Para empezar a programar un PLC necesitamos conocer bajo que ambiente de programación lo haremos.     Normalmente ese ambiente de programación es gráfico, y se le conoce con el nombre de “Lenguaje en Escalera”, pero su título oficial es el de Diagrama de Contactos.

 

Cabe aclarar que existen diversos lenguajes de programación para los PLC, pero el llamado Lenguaje en Escalera es el más común y prácticamente todos los fabricantes de PLC lo incorporan como lenguaje básico de programación.

 

El Lenguaje en Escalera es el mismo para todos los modelos existentes de PLC, lo que cambia de fabricante a fabricante o de modelo a modelo es el microcontrolador que emplea, y por esta razón lo que difiere entre los PLC es la forma en que el software interpreta los símbolos de los contactos en Lenguaje en Escalera.  El software de programación es el encargado de generar el código en ensamblador del microcontrolador que posee el PLC, por lo que si un fabricante de PLC emplea microcontroladores HC11 de motorola® ó el Z80® ó los PIC de microchip® ó los AVR de atmel®, etc. Para cada PLC el código que se crea es diferente ya que por naturaleza propia los códigos de los microcontroladores son diferentes, aunque el Lenguaje en Escalera sea el mismo para todos los PLC.

 

Figura 5. 1 Lenguaje en Escalera de un PLC

Figura 5. 1 Lenguaje en Escalera de un PLC

 

En esta oportunidad describiremos ampliamente la utilización del software de programación de nuestro PLC, y aunque ya se menciono en líneas anteriores que el código que se genera es diferente entre varias marcas de PLC el lenguaje en escalera es el mismo para todos, y al final de cuentas eso es lo que nos interesa para programar un PLC, por lo que sí aprendemos a programar uno de la marca Siemens®, de manera implícita estaremos obteniendo el mismo conocimiento para programar uno de la marca  GE-Fanuc®, y así sucesivamente.

 

Se puede utilizar cualquier modelo de PLC, inclusive el fabricado por cualquier fabricante, esto quiere decir que dependiendo del PLC seleccionado, puede tener  inclusive desde 6 entradas y 6 salidas. Pero de momento este aspecto no es el importante, ya que el Lenguaje Escalera es funcional para cualquier PLC, y por lo tanto solo debemos tomar en cuenta la cantidad de entradas y salidas que posea el PLC.

 

 

Para que todos los lectores puedan poner en práctica lo aprendido, en cuanto al tema de los PLC, Cinda Software les pone a su disposición un software para PLC (con simulador) que tiene como características importantes, la de poseer la misma capacidad de trabajo que cualquiera de marca reconocida (en esta misma categoría claro esta) llámese Allen Bradley ó Siemens por ejemplo. y ademas el software lo encontramos en nuestro idioma, esto es, en español.

 

Para programar el PLC (en nuestro caso podemos simularlo) con una aplicación industrial ó con un programa de prueba como los que estaremos desarrollando en esta serie de ejemplos, la primer acción que tenemos que realizar es abrir el software de programación llamado “MiPlc”  que previamente tuvo que ser instalado (o descomprimido), este programa lo pueden descargar gratuitamente de la pagina de internet de AQUI, cuya dirección es http://www.instrumentacionycontrol.net/Descargas/Cinda_MiPLC.zip.

 

Figura 5. 3 Icono de acceso rápido en el escritorio de la pc

Figura 5. 3 Icono de acceso rápido en el escritorio de la pc

 

Una vez que hacemos doble clic sobre el icono del software de programación MiPlc aparece una ventana de bienvenida en la cual se observan los datos de la empresa fabricante del PLC, sus correos electrónicos y números de teléfono por si gustan contactarlos directamente, para ingresar al programa se debe oprimir sobre el cuadro llamado OK.

 

Figura 5. 4 Ventana de Bienvenida.

Figura 5. 4 Ventana de Bienvenida.

 

 

Ya dentro del programa del PLC tenemos que dirigirnos al menú de herramientas y seleccionar el que se llama Puerto Serie, como paso siguiente se tiene que seleccionar la opción de Configurar Puerto, tal como se ilustra en la figura 5.5. La acción anterior provocara que se abra la ventana etiquetada como setup, en la cual configuramos las características de la comunicación serial que se establecerá entre el PLC y la computadora, por lo que normalmente se dejan los datos que se ilustran en la figura 5.6, y cuando ya tenemos ingresados estos datos oprimimos con el apuntador del ratón sobre el botón OK, lo que provocara que se abra el canal de comunicación serial. Podemos decir con toda seguridad que el software de nuestro PLC ya ha sido configurado adecuadamente para que este pueda operar, por lo tanto lo que sigue es ingresar los símbolos correspondientes al programa.

 

Figura 5. 5 Configuración del puerto serie.

Figura 5. 5 Configuración del puerto serie.

 

En la figura 5.7 se observa la imagen del software de programación de PLC en donde se identifican las partes que lo componen y son las siguientes: menú de herramientas, botones de acceso rápido, los menús específicos de trabajo y el estado de la actividad existente entre el PLC y la computadora.

 

Figura 5. 6 Datos para configurar el puerto serie.

Figura 5. 6 Datos para configurar el puerto serie.

 

Como primer paso para comenzar con un programa se tiene que crear un nuevo proyecto, por lo que nos dirigimos al menú Proyecto, y posteriormente al comando Nuevo, tal como se ilustra en la figura 5.8.

Figura 5. 7 Partes del programa del PLC.

Figura 5. 7 Partes del programa del PLC.

 

 

Una vez que se abrió un nuevo escalón estamos en posibilidad de comenzar a insertar los símbolos correspondientes al lenguaje en escalera para formar nuestro programa.  Por lo que ahora seleccionamos el menú específico de trabajo denominado “Elementos”, ya que en esa sección se tienen los símbolos que representan las operaciones que el programa tiene que ir interpretando, a continuación iremos describiendo símbolo por símbolo:

 

Figura 5. 8 Creando un nuevo proyecto.

Figura 5. 8 Creando un nuevo proyecto.

 

Figura 5. 9 Primer escalón.

Figura 5. 9 Primer escalón.

 

 

El primer conjunto de símbolos corresponde a variables de señales de entrada, estas se denominan como contacto normalmente abierto (N.A.) y contacto normalmente cerrado (N.C), y su función principal es la de informar al PLC el estado lógico en que se encuentran las variables físicas que son captadas a través de sensores, y al igual que los contactos de un relevador, cuando este se encuentra desenergizado el contacto N.A. se encuentra abierto, mientras que el contacto N.C. se encuentra cerrado, y cuando se activan el contacto N.A. se cierra y el contacto N.C. se abre, o dicho en otra palabras existe un cambio de estado cuando los contactos son manipulados.

 

figura 5. 10 variables de entrada

Figura 5. 10 Variables de entrada.
 
Estos contactos constituyen las “CONDICIONES” que sirven para generar la lógica de programación del PLC, ya que es a través de estos que se implementan las funciones lógicas que el programa de control de algún proceso industrial utiliza. Para insertar alguno de estos símbolos basta con seleccionarlo con el apuntador del ratón y darle clic con el botón izquierdo, esta acción provocará que se abra una ventana preguntando que tipo de entrada es, por lo que aquí seleccionaremos si se trata de una entrada a través de los bornes de conexión (entrada física) o se trata de una entrada interna (estado generado por alguna operación interna del PLC).  Una vez seleccionado el tipo de entrada tendremos que decirle de donde leerá la información por lo que tenemos que seleccionar el origen de la entrada (ya sea física o interna) y por último asignarle una etiqueta que corresponda con la información que esta leyendo.
 
 
Figura 5. 11 Configuración de las entradas.
Figura 5. 11 Configuración de las entradas.
 
 
El segundo conjunto de símbolos corresponde a variables de salida las que a su vez activaran elementos de potencia, mismos que pueden ser motores de CD o de CA, calefactores, pistones, lámparas, etc.  Los símbolos que se emplean para representar a las salidas en el lenguaje en escalera, tienen el mismo significado que en un diagrama eléctrico tiene la bobina de un relevador, y lo mismo que sucede con uno real para que se energize se tienen que cumplir ciertas condiciones lógicas previas, así sea el accionamiento de un botón.  Los símbolos que activan a las salidas constituyen las “ACCIONES” que todo proceso industrial debe efectuar, esto es para modificar las variables físicas que se encuentran interviniendo en cualquier línea de producción.    Las salidas dependiendo de cómo se lleve a cabo su manejo de memoria, reciben los nombres de salida momentánea o salida memorizada.
 
 
Figura 5. 12 Variables de salida.
Figura 5. 12 Variables de salida.
 
 
La  salida momentánea nos representa un estado lógico que hará encender o apagar cualquier elemento actuador, esta salida se caracteriza por el modo de operación que nos dice que para tener un “1” lógico a la salida es requisito indispensable el que las CONDICIONES que prevalecen a la entrada se mantengan todo el tiempo que sea necesario para que ese “1” lógico exista, de cualquier otra forma lo que se tendrá es un “0” lógico a la salida.  La salida memorizada contiene de manera implícita una memoria, la cual es de mucha utilidad para mantener el estado de “1” lógico durante todo el periodo de tiempo que el proceso así lo requiera, y lo único que se tiene que hacer es activar la salida con memoria, cuando se activa la salida memorizada no importa que cambien las CONDICIONES, el estado de “1” lógico no se modifica. Ahora bien, cuando sea necesario que se tenga que cancelar la memoria o también se puede expresar que se apagará la salida, ó se llevará al estado de “0” lógico, lo que se tiene que realizar es accionar la desactivación correspondiente.
 
 
Figura 5. 13 Configuración de las salidas.
Figura 5. 13 Configuración de las salidas.
 
 
Cuando se utiliza una salida se tienen dos posibilidades de configurarla, un tipo de salida es como externa por lo que la definiremos como salida, y para ello le indicaremos a que terminal física del bornero de conexión esta reflejándose su actividad.   El segundo tipo de salida es considerada como interna y se denomina como marca, y lo que representa es que esta marca es una condición interna del programa de control que no tiene reflejo hacia algún elemento actuador.   Cabe mencionar que para el programa del PLC que empleamos en Saber Electrónica, se permite tener tan solo un diferente símbolo de salida, y si requerimos mas de uno, se necesita abrir tantos escalones como salidas tengamos en nuestro proceso.
 
 
El tercer conjunto de símbolos esta compuesto por uno solo y se trata del temporizador, el cual es una herramienta que tiene la función de activar el conteo de un intervalo de tiempo que tiene como base 1 segundo, el tiempo máximo que se puede fijar es el de 255 segundos. El temporizador es una gran ayuda sobre todo cuando se pretende establecer una condición de seguridad para el operador, por ejemplo, cuando haya transcurrido un tiempo de algunos segundos sin que exista respuesta alguna, entonces el accionamiento de los botones de control no responderán si no hasta que el proceso se restablezca. El temporizador una vez que es activado comienza a cuantificar el tiempo de forma descendente, y cuando llega a 0 segundos origina una salida interna con el estado de 1 lógico, cancelándose esta salida cuando se restablece el temporizador.
 
 
Figura 5. 14 Elección del Temporizador.
Figura 5. 14 Elección del Temporizador.
 
 
El cuarto conjunto de símbolos sirven para utilizar la herramienta que tiene la función de contar de eventos, a este contador se le tiene que fijar cual es el valor máximo al que tiene que llegar que dependiendo del PLC, pero normalmente para controlar el proceso de llenado de una caja con productos no se requieren de valores muy altos. Una vez que fue activado y llega a su conteo máximo, se origina una salida interna con el estado de 1 lógico avisando que ha llegado al valor de conteo prefijado, para colocar en 0 lógico la salida interna del contador, este se debe de restablecer para pode comenzar con un nuevo proceso de conteo.
 
 
Figura 5. 15 Símbolos del contador.
Figura 5. 15 Símbolos del contador.
 
 
El quinto conjunto de símbolos esta integrado por dos herramientas, una que sirve para diseñar funciones que operen a manera de subrutinas y otra que sirve para saltar un escalón, que es lo mismo que inhabilitarlo.  Las subrutinas se emplean cuando en el desarrollo de nuestra aplicación, existen condiciones que se repiten mas de una vez, y si las ingresamos en cada escalón diferente nos llevaría a incrementar enormemente nuestro programa, razón por la cual para simplificarlo se diseña una función que internamente contenga toda la lógica de control que se repite constantemente y posteriormente solo se llama y ya no se ingresan todos los símbolos         La segunda herramienta que sirve para saltar un escalón se emplea cuando dependiendo del contexto del programa de control lógico, cuando una condición se lleva a cabo conlleva el seleccionar uno de dos o mas caminos, por lo que se selecciona el adecuado y se eliminan los demás.
 
 
Figura 5. 16 Llamadas de funciones.
Figura 5. 16 Llamadas de funciones.
 
 
El sexto y último conjunto de símbolos sirve para realizar bifurcaciones cuando se están ingresando los contactos ya sean N.A. o N.C.  Estos símbolos sirven para abrir una rama y también para cerrarla.
 
 
Figura 5. 17 Herramientas para abrir y cerrar una rama.
Figura 5. 17 Herramientas para abrir y cerrar una rama.
 
 
Una vez que hayamos ingresado todos los símbolos de nuestro programa en lenguaje en escalera, es recomendable antes de programar al PLC simular las funciones lógicas y tener la certeza de que nuestra lógica funciona por lo que hacemos uso de la tecla de acceso rápido correspondiente, como respuesta de la acción anterior se provocara que una ventana se abra visualizando ahí el estado que guardan todas las entradas, salidas, temporizadores, contadores, etc.
 
 
Figura 5. 18 Ventana de simulación.
Figura 5. 18 Ventana de simulación.
 
 
Para realizar la simulación de nuestro programa tenemos que ir manipulando en el recuadro correspondiente las condiciones, o sea las entradas y tan solo basta con que coloquemos el apuntador del ratón y oprimamos el botón izquierdo del mismo para cambiar el estado lógico que contenía.
 
 
Figura 5. 19 Herramienta para descargar el código al PLC.
Figura 5. 19 Herramienta para descargar el código al PLC.
 
 
Cuando se ha simulado el programa y este ejecuta todas las condiciones lógicas que le programamos, ya estamos en posibilidad de cargar el programa al PLC, por lo que ahora conectamos el cable de programación tanto al puerto serie de la computadora como a la terminal correspondiente del PLC, y para ello hacemos uso del botón de acceso rápido.
 
 
Pues bien, aquí sé a descrito lo que corresponde al ambiente gráfico del programa de nuestro PLC, pero lo importante para aprender a programar uno es que realice los ejercicios que hemos propuesto a lo largo de este libro, y aunque no posea algún PLC, basta con el software para practicar ya que este contiene un simulador. Por otra parte, también es digno de mencionarse que si en un futuro pretenden programar un PLC de ora marca y con otras características, no existe el mayor problema ya que al aprender el lenguaje en escalera, prácticamente están aprendiendo a programar cualquier PLC, esto porque el lenguaje en escalera es universal para todos.

 

Actuadores en un PLC

Los actuadores son elementos de potencia que deben poseer la energía suficiente para vencer a las variables físicas que se están controlando,  y de esta manera poder manipularlas. Los actuadores dependiendo de la fuerza que se requiere se clasifican de acuerdo a lo siguiente:

 

Clasificación de los actuadores

 

Los sensores los podemos definir como dispositivos electrónicos que convierten una variable física a un correspondiente valor eléctrico, este valor eléctrico puede estar en términos de la corriente, voltaje ó resistencia. Los sensores a su vez pertenecen a los elementos de entrada de datos de un sistema de control automático, por lo que la clasificación de los elementos de entrada queda como sigue:

 

 
Clasificación de los elementos de entrada
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  • Activadores Manuales
  • Sensores

 

Los activadores manuales son elementos que se emplean para iniciar las actividades de un proceso de producción, o para detenerlo. Los activadores manuales son botones que pueden poseer contactos normalmente abiertos (N/A) o normalmente cerrados (N/C) o inclusive uno de cada uno. Estos botones pueden ser pulsadores tipo (push buton) o con interruptor que una vez que fueron activados requieren de una llave especial para poder desactivarlos.
 
 
Los activadores manuales son elementos de entrada que generan una señal de tipo discreto, esto es se encuentra pulsado (“1 lógico”) o se encuentra en reposo (“0 lógico”).
 
 
Figura 4. 3 Ejemplos de activadores manuales.
Figura 4. 3 Ejemplos de activadores manuales.
 

Los activadores manuales son elementos indispensables que no pueden omitirse de los procesos industriales automatizados, porque siempre hace falta la intervención humana en por ejemplo al accionar por medio de un botón los mecanismos al inicio de la jornada laboral, o detener el proceso cuando algún suceso inesperado ocurra, o simplemente para detener los procesos porque se termino la jornada laboral.

 

Los siguientes elementos de entrada que describiremos son los denominados sensores, estos dispositivos se clasifican en dos categorías que son:

 

Clasificación de los sensores

  • Discretos
  • Analógicos

 

Los sensores discretos simplemente nos indican si se encuentran detectando algún objeto ó no, esto es, generan un “1” lógico si detectan o un “0” lógico si no detectan, esta información es originada principalmente por presencia de voltaje o por ausencia de este, aunque en algunos casos la información nos la reportan por medio de un flujo de corriente eléctrica.Los sensores discretos pueden operar tanto con señales de voltajes de corriente directa (VCD) como con señales de voltajes de corriente alterna (VCA).

 

Los sensores analógicos pueden presentar como resultado un número infinito de valores, mismos que pueden representar las diferentes magnitudes que estén presentes de una variable física, por lo tanto en los sensores analógicos su trabajo se representa mediante rangos, por ejemplo, de 0V a 1.5V y dentro de este rango de posibles valores que puede adquirir la señal del sensor, esta comprendido el rango de medición que le es permitido al sensor de medir una variable física.  En los sensores analógicos la señal que entrega puede representarse mediante variaciones de una señal de voltaje o mediante variaciones de un valor resistivo.

 

SENSORES DISCRETOS

 

Sensores de presencia o final de carrera.- Estos sensores se basan  en el uso de interruptores que pueden abrir o cerrar contactos, dependiendo de la aplicación que se les asigne, por ejemplo, cuando se utilizan como detectores de presencia, se encargan de indicar en que momento es colocado un objeto sobre este, y por medio de la presión que ejerce se presiona su interruptor, lo que permite que se haga llegar una cierta magnitud de voltaje al sistema de control (que en este caso se sugiere que sea un PLC), y obviamente cuando el objeto no se encuentra el voltaje que se reporta será de una magnitud igual a cero.

 

Cuando estos sensores tienen la tarea de detectar un final de carrera o límite de área, es porque se encuentran trabajando en conjunto con un actuador que produce un desplazamiento mecánico, y por lo tanto cuando esa parte mecánica haya llegado a su límite se debe detener su recorrido, para no dañar alguna parte del proceso automático. Cuando el actuador se encuentra en su límite de desplazamiento permitido, acciona los contactos de un interruptor que bien los puede abrir o cerrar, en las figuras 4.4 y 4.5 se muestran ejemplos de los sensores de presencia y final de carrera respectivamente.

 

Figura 4. 4  Sensor de Presencia
Figura 4. 4  Sensor de Presencia
 
 
Figura 4. 5  Sensores de final de carrera.
Figura 4. 5  Sensores de final de carrera.
 
Sensor Inductivo.- Este tipo de sensor por su naturaleza de operación se dedica a detectar la presencia de metales.  El sensor inductivo internamente posee un circuito electrónico que genera un campo magnético, el cual esta calibrado para medir una cierta cantidad de corriente eléctrica sin la presencia de metal alguno en el campo magnético, pero cuando se le acerca un metal, el campo magnético se altera provocando que la corriente que lo genera cambie de valor, lo que a su vez el sensor responde al sistema de control indicándole la presencia del metal.     Una aplicación de este sensor es por ejemplo en las bandas transportadoras en donde van viajando una serie de materiales metálicos, como pueden ser latas y en los puntos donde se deben colocar estas latas, se instalan los sensores, y sin necesidad de un contacto físico el sensor reporta cuando una lata se encuentra en su cercanía.
 
 
Figura 4. 6 Sensor Inductivo.
Figura 4. 6 Sensor Inductivo.
 
 
Sensor Magnético.- El sensor magnético se encarga de indicar cuando un campo magnético se encuentra presente cerca de el.  El sensor magnético posee un circuito interno que responde cuando un campo magnético incide sobre este, este sensor puede ser desde un simple reed switch hasta un circuito más complejo que reporte por medio de un voltaje la presencia o no del campo magnético.    La respuesta tiene que ser guiada hacia el sistema de control para su posterior procesamiento.    Una aplicación de este tipo de sensores puede encontrarse en aquellos actuadores que pueden desplazarse linealmente, y a estos colocarles imanes en sus extremos, para que cuando lleguen al sensor magnético sea detectado el campo del imán y el actuador se detenga y ya no prosiga con su movimiento.
 
Figura 4. 7 Sensor Magnético.
Figura 4. 7 Sensor Magnético.
 
 
Sensor Capacitivo.- Este tipo de sensor tiene la misión de detectar aquellos materiales cuya constante dieléctrica sea mayor que la unidad (1).   El sensor capacitivo basa su operación en el campo eléctrico que puede ser almacenado en un capacitor, el cual dependiendo del material dieléctrico la carga almacenada será muy grande o pequeña, teniendo como base la constante dieléctrica del aire que es igual que 1, cualquier otro material que puede ser plástico, vidrio, agua, cartón, etc, tienen una constante dieléctrica mayor que 1.
 
 
Pues bien para detectar un material que no sea el aire, el sensor capacitivo tiene que ser ajustado para que sepa que material debe detectar.  Un ejemplo para emplear este tipo de sensor es en una línea de producción en donde deben llenarse envases transparentes ya sean de vidrio o plástico, con algún líquido que inclusive puede ser transparente también.
 
Figura 4. 8 Sensor Capacitivo
Figura 4. 8 Sensor Capacitivo
 
 
Sensor Óptico.- El sensor óptico genera una barrera a base de la emisión de un haz de luz infrarrojo, motivo por el cual este sensor se dedica a la detección de interferencias físicas o incluso a identificar colores y obtener distancias.   Este sensor se basa en el uso de un diodo emisor de luz infrarroja, que por naturaleza del ojo humano no la podemos percibir, el diodo emisor envía el haz de luz y por medio de la reflexión, este haz de luz se hace regresar para ser captado por medio de un fotodiodo o fototransistor que es el que entrega una señal como respuesta a si existe el haz de luz infrarroja o no esta presente.
 
 
Se la misma manera puede identificar colores, ya que la reflexión sobre una superficie puede ser total o parcial ya que los materiales pueden absorber el haz de luz infrarrojo, dependiendo del olor que tenga su superficie.      Y para medir distancias se puede tomar el tiempo que tarda el haz de luz en regresar y por medio de una formula muy simple se puede calcular la distancia ya que v = d/t, en donde el tiempo lo podemos medir, y v es la velocidad a la que viaja la luz, por lo tanto se puede calcular la distancia d.  La aplicación de este tipo de sensores puede ser muy amplia, ya que se puede utilizar como una barrera para que detecte el momento en que un operario introduce sus manos en un área peligrosa y pueda sufrir un accidente, o para detectar cuando el haz de luz se corta que un material lo atravesó cuando viajaba por sobre una banda transportadora entre otras aplicaciones.
 
 
Figura 4. 9 Sensor Óptico.
Figura 4. 9 Sensor Óptico
 
 
 
SENSORES ANALÓGICOS
 
 
Sensor de temperatura.- Este es de los sensores más comunes que se emplean dentro de un proceso industrial, ya que por ejemplo en la industria alimenticia ó metalúrgica ó inyección de plásticos, etc.        Se requiere de mantener los procesos ya sean de cocción ó fundición por ejemplo en sus niveles de temperatura adecuada, ahora bien, dependiendo del proceso que se esta controlando, de los niveles de temperatura que se tienen que medir, y de la resolución se cuenta con un sensor adecuado a las características que posee el proceso.
 
 
En este caso para medir la temperatura se cuenta con una gama amplia de sensores que realizan esta tarea, por lo que procederemos a describir los sensores de temperatura más comunes:
 
RTD.- Su nombre es el de Resistencias Detectoras de Temperatura (por sus siglas en ingles RTD), también llamadas resistencias metálicas, la característica principal de estos sensores es que poseen coeficiente positivo de temperatura (PTC), lo que significa que al incrementarse la temperatura que se está sensando se produce un aumento en la resistencia de los materiales que conforman al RTD.
 
 
La respuesta que presentan estos sensores por lo general es de características lineales, esto es, cuando cambia el valor de la temperatura se refleja con un cambio proporcional del valor de resistencia. El rango de medición de temperatura se encuentra aproximadamente entre -200 °C y 400 °C.  Este sensor requiere de un circuito de acoplamiento para hacer llegar su información al sistema de control.
 
 
Figura 4. 10 RTD.
 
Figura 4. 10 RTD.
 
 
Termistores.- Su nombre es el de Resistencia Sensible a la Temperatura (por sus siglas en ingles Termistor), este tipo de sensor poseen tanto coeficiente positivo de temperatura (PTC) como coeficiente negativo de temperatura (NTC), lo que significa que al incrementarse la temperatura que se está sensando se produce un aumento en la resistencia de los materiales que conforman al termistor (PTC), mientras que en los NTC al incrementarse la temperatura se disminuye el valor de resistencia, y al decrementarse el valor de la temperatura se aumenta el valor de la temperatura. La respuesta que presentan estos sensores no es lineal, si no más bien es del tipo exponencial, esto significa que cuando cambia el valor de la temperatura se obtiene un cambio brusco de resistencia, por lo que este tipo de sensores es empleado para registrar cambios finos en la variable de la temperatura. El rango de medición de temperatura se encuentra aproximadamente entre -55 °C y 100 °C.  Este sensor requiere de un circuito de acoplamiento para hacer llegar su información al sistema de control.
 
 
Figura 4. 11 Termistor.
Figura 4. 11 Termistor.
 
 
Termopar.- Este sensor debe su nombre debido al efecto que presenta la unión de 2 metales diferentes, esta unión genera una cierta cantidad de voltaje dependiendo de la temperatura que se encuentre presente en la unión de los 2 metales.     La respuesta que presentan estos sensores se encuentra en términos de pequeñas magnitudes de voltaje (entre μV y mV) que tienen correspondencia directa con el valor de la temperatura que se esta midiendo y se puede considerar como una respuesta lineal. La característica principal de los termopares es que estan diseñados para medir altas cantidades de temperatura, que pueden llegar inclusive al punto de fundición de los metales. El rango de medición de temperatura se encuentra aproximadamente entre -200 °C y 2000 °C.  Este sensor requiere de un circuito de acoplamiento para hacer llegar su información al sistema de control.
 
 
Figura 4. 12 Termopar.
Figura 4. 12 Termopar.
 

De Circuito Integrado.- Estos sensores se emplean para ambientes que no son tan demandantes en cuanto a su modo de operación, esto es, que por ejemplo no tengan que medir la temperatura de una caldera, expuestos directamente a la flama.Los sensores de circuito integrado internamente poseen un circuito que se basa en la operación de un diodo, que a su vez es sensible a los efectos de la temperatura, estos sensibles nos entregan valores de voltaje que tienen una correspondencia directa con el valor de temperatura que están midiendo.La característica de estos sensores es que son muy exactos, además dependiendo de la matricula y el fabricante, estos ya se encuentran calibrados tanto en °C como en °F ó °K.Estos sensores por lo general no requieren de un circuito de acoplamiento para hacer llegar su información al sistema de control.

 

Galgas extensiométricas.- Estos sensores se puede decir que se adecuan para medir alguna variable dependiendo de la aplicación, porque su principio de operación se basa en el cambio del valor de resistencia que se produce al deformar la superficie de estos sensores.Claro que no pueden medir todas las variables, pero si las que se relacionan con la fuerza y cuya formula matemática es:

f (fuerza) = m (masa) * a (aceleración)

Por lo tanto dependiendo de cómo se coloque la galga extensiomética se puede emplear para medir: la aceleración de un móvil, velocidad, presión ó fuerza, peso (masa) entre las más características de las variables a medir.Las galgas extensiométricas son resistencias variables que cambian su valor dependiendo de la deformación que este presente sobre estos sensores.Estos dispositivos son muy sensibles a los cambios físicos que existan sobre su superficie, y requieren de un circuito que adecue su respuesta y esta pueda ser enviada al circuito de control, para su posterior procesamiento.

 

Con toda la variedad de sensores tanto discretos como analógicos que han sido revisados en esta oportunidad, se han cubierto una buena cantidad de variables físicas que se pueden medir y cuantificar, de hecho se encuentran las más comunes, pero aun así falta tomar en cuenta mas variables físicas como pueden ser las químicas (pH, CO2, etc.) ó también los niveles de humedad ya sea relativa del medio ambiente, ó de la tierra o dentro de algún proceso, y así podemos continuar enumerando variables físicas, pero para cada una de estas existe un sensor que adecuadamente reportara los niveles de su magnitud.

 

Por otra parte, todos los sensores que se encuentran inmersos dentro de los procesos industriales de una empresa se encuentran normalizados, esto es, que no importa la marca ni el fabricante de estos sensores, ya que todos deben cumplir con las distintas normas que rigen a los sistemas automáticos, y como ejemplo de estas normas se tienen las siguientes:

 

ANSI (Normas Americanas).

DIN (Normas Europeas).

ISO (Normas Internacionales).

IEEE (Normas eléctricas y electrónicas).

NOM (Normas Mexicanas).

 

Todas las normas establecen medidas de seguridad, niveles de voltaje, dimensiones físicas de los sensores, etc.

Por último queremos recordar que los sensores son elementos importantes en el proceso de automatización, razón por la cual se deben seleccionar adecuadamente y posteriormente cuando se este diseñando el programa para el PLC que normalmente el que manejamos es el llamado lenguaje en escalera, representemos la actividad de los sensores mediante los símbolos que ya hemos revisado en entregas anteriores, que a manera de recordatorio las enlistamos a continuación.

 

*.- Accionamiento de entrada momentáneo (para los sensores).

 

Recapitulando, se puede mencionar que los sensores representan a los ojos del sistema de control automático, mientras que la otra parte importante y es la que manipula al proceso dependiendo de los datos alimentados al sistema de control, se le conoce con el nombre de “actuadores”.

Para poder automatizar cualquier proceso industrial, es necesario contar con una amplia gama de sensores que haciendo una analógica con el cuerpo de cualquier ser viviente, representarían sus sentidos, o dicho de otra manera, los sensores son los elementos que recogen la información del mundo exterior, y la hacen llegar al sistema del control automático.

 

Cuando se llega a la etapa de la selección de los sensores, es porque ya se ha realizado el correspondiente análisis de la línea o proceso que se tiene que automatizar, por lo tanto la fase de análisis tuvo que haber incluido la elaboración de los correspondientes esquemas ó diagramas ó planos de situación como el mostrado en la figura 4.1. Estos planos de situación son los elementos en donde se visualiza en donde deben instalarse, así como el tipo de sensor que de acuerdo con la variable física que va a medir, debe seleccionarse.

 

La variable física que tiene que medirse es el aspecto más importante a tomarse en cuenta, ya que este aspecto es el que marca el tipo de sensor que habrá de instalarse, para ello en la actualidad existe una amplia variedad de sensores que de manera especifica pueden medir diferentes variables físicas, como pueden ser la temperatura, humedad relativa de la tierra, humedad relativa del medio ambiente, presión sobre una superficie, presión por calor, distancias longitudinales, presencia de materiales, colores, etc.

 

Figura 4. 1 Plano de situación.

Figura 4. 1 Plano de situación.

 

Ahora bien, ya se sabe que variable física se tiene que medir, supongamos que sea la temperatura (es una de las variables que comúnmente se tienen que estar controlando), tenemos que saber que rango de temperatura se va a medir, ya que no es lo mismo controlar la temperatura ambiente de una habitación ó recinto que la temperatura de una caldera, por otra parte dependiendo del proceso que vamos a automatizar, debemos tomar en cuenta la resolución de los cambios de la temperatura, esto es, no es lo mismo controlar una incubadora ó invernadero en donde variaciones de hasta ¼ de grado centígrado tienen que registrarse, que controlar un crisol en donde se deposita el acero fundido que por lo menos debe estar a una temperatura promedio aproximadamente de 2000 °C, y en donde el registro de variaciones de 1°C no sirven para mucho.

 

De acuerdo a lo anterior nuevamente hacemos hincapié en la importancia que tiene la selección de los sensores, por lo tanto para ayudar con esta actividad comencemos a clasificar los distintos tipos de sensores que existen en le mercado.

 

Todos los sensores son una rama de los llamados transductores, que a su vez se trata de dispositivos que convierten la naturaleza de una variable física en otra, para que se entienda lo que es un transductor lo haremos por medio del siguiente ejemplo:

Para que un PLC realice todas las acciones de control de un proceso industrial, es necesario que trabaje con diferentes tipos de señales eléctricas, que salvo la de alimentación de energía, todas las demás señales transportan alguna información que es requerida por el proceso de control industrial.

 

Antes de trabajar con señales eléctricas primero debemos saber que son, por lo que a continuación se expresa como queda definida lo que es una señal eléctrica:

 

“Es la representación en magnitudes de valores eléctricos de alguna información producida por un medio físico”.

 

El voltaje de corriente alterna que suministra la alimentación principal al módulo de alimentación del PLC, no se encuentra dentro del grupo de señales que transportan información, ya que su cometido principal es el de energizar todos los equipos. Una vez que el suministro de corriente alterna llega al módulo de alimentación del PLC, esta energía es convertida a un voltaje de corriente directa con los valores necesarios para energizar al microcontrolador y sus dispositivos auxiliares (5 VCD lógica TTL).
 
 
Las señales que generan los sensores y que posteriormente llegan al microcontrolador del PLC por medio de los módulos de entrada, contienen la información de cómo se encuentran los parámetros físicos del proceso de producción, mientras que la señal que se hace llegar a los actuadores por la mediación de los módulos de salida, alberga la información de activación del elemento de potencia que modificará el valor de la variable física que también esta presente en el proceso industrial.
 
 
En general todas las señales consideradas de control, transportan información que es esencial para que el proceso de producción no se detenga y mantenga bajo niveles adecuados todos los parámetros físicos que se encuentran involucrados en la industria.
 
 
Las señales eléctricas pueden tener ser de diversas formas y están clasificadas de muchas maneras, todo depende de la aplicación en donde tendrán injerencia, a grandes rasgos existen solo dos tipos de señales, las llamadas “analógicas ó continuas” y las llamadas “discretas ó discontinuas”.
 
 
Una gran cantidad de sensores de variables físicas ofrece como resultado una señal de naturaleza analógica, como pueden ser los de temperatura, humedad, intensidad luminosa, presión, etc.
 
 
Las señales analógicas son empleadas para representar un evento que se desarrolla de forma continua (de ahí su nombre), o para generar una referencia en cuanto a la ubicación de un punto en un lugar físico.
 
 
Las características principales de las señales analógicas son:
 
  • Alta potencia de transmisión.
  • Transmisión a grandes distancias.

 

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.

 

Figura 3. 22 Dispositivo de Programación de un PLC.

Figura 3. 22 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.

 

Figura 3. 23 Programación de un PLC.

Figura 3. 23 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.

 

Figura 3. 24 Programación de un PLC empleando una PC.

Figura 3. 24 Programación de un PLC empleando una PC.

 

El empleo de una computadora personal cada vez cobra más auge ya que es muy fácil realizar la programación de un PLC, y en la actualidad no solo se genera el programa sino que también se puede simular antes de que se descargue el programa en la memoria del PLC, fomentando con esto una mayor productividad y un mejor desempeño al prácticamente eliminar los posibles errores tanto de sintaxis como el error lógico.

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