar el bloque de programa que la

controla de forma independiente al resto del ciclo. Se puede iniciar ésta por medio
de una señal periódica para reducir el tiempo del ciclo, o con una señal de
interrupción exterior para obtener respuestas rápidas.

En el segundo caso la solución sería utilizar un contador rápido que,

aprovechando un hardware específico con entradas débilmente filtradas y circuito
propio, sea capaz de leer señales de alta frecuencia.

Por último, en el tercer caso, se podría utilizar cualquiera de las dos soluciones
anteriores. Aunque en autómatas de gama baja estas soluciones no se podrían
dar, pueden tener varias entradas detectoras de flanco capaces de captar y
mantener en un relé interno.

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10.- DISPOSITIVOS PERIFERICOS Y DE PROGRAMACION

PERIFERICOS:

Son dispositivos auxiliares cuyo fin es mostrar o recibir información. Los periféricos
de los PLC pueden ser dispositivos como conexiones a impresoras, interfaces HMI
(Human Machine Interface), puertos de comunicación para redes de Ethernet,RS-
485 o RS 232.
En la siguiente figura puede apreciarse es esquema de conexión de dos
dispositivos periféricos a un PLC. Uno de esos periféricos es un lector de código
de barras que se conecta al puerto A de una pantalla TouchScreen, dicha pantalla
se conecta a su vez con varios PLC OMRON a través de una red RS 422.
La memoria de un PLC almacena dos tipos de datos, ellos son: datos de control y
datos de proceso.
Entre los datos de control están:

 Instrucciones de usuario
 Configuración del plc
Entre los datos del proceso están:

 Señales de entrada y salida

 Variable internas y de palabra
 Datos alfanumérico y constantes
Los PLC se clasifican según la estructura externa en tres categorías. Ellas son:

 Compactos.
 Semi-Modulares.
 Modulares

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 A continuación se explican con detalle cada una de estas categorías.

 Compactos
En los PLC compactos todos los componentes están en un solo bloque o
unidad,este tipo de estructura no permite expansiones o son más difíciles de
hacer.En la figura 4.2 se ilustra un PLC compacto marca OMRON.
 Semi-Modular
En los PLC semi modulares existen dos bloques; un módulo o bloque de Entradas
y Salida (E/S) y un bloque con CPU, fuente de alimentación y memoria.

 Estructura Modular.
En los PLC modulares cada una de las partes y componentes están en un bloque
separado.Los módulos se ensamblan sobre un rack o sobre un carril o pista
perforadora.

Se dispone de unidades con un mínimo de entradas y salidas (por ejemplo 8 y 6

respectivamente), pero con previsión de unidades de expansión que le permiten
llegar a 128 o 256 entradas/salidas. Para aplicaciones más complejas se dispone
de conjuntos de varios miles de señales conectadas por una única unidad central.
También existe la posibilidad de grandes PLC con distintos tipos de CPU
adaptadas a la tarea específica e incluso múltiples CPU trabajando en paralelo en
tareas distintas. Esta adaptabilidad ha progresado pasando del control supervisor,
de una CPU central, al de inteligencia distribuida mediante la comunicación entre
PLCs y un computador central.

Algunos procesos complejos requieren sistemas de control con una gran

capacidad de cálculo, conexión a estaciones gráficas, múltiples canales de
comunicación, capacidad de multiprocesamiento, etc. Para ello se disponía de
minicomputadores que tenían interfaces adaptadas a las necesidades del proceso.
Estas configuraciones eran caras y poco adaptadas a cambios en el proceso.
Ahora se han reducido los costos y, mediante la normalización de los códigos de
comunicaciones, se ha facilitado la interconexión entre productos de diferentes
fabricantes. Por otra parte la frontera entre un autómata programable de gran
poder y un computador se ha hecho realmente difusa.

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DE PROGRAMACION

Se trata de un elemento que aparentemente es complementario pero se emplea

con mucha frecuencia en la operación de un PLC, ya que es un dispositivo por
medio del cual se van accesando las instrucciones que componen al programa de
usuario que realiza las acciones de control industrial.  Algunos PLC están
equipados con un dispositivo de programación que físicamente tiene el aspecto de
una calculadora, y en su teclado se encuentran todos los símbolos que se
emplean para la elaboración de un programa de control, además cuenta también
con una pantalla de cristal líquido en el que se exhibe gráficamente la
representación de la tecla que fue oprimida.
Normalmente el dispositivo programador se encuentra dedicado exclusivamente a
la tarea de generar los comandos e introducirlos al PLC (acto de programar), este
elemento por obvias razones es construido por la misma compañía que fabrica el
PLC, por lo cual tiene que ser el adecuado y poseer toda la capacidad de
comunicar al usuario con el PLC.

Dispositivo de Programación de un PLC.

El dispositivo programador requiere de un cable por medio del cual se envían las
instrucciones del programa a la memoria de usuario del PLC, el cable que casi
todos los fabricantes de PLC emplean conduce los datos en una comunicación
serial.

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Programación de un PLC.

De acuerdo con la evolución que día con día se va obteniendo en el ramo de la

electrónica, se genero otra manera de programar un PLC de forma más versátil, y
es por medio del empleo de una computadora de escritorio o portátil, la cual
necesariamente debe de contar en una de sus ranuras de expansión con una
tarjeta de interfaz de comunicación. A través de un cable de comunicación serial
se interconecta la tarjeta de interfaz con el microcontrolador  del PLC, y por medio
de un software especial que a la vez resulta amigable al usuario se va escribiendo
el programa de control, para su posterior interpretación y envío al PLC.

Programación de un PLC empleando una PC.

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BIBLIOGRAFIA:

sistemas de control moderno, richard c. dorf y robert h. bishop, pearson educación,

madrid, 10ª ed., 2005. (3 ejemplares en biblioteca)

control e instrumentación de procesos químicos, pedro ollero de castro y eduardo

fernández camacho, síntesis, sevilla, españa, 1997. (1 ejemplar en biblioteca)

instrumentación y control básico de procesos, josé acedo sánchez,.madrid,

españa. ediciones díaz de santos, 2006. (disponible en biblioteca como e-book)

sistemas digitales de control de procesos, Sergio V. Szklanny  y Carlos R.

Behrends, Editorial Control, Buenos Aires, Argentina. 2º Ed., 2006.   (1 ejemplar
en biblioteca)

PLC Artículos, www.euskalnet.net/m.ubiria/ARTICULOS.htm, Abril 2008.

Módulos Comunicaciones y Red en Controladores Lógicos Programables

http://www.geocities.com/ingenieria_control/control3.htm, Abril 2008

IEC 61131-3 International Standard for Programmable Controllers,

http://www2.sea.siemens.com/Products/ProcessAutomation/Product/APACS/IEC+
61131-3.htm.

pág. 37