Programacion intuitiva de un PLC

27 Octubre 2009

 

Los conceptos básicos que fueron tratados en el capitulo 6 (“Funciones Lógicas de un PLC”), nos proporcionan las herramientas necesarias para automatizar cualquier maquinaría del tipo industrial, ya que son los mínimos que se requieren para tal finalidad, y de ahí podemos partir para implementar procesos complejos.

 

Con la finalidad de aplicar las rutinas básicas de programación de los PLC´s, modelaremos la máquina industrial, tal como la mostrada en la figura 7.3.

 

Esta figural reporta los movimientos básicos de subir y bajar, la función del PLC es controlar estos movimientos con la finalidad de no forzar el motor de la maquinaría, pues en algunas ocasiones aunque la maquinaría haya alcanzado el límite de su desplazamiento, el motor tiende a seguir con su movimiento inercial.

 

Figura 7. 3 Maquina industrial a automatizar.

Figura 7. 3 Maquina industrial a automatizar.

 

Comenzando con el proceso formal de automatizar una línea de producción, en primer lugar se debe elaborar un bosquejo del sistema que será automatizado con la finalidad de analizarlo en su totalidad y evitar así la omisión de detalles que desembocarían en errores en el funcionamiento.

 

Para fines didácticos es más sencillo utilizar un modelo basado en la realidad, que represente las condiciones de operación del sistema original (ya que no todos tenemos acceso a maquinaría o líneas de producción reales). Dicho modelo será de gran ayuda para realizar tanto el análisis como las pruebas necesarias. Para este fin utilizaremos un juguete armable de la figura 7.4, que busca emular los movimientos del sistema que se va a automatizar. El bosquejo de nuestro sistema es el que se muestra en la figura 7.5.

 

Figura 7. 4 Modelado con un juguete armable  de la maquina industrial.
Figura 7. 4 Modelado con un juguete armable  de la maquina industrial.
 
 
Figura 7. 5 Bosquejo (plano de situación) de la maquina industrial.
Figura 7. 5 Bosquejo (plano de situación) de la maquina industrial.
 
 
Del bosquejo de la figura 7.5 se observan cuatro elementos que son de entrada (dos sensores y dos botones) y un  elemento que se debe de conectar a la salida (actuador), para una mejor comprensión sobre la clasificación de estos (sensores y actuadores) refiérase al capitulo 4 (Sensores y Actuadores típicos que se emplean con PLC’s).
 
 
El elemento actuador para el caso del sistema real será un motor trifásico de VCA, en el cual para invertir su sentido de giro se intercambian las fases con las cuales es alimentado el motor. Para el caso del modelo que utilizaremos, la inversión del giro se hará de manera similar ya que en esta situación se contara con un motor de VCD el cual para cambiar su sentido de giro es necesario invertirle la polaridad como se muestra en la Figura 7.6. De acuerdo a lo dicho en las líneas anteriores (tanto para el motor de VCA como para el de VCD) el actuador requiere utilizar cuatro salidas del PLC.
 
 
Figura 7. 6 Conexión del actuador en las terminales de salida del PLC.
Figura 7. 6 Conexión del actuador en las terminales de salida del PLC.
 
 
En la Figura 7.6 se muestra el diagrama de conexión de los contactos de salida, y para una mejor comprensión se iluminan con colores diferentes los “cables”, y por lo tanto, las líneas de conexión rojas se hacen llegar a la terminal positiva del motor, las líneas de conexión negras se relacionan a la terminal negativa del motor, las líneas de conexión verdes se colocan a la terminal positiva de la fuente de poder y finalmente las líneas de conexión azules se enlazan a la terminal negativa del la fuente de alimentación.
 
 
Para contar con una identificación rigurosa de todos los elementos externos al PLC que pueden ser tanto sensores, actuadores como botones, se elabora una tabla de ellos asignándoles una etiqueta que los identifique incluyendo su descripción de una manera concisa.  La distribución de las terminales de entrada y de salida del PLC se muestra en la tabla 7.1, ya relacionadas con los sensores y actuadores.
 
 
Tabla 7. 1 Relación de terminales de salida y entrada del PLC.

Contacto

Etiqueta

Descripción

E0

SenAb

Sensor de Abajo

E1

SenArr

Sensor de Arriba

E2

Inicio

Botón de Inicio

E3

Paro

Botón de Paro

S0

Arriba0

Hacia Arriba

S1

Abajo1

Hacia Arriba

S2

Abajo2

Hacia Abajo

S3

Abajo3

Hacia Abajo

 
 
Es necesario relacionar las etiquetas que se emplean en el desarrollo del programa con los correspondientes contactos físicos del PLC, los cuales pueden ser de entrada ó de salida, por lo que de acuerdo con la tabla 7.1 se tiene para cada etiqueta un contacto del PLC, observe detenidamente la Figura 7.7.
 
 
Figura 7. 7 Diagrama de Conexión de los Contactos de Entrada.
Figura 7. 7 Diagrama de Conexión de los Contactos de Entrada.
 
 
De la figura 7.7 observamos que cada switch ó cada salida representan un interruptor de un sensor ó botón, y que cada salida representa la activación de algún comando de control hacia un actuador, según sea el caso.
 
 
 
En resumen, para implementar la solución necesaria se observa que de acuerdo a las características del sistema que será automatizado se requieren cuatro entradas (E0, E1, E2, E3) y cuatro salidas (S0, S1, S2, S3).
 
 
 
La programación del PLC se implementa utilizando las etiquetas que representan tanto a las entradas como a las salidas, ordenadas de acuerdo a  las funciones lógicas mediante el Lenguaje en Escalera, cuyas funciones básicas fueron descritas en el capitulo 6 “Funciones Lógicas de un PLC”.
 
 
Para la elaboración del programa que controlara al PLC, existen diversos caminos, pero en esta ocasión abordaremos el “método” llamado Forma Intuitiva de Programación.   Esta manera de diseñar el programa del PLC es la menos recomendable, ya que necesitamos poseer mucha experiencia, como para tener la visión de los aspectos que deben ser tomados en cuenta. Uno de los métodos de programación recomendables para programar un PLC es basado en la utilización de tablas de programación, y es el que abordamos en este libro, en el capitulo 8. De hecho invitamos a que la Programación mediante la utilización de tablas sea el camino que adopten todos los programadores de PLC, ya que bajo este método se tienen contempladas todas las variables que influirán en el proceso de automatización.
 
 
 
Regresando al tema que nos ocupa en el presenta capitulo, desarrollaremos un ejercicio en el cual recurriremos al método no recomendado (pero es útil a manera de ejemplo) que es el  “intuitivo”,  y que en esta ocasión por tratarse de un proceso sencillo no se requiere del empleo de una tabla de programación.
 
 
 
El primer paso en la automatización es controlar el encendido del sistema, por lo que para que se registre el estado de encendido es necesario que el botón de Inicio (E2) haya sido activado Y que la Bandera de Paro “BanParo” (M1) NO este activada, para lo cual se usa un contacto normalmente abierto en E2 y uno normalmente cerrado para M1, ambos  están relacionados mediante una función AND. Lo citado en este párrafo se resume en el primer escalón del programa en el Lenguaje en Escalera, vea la figura 7.8.
 
 
 
Figura 7. 8 Condiciones del escalón 1 del programa para el PLC.
Figura 7. 8 Condiciones del escalón 1 del programa para el PLC.
 
 
La bandera de paro “BanParo” (M1) fue creada como un registro que refleja la activación física del botón de Paro.
 
 
En la figura 7.8 se observa que E2 esta conectado en forma paralela al contacto M0 que representa un estado de memoria temporal, esta condición es necesaria para mantener el estado de encendido del sistema, pues el operador presiona el botón de Inicio (E2) solo por un instante lo que provocaría que el sistema se encienda únicamente ese breve instante. Cabe aclarar que el contacto identificado como M0 es un reflejo de la activación de la Marca “BanInicio” (M0), y en adelante los contactos que sean empleados como elementos de memoria temporal cumplen con la tarea de conservar activa su Marca correspondiente.
 
 
 
Una vez que fue activada la Bandera de Inicio (M0), como paso siguiente se establece la medida de seguridad que indica que la posición inicial del mecanismo es la inferior, por lo que ahora se debe fijar lo necesario para que se presente el movimiento hacia arriba por parte del mecanismo, de acuerdo a lo siguiente: inicialmente es indispensable asegurarnos que el sensor que detecta que el mecanismo se encuentra en la posición inferior “SenAb” (E0) este activado Y que el sensor que detecta que el mecanismo se encuentra en la posición superior “SenArr” (E1) no se encuentre accionado.  Adicionalmente también debe estar activada la Bandera de Inicio (M0), y finalmente el botón de Paro (E3) no debe de estar accionado. Todas estas condiciones se establecen con una función AND. Ver Figura 7.9.
 
 
 
 
Figura 7. 9 Condiciones del escalón 2 del programa para el PLC.
Figura 7. 9 Condiciones del escalón 2 del programa para el PLC.
 
 
 
Cuando comienza a desplazarse el mecanismo hacia arriba deja de accionarse el sensor “SenAb” con lo que deja de cumplir la condición descrita en el párrafo anterior, lo que provocaría que el mecanismo se detenga, por ello es necesario desarrollar una función OR colocando la bandera Arriba0 (S0) paralelamente al ¨SenAb¨ como un registro de memoria manteniendo energizado el motor.
 
 
 
Como se indica en la tabla 7.1 los contactos S0 y S1 deben estar energizados para que el actuador (motor) se dirija hacia la parte superior del mecanismo, cada una de las salidas S0 y S1 controlan de manera independiente tanto la polaridad positiva como la negativa del motor. Por lo tanto al activarse una (ya sea S0 o S1) debe activarse la otra, por lo que sugerimos colocar el mismo arreglo de contactos visto en la Figura 7.10.
 

 

Figura 7. 10 Condición del escalón 3 del programa para el PLC.

Figura 7. 10 Condición del escalón 3 del programa para el PLC.

 

Al desplazarse hacia arriba el mecanismo llegara al límite superior del sistema lo que provocará que se active el ¨SenArr¨, indicando que el mecanismo ahora debe desplazarse hacia abajo. Para que esto suceda debemos asegurarnos que el sensor denominado “SenArr” (E1) se active, de la misma manera tenemos que corroborar que el sensor “SenAb” (E0) no se encuentre accionado. Igualmente debe de estar activada la Bandera de Inicio (M0) (Las condiciones anteriores se establecen con una función AND); O que el botón de Paro (E3) haya sido accionado. Esta ultima condición se agrega porque en el momento de accionar el botón de Paro el sistema debe desplazarse desde la posición en la que se encuentre hacia la parte inferior, debido a que como medida de seguridad el sistema debe iniciar en la posición inferior, así es que con la ayuda de una función OR indicaremos con el Lenguaje en Escalera que si el Botón de Paro esta energizado entonces se energice S2. Ver Figura 7.11.

 

 

Figura 7. 11 Condiciones del escalón 3 del programa para el PLC.

Figura 7. 11 Condiciones del escalón 3 del programa para el PLC.

 

En el instante en el que el mecanismo comienza a descender el sensor “SenArr” se desactiva con lo que se deja de cumplir la condición descrita en el párrafo anterior, originando que el mecanismo se detenga, por ello es necesario colocar la bandera Abajo2 (S2) en paralelo a “SenArr” como un registro de memoria para mantener energizado el motor, construyéndose una función OR.

 

De acuerdo a la Tabla 7.1 para que el actuador descienda los contactos S2 y S3 deben estar energizados, que también de forma independiente controlan la conexión tanto de la polaridad positiva como de la negativa, pero de forma inversa a como lo hacen S0 y S1.  El contacto correspondiente a S2 debe estar energizado bajo la misma  situación que fue energizado S3 por lo tanto conviene colocar en base a una función AND la condición para que si S2 está energizado del mismo modo S3 lo esté. Ver figura 7.12.

 

Figura 7. 12 Condición del escalón 4 del programa para el PLC.
Figura 7. 12 Condición del escalón 4 del programa para el PLC.
 
 
Finalmente, se deben establecer las condiciones necesarias para cesar el funcionamiento del mecanismo. Previamente debemos corroborar que el botón de Paro haya sido accionado Y que el sensor de la parte inferior “SenAb” no esté accionado, puesto que el actuador, como ya se ha mencionado, debe desplazarse hacia la posición inferior antes de desenergizarse por protección del operador. Lo anterior se resume en la Figura 7.13.
 
 
Figura 7. 13 Condiciones del escalón 5 del programa para el PLC.
Figura 7. 13 Condiciones del escalón 5 del programa para el PLC.
 
 
Con la finalidad de registrar la acción de apagar el sistema, se tiene que activar físicamente el botón de Paro (E3) y aunque el operador deje de presionarlo su actividad debe continuar por lo que se implementara un estado de memoria temporal conectando en forma paralela el contacto M1 con el contacto E3.
 
 
Y por último la Bandera de Paro (M1) al haber sido activada, a su vez anulara la activación de la Bandera de Inicio (M0) tal como se muestra en la Figura 7.8.
 
 
Figura 7. 14 Implementación de una maqueta con el PLC y el mecanismo a controlar
Figura 7. 14 Implementación de una maqueta con el PLC y el mecanismo a controlar
 
 
Figura 7. 15 Entorno Grafico del Software de programación del PLC.
Figura 7. 15 Entorno Grafico del Software de programación del PLC.
 
 
Figura 7. 16 Diagrama completo en Lenguaje Escalera del Ejercicio.
Figura 7. 16 Diagrama completo en Lenguaje Escalera del Ejercicio.

 

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José Carlos Villajulca

Soy un apasionado ingeniero especializado en Control, Automatizacion e Instrumentación Industrial. Con mas 9 años de experiencia desarrollando proyectos y manteniendo sistemas de control en diversas plantas industriales. Soy director y webmaster de InstrumentacionyControl.NET y de MyAutomationClass.com. Cualquier consulta o comentario lo puedes hacer en la parte de abajo y escribiendo nuestro foro: http://instrumentacionycontrol.net/foros/.

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