GUIA DE ESTUDIO BASICA PLC

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GUIA DE ESTUDIO BASICA PLC

  1. 1. INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGIA DEL ESTADO TRUJILLO AUTOMATIZACIÓN MEDIANTE CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES (P.L.C.) APUNTES VER. 1 / TEORÍA BÁSICA DEL PLC ® T.S.U. PEDRO A. TORRES C.
  2. 2. Controles Industriales 1 AUTOMATIZACIÓN Evidentemente que con el correr de los tiempos el trabajo humano ha sido y será sustituido por mecanismo que reciben instrucciones (programas) o que están conectados adecuadamente para realizar tareas complejas dentro de los diferentes procesos de control o producción, esta liberación física y mental del hombre de dichas labores se conoce como AUTOMATIZACIÓN. 2 PARTES DE UN SISTEMA AUTOMÁTICO Todo sistema automático por elemental que sea se basa en el concepto de bucle o lazo, como se representa en la figura 1. Figura 1. Diagrama básico de un sistema automático SEÑALES DE DETECCIÓN SENSÓRICA AUTOMATISMO TRABAJO O PARTE . MÁQUINA O PROCESO DE CONTROL ACTUADORES DE CAMPO ORDENES DE FUNCIONAMIENTO ® T.S.U. Pedro Torres C. 1
  3. 3. Controles Industriales 3 CARACTERÍSTICAS DE UN SISTEMA AUTOMÁTICO Los sistemas automáticos están directamente vinculados a máquinas e instalaciones complejas y de producción rápida, independiente, segura y precisa. Un sistema automático en todo el concepto de su instalación cumple con las siguientes características: 1. - Simplifica considerablemente el trabajo del operario y le da libertad para realizar otras actividades. 2. - Permite pasar de un tipo de producción a otro fácilmente. 3. - Mejora y atiende la calidad del producto. 4. - Mejora y aumenta la producción. 5. - Ahorra material y energía (figura 2). 6. - Aumenta la seguridad del personal. Figura 2. Ahorro de material y energía ® T.S.U. Pedro Torres C. 2
  4. 4. Controles Industriales 4 OPCIONES PARA LA AUTOMATIZACIÓN La automatización se efectúa mediante diferentes procedimientos esquematizados a continuación: CONTACTORES Y RELÉS LÓGICA CABLEADA CIRCUITOS ELECTRÓNICOS AUTOMATIZACIÓN CONTROLADORES DE PROGRAMA FIJO LÓGICA PROGRAMADA CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES (PLC) Cuando se requiere cambiar o modificar el proceso o la función realizada por el mecanismo de automatización, la lógica cableada requiere todo un cambio en su interconexión o estructura, bien sea a relés o de circuitos electrónicos, no así la lógica programada que solo requerirá un cambio en su programación. En un controlador de programa fijo esto implica cambiar algunos elementos del circuito (memorias) pero será mucho más sencillo si se trata de un controlador lógico programable ya que solo se necesitará hacer una modificación del programa almacenado en él. ® T.S.U. Pedro Torres C. 3
  5. 5. Controles Industriales 5 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES (PLC) Un Controlador Lógico Programable, Autómata Programable o simplemente PLC es una computadora industrial (basado en microprocesadores o microcontroladores) que acepta entradas desde interruptores (pulsadores, finales de carrera, presostatos, termostatos, etc.) y/o sensores digitales o analógicos (de proximidad, fotosensibles, de temperatura, de flujo, etc.) evalúa esas entradas de acuerdo con un programa preestablecido y almacenado, y genera salidas digitales y/o analógicas para controlar máquinas y procesos. En la figura 3 se muestra un diagrama de bloques de un controlador lógico programable. Figura 3. Diagrama básico de bloques de un PLC PROGRAMADOR TABLA DE ENTRADAS PROGRAMA TABLA DE SALIDAS INFORMACIÓN ALMACENADA UNIDAD DE PROCESOS (CPU) ELEMENTOS ELEMENTOS DE ENTRADA SISTEMA DE ENTRADA/SALIDA DE SALIDA ® T.S.U. Pedro Torres C. 4
  6. 6. Controles Industriales 5.1 ANTECEDENTES HISTÓRICOS En 1968, Ford y General Motor solicitan a sus proveedores de automatismo la realización de un sistema de control para algunas de sus máquinas importantes, que debía ser fácilmente programable y sin recurrir a las computadoras industriales ya en servicio en la industria. Entre estos microcomputadores y la lógica cableada aparecen los primeros modelos de Autómatas, también llamados Controladores Lógicos Programables (PLC). Conceptuados inicialmente para el tratamiento de la lógica secuencial, los PLC actualmente extienden sus aplicaciones hacia todos los campos del control de procesos y de maquinas industriales. 5.2 CAMPOS DE APLICACIÓN Por sus características especiales y la constante evolución del hardware y software aumenta continuamente su campo de aplicación, satisfaciendo las necesidades que se presentan en la gama de sus posibilidades. Su eficacia se aprecia fundamentalmente en procesos en que se producen necesidades tales como: • Espacio reducido. • Procesos de producción periódicamente cambiantes. • Procesos secuenciales. • Maquinarias de procesos variables. • Instalaciones de procesos complejos y amplios. • Chequeo de programación centralizada de las partes del proceso. ® T.S.U. Pedro Torres C. 5
  7. 7. Controles Industriales 5.3 VENTAJAS • Menor tiempo empleado en la elaboración del proyecto, ya que no se dibujan esquemas a contactos, no es necesario simplificar ecuaciones lógicas (posee memorias suficientemente grandes) y la lista de materiales queda notablemente reducida al igual que los proveedores. • Flexibilidad de configuración y programación. • Rápidos cambios con solo programarlos. • Amplia variedad de funciones: reles internos, contadores, secuenciadores, shift register, flip-flop, etc.. • Múltiples referencias: un relé puede tener en el programa múltiples contactos NC y NO. • Mínimo espacio de ocupación. • Menor costo en la mano de obra de instalación. • Ahorro de tiempo en el montaje del equipo. • Economía de mantenimiento (aumenta la fiabilidad del sistema al eliminar partes mecánicas y contactos que se gasten o ensucien). • Localización rápida de fallas. • Posibilidad de gobernar varias máquinas. • Si por alguna razón la máquina queda fuera de servicio, el PLC sigue siendo útil para otra máquina o sistema de producción. 5.4 INCONVENIENTES • Hace falta un programador, por lo que se debe adiestrar el personal relacionado. • El costo inicial, esto es según las características del automatismo en cuestión. 5.5 ESTRUCTURA EXTERNA Actualmente, son dos las estructuras más significativas que existen en el mercado: ® T.S.U. Pedro Torres C. 6
  8. 8. Controles Industriales • Estructura compacta: este tipo de Autómata se distingue por presentar en un solo bloque todos sus elementos, esto es, fuente de alimentación, CPU, memorias, entradas/salidas, etc. • Estructura modular: como su nombre indica se divide en módulos que realizan funciones específicas. Se distinguen dos versiones que denominaremos estructura americana y europea: Estructura americana: se caracteriza por separar las E/S del resto del autómata, de tal forma que en un bloque compacto están reunidas las CPU, memorias de usuario o de programa y fuentes de alimentación, y separadamente las unidades de E/S en los bloques o tarjetas necesarias. Estructura europea: su característica principal es la de que existe un módulo para cada función: fuente de alimentación, CPU, entradas/salidas, etc. 5.6 ESTRUCTURA INTERNA Los Autómatas Programables se componen esencialmente de tres bloques, tal como se presenta en la figura 4. • La Sección de Entradas. • La Unidad Central de Procesos (CPU). • La sección de salida. Figura 4. Estructura interna de un PLC Dispositivos Dispositivos de Sección Sección Unidad Central Sección de entrada de de de de salida o entradas entradas salidas o Procesos captadores actuadores (CPU) ® T.S.U. Pedro Torres C. 7
  9. 9. Controles Industriales • La sección de entradas, mediante la interfaz, adapta y codifica de forma comprensible por la CPU las señales procedentes de los dispositivos de entrada o captadores, también tiene la misión de protección de los circuitos electrónicos internos del autómata, realizando una separación eléctrica entre estos y los captadores. • La unidad central de proceso (CPU) es, por decirlo así, la inteligencia del sistema, ya que mediante la interpretación de las instrucciones del programa de usuario y en función de los valores de entrada, activa las salidas deseadas. • La sección de salidas, trabaja en forma inversa a la de entradas, es decir decodifica las señales procedentes de la CPU, las amplifica y manda con ellas a los dispositivos de salida o actuadores, aquí también existen unas interfaces de adaptación a las salidas y de protección de circuitos internos. Son necesarios otros elementos para que el autómata sea operativo (fig.5), tales como: La unidad de alimentación, o fuente de alimentación adapta la tensión de red de 120 volt o 220 volt, 60Hz a la de funcionamiento de los circuitos electrónicos internos. La unidad de programación, para que el usuario acceda al interior de la CPU para cargar en memoria su programa, se acopla a ésta mediante un cable y un conectador, o bien se enchufa directamente a la CPU. Periféricos, son aquellos elementos auxiliares, físicamente independientes del autómata, que se unen al mismo para realizar su función específica y que amplían su campo de aplicación o facilitan su uso. No interviene ni en la elaboración ni en la ejecución del programa. Interfaces, son aquellos circuitos o dispositivos electrónicos que permiten la conexión a la CPU de los elementos periféricos descrito. ® T.S.U. Pedro Torres C. 8
  10. 10. Controles Industriales Figura 5. Otros elementos para ser operativo Unidad de alimentación Dispositivos Dispositivos de Sección Sección Unidad Central Sección de entrada de de de de salida o entradas entradas Procesos salidas o captadores (CPU) actuadores Interfaces Dispositivos periféricos Consola de programación En la figura número 6, se muestra la arquitectura básica de un PLC. 5.7 UNIDADES DE ENTRADA-SALIDA (E/S) En los autómatas compactos, las E/S están situadas en un solo bloque junto con el resto del autómata. En los modulares, las E/S son módulos o tarjetas independientes con varias E/S, y que se acoplan al bus de datos por medio de su conductor y conector correspondiente, o bien a un bastidor o rack, que le proporciona dicha conexión al bus y su soporte mecánico. ® T.S.U. Pedro Torres C. 9
  11. 11. Controles Industriales Figura 6. Arquitectura básica de un PLC Area de la CPU Area de memorias Programa Memoria Memoria Otros elementos y memoria de de trabajo análg y digt uP del sistema datos del usuario del sistema ROM RAM RAM Bus CPU Area de Interfaces Area de E/S Fuente Interfaz Interfaces Interfaces de de unidad de entradas Entradas Salidas alimen- de progra- periféricos mación salidas tación De red A unidad A perifé- De A actuadores A BUS de alimen- de progra- ricos captadores externo tación mación 5.7.1 ENTRADAS Las entradas son fácilmente identificables, ya que se caracterizan físicamente por sus bornes para acoplar los dispositivos de entrada o captadores, por su numeración y por su identificación INPUT o ENTRADA; lleva además una indicación luminosa de activado por medio de un diodo LED. En cuanto a la tensión, las entradas pueden ser de tres tipos: • Libres de tensión. • A corriente continua. • A corriente alterna. ® T.S.U. Pedro Torres C. 10
  12. 12. Controles Industriales En cuanto al tipo de señal, éstas pueden ser: analógicas y digitales. a) Analógicas Cuando la magnitud que se acopla a la entrada corresponde a una medida, por ejemplo, presión, temperatura, velocidad, etc. , esto es, analógica, es necesario disponer de este tipo de módulo de entrada. Su principio de funcionamiento se basa en la conversión de la señal analógica a código binario mediante un convertidor analógico-digital(A/D). A continuación se enlistan los parámetros más significativos: Campo o rango de Tiempo Intensidad o Resolución Precisión De conversión tensión 0 ...... 10 v 8 bits 1 ms ± (1% + 1 4 ...... 20 mA 8 bits 1 ms bit) 0 ....± 10 v 12 bits 1 ms en entradas 4 ...... 20 mA 12 bits 1 ms y ± 1% en salidas b) Digitales Son las más utilizadas y corresponden a una señal de entrada todo o nada. Ejemplos de estos elementos son los finales de carrera, interruptores, pulsadores, etc... La figura 7 representa el esquema simplificado de un circuito de entrada por transistor del tipo NPN, y en el que se destaca el aislamiento eléctrico hecho por el opto acoplador. ® T.S.U. Pedro Torres C. 11
  13. 13. Controles Industriales Figura 7. Esquema simplificado de un circuito de entrada digital Led indicador R1 Convensional o del estado Entradas Diodo R3 I/O Tabla CPU sólido (PNP) BUS status + Entradas vcc R2 - Optoacoplador 5.7.2 SALIDAS La identificación de las salidas se realiza igual que en las entradas, figurando en este caso la identificación de OUTPUT o SALIDA; incluye un indicador luminoso LED de activado. Estas pueden ser: analógicas o digitales. Las analógicas se basan en la conversión del código binario a señal analógica mediante un convertidor digital - analógico (D/A) con parámetros significativos igual a los descritos para las entradas analógicas. En cuanto a las salidas digitales se pueden dar tres tipos de salida: • A relé. • A triac. • A transistor. La salida a transistor se utiliza cuando los actuadores son a corriente continua, las de relé y triac suelen utilizarse cuando los actuadores son a corriente alterna. La intensidad que soportan las salidas oscila entre 0,5 y 2 Amp. La figura número 8, muestra el circuito de salida digital a triac; se destaca el aislamiento eléctrico y el circuito protector para cargas inductivas. ® T.S.U. Pedro Torres C. 12
  14. 14. Controles Industriales Figura 8. Esquema simplificado de un circuito de salida digital a triac Led indicador R1 Triac Varistor M Tabla I/O R CPU Salida status BUS Salidas C Vac Carga Circuito Optoacoplador por eje. contactor protector Circuito de amplificador cargas inductivas 5.8 CONEXIONADO DE ENTRADAS Y SALIDAS DIGITALES (E/S) En la figura número 9, se muestra el conexionado típico de entradas y salidas digitales. Figura 9 Conexionado típico de entradas y salidas digitales BORNERA DE ENTRADAS B1 B2 B3 B4 C CONTACTOS DE CAMPÒ MODULO AC: FASE MODULO DC: V+ MODULO AC: NEUTRO O FASE MODULO DC: V- BORNERA DE SALIDAS B1 C B2 C ACTUADORES DE CAMPO M1 M2 MODULO AC: FASE MODULO DC: V+ MODULO AC: NEUTRO O FASE MODULO DC: V- ® T.S.U. Pedro Torres C. 13
  15. 15. Controles Industriales 5.9 COMO SELECCIONAR UN PLC Técnica sugerida para estimar un Controlador Lógico Programable según los requerimientos del sistema a controlar: 1) Cuantificar la aplicación según los requerimientos de control. Actualmente los PLC tienen una gran variedad de interfaces o tipos de entradas y salidas. Usaremos tres categorías genéricas: Discretas o ON/OFF. Analógicas o variables. Propósitos especiales. 2) Una vez estimado el total de los puntos I/O requeridos, el siguiente paso es decir la localización de los módulos, ya sea en el propio sitio donde se efectúa el control o si es remoto. 3) Es importante considerar el tipo de función de control que será necesario. Esas funciones de control son importantes a la estimar la cantidad de memoria a usar. 4) Es importante definir la velocidad de aplicación. Esto en aplicaciones en donde el tiempo de respuesta es critico. 5) Establecer la cantidad de memoria del programa. 5.10 MANTENIMIENTO Aunque la fiabilidad de estos sistemas es alta, las consecuencias derivadas de sus averías originan un alto costo, por lo que se necesita de un plan de mantenimiento preventivo y de estrategias para la localización y reparación de las averías. Mantenimiento preventivo. Su periodicidad es tanto más cortas cuanto más complejo sea el sistema. Localización y reparación de averías. La detección de averías en los autómatas generalmente se determina por los dos procedimientos que han desarrollado los fabricantes e incluido en el mismo, y son: ® T.S.U. Pedro Torres C. 14
  16. 16. Controles Industriales Por la lista de mensajes de error correspondientes a los leds indicadores que se encuentran en el frente de la CPU. Por las indicaciones que aparecen en el display de la consola de programación 5.11 INSTRUCCIONES Y PROGRAMAS Programa: es una secuencia de funciones introducidas en el Controlador Programable a ser ejecutadas por la CPU con el propósito de controlar una máquina o un proceso. Instrucción u orden de trabajo (figura 10): es la parte más pequeña de un programa y consta de dos partes principales: operación y operando; a su ves el operando esta dividido en símbolo y parámetro. Figura10. Partes de una instrucción de trabajo Instrucción Operando Operación ¿Dónde? ¿Qué? Símbolo Parámetro La operación es el código de la instrucción. Puede venir como código numérico o cifrado o código nemónico. La operación le indica a la CPU qué tiene que hacer, la clase de instrucción que ha de ejecutar. El operando es el complemento al código u operación. Mediante el operando indicamos la dirección del elemento de que se trate. El operando le indica a la CPU dónde debe hacerlo, dónde debe realizar esa instrucción. ® T.S.U. Pedro Torres C. 15
  17. 17. Controles Industriales Ejecución de programas En función de cómo se efectúe la ejecución o barrido del programa, se distinguen las siguientes estructuras de programación: Ejecución lineal: cuando el ciclo de barrido de la memoria del usuario se realiza línea tras línea, y la CPU consulta las instrucciones contenidas en la memoria secuencialmente, una a continuación de la otra, sin alterar este orden, como se muestra en la figura número 11. Figura 11. Ejecución lineal Número de línea 0000 Instrucción 0001 " 0002 " 0003 " n-1 Instrucción n " Salto condicional: cuando el ciclo de ejecución de un programa tiene la posibilidad, previa condición establecida, de alterar la secuencia línea a línea del mismo y dar un salto a otras líneas de programa, dejando un número de líneas sin ejecutar, tal como se indica en la fig. 12. ® T.S.U. Pedro Torres C. 16
  18. 18. Controles Industriales Figura 12. Salto condicional Número de línea 0000 Instrucción 0001 " " U " U+1 SALTO " " V " V+1 " " n-1 Instrucción n " Salto a subrutina: cuando en un programa hay uno o más grupos de secuencias de instrucciones idénticas que se repiten y que habrá que reescribir tantas veces como éstas se repitan en dicho programa principal; se escribe una sola vez la secuencia o subrutina y se va a ella cuando se requiera, tal como se muestra e la figura 13. Figura 13. Salto a subrutina PROGRAMA SUBRUTINAS PRINCIPAL NIVEL 1 NIVEL 2 NIVEL 3 ® T.S.U. Pedro Torres C. 17
  19. 19. Controles Industriales Programas paralelos: en este sistema, el procesamiento se realiza paralelamente y de forma asíncrona. En aquellos casos con un único autómata queremos controlar varios procesos totalmente independientes, este sistema es muy útil, aunque también se utiliza controlando funciones de un proceso único. En la figura 14 se ilustra este funcionamiento. Figura 14. Programas paralelos PROGRAMA DE ASIGNACIÓN DE PROGRAMAS PARALELOS CON LAS DIRECCIONES DE COMIENZO M0 M1 M2 M3 5.12 LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN Existen varios lenguajes de programación para los PLC, aunque su utilización no se puede dar en todos los autómatas; por esa razón los fabricantes indican en las características generales de sus equipos el lenguaje o lenguajes con los que puede operar. Normalmente acompañan al equipo con el Software de programación. Los lenguajes de programación más usuales son aquellos que transfieren directamente el esquema de contactos y las ecuaciones lógicas al autómata, sin embargo, no son los únicos. ® T.S.U. Pedro Torres C. 18
  20. 20. Controles Industriales Los lenguajes y métodos más utilizados son: Nemónico, también conocido como lista de instrucciones, booleano, abreviatura nemotécnica, IL o AWL. Diagramas de contactos, diagramas de escalera, plano de contactos, esquemas de contactos, LD o KOP. Plano de funciones, bloques funcionales, logigrama, FUP. Grafcet o diagrama funcional, diagrama de etapas o fases. Organigrama, u ordinograma, diagrama de flujo. Excepto el nemónico, los demás tienen como base su representación gráfica, pero todos deben ir acompañados del correspondiente cuadro o lista de instrucciones. A continuación se describen los más usados actualmente: ⇒ Nemónico o booleano (IL o AWL). Es un lenguaje en el cual cada instrucción se basa en las definiciones del álgebra de boole. Ejemplo: STR: Operación inicio contacto abierto. ! N : Operación inicio contacto cerrado. OR: Contacto paralelo abierto. & N: Contacto serie cerrado. TMR: Temporizador. OUT: Bobina de relé de salida. ⇒ Diagramas de contactos o diagramas de escalera (LD o KOP). La mayoría de los fabricantes incorporan este lenguaje debido a que se emplea una simbología muy similar a la utilizada en los diagramas de control electromecánicos. ® T.S.U. Pedro Torres C. 19
  21. 21. Controles Industriales En la figura número 15, podemos ver como los diagramas electromecánicos son muy similares a los diagramas de escalera. Figura 15. Diagramas similares L1 L2 LS P1 CR2 001 003 011 En las líneas de los circuitos electromecánicos se requiere continuidad eléctrica para energizar un elemento de salida, en los sistemas programados se requiere continuidad lógica para generar una señal de salida. Como se observa en la figura 15, en el diagrama de programación, los símbolos individuales representan instrucciones y los números, por ejemplo, 001,003 y 011 son direcciones de la instrucción correspondiente. ⇒ Plano de funciones (FUP). Su semejanza con los símbolos lógicos o puertas lógicas facilita su representación para los conocedores de la electrónica lógica. En la figura número 16, se presenta el esquema para la ecuación propuesta. Figura 16. Plano de funciones ECUACIÓN: ((X1*X2)+(X3*X4)+(X5))*X6=Y1 X1 & X2 & Y1 X3 & X4 X5 X6 ® T.S.U. Pedro Torres C. 20
  22. 22. Controles Industriales La programación de los autómatas puede realizarse desde un computador personal (PC) o desde una consola de programación portátil. Existen diferentes lugares en donde guardar la aplicación, por ejemplo: • Memoria RAM (On line): Se trabaja en la memoria en la cual el programa es ejecutado. • EEPROM: Programa salvado permanente. • RAM (Off line): Se trabaja en la memoria de la consola portátil. • Flash EEPROM: Respaldo permanente en la consola de programación. • Tarjetas especiales: respaldo permanente y transportable. 5.13 FUNCIONES DE REGULACIÓN EN EL PLC Las funciones de regulación son elementos base en la programación de modelos de PLC configurados para tal fin. Estas funciones satisfacen especialmente las necesidades siguientes: El proceso secuencial que requiere funciones de regulación auxiliares (ejemplos: máquinas de embalaje en películas de plástico, máquinas de tratamientos de superficies, prensas…). El proceso de regulación simple (ejemplos: hornos para tratamientos de metales, hornos para cerámicas, pequeños grupos frigoríficos…). Las particularidades de regulación y control mecánico cuyo tiempo de muestreo es crítico (ejemplos: regulación de pares, regulación de velocidad). A continuación se describen brevemente las funciones de regulación PID, PWM y SERVO del PLC Modicon TSX Micro. ® T.S.U. Pedro Torres C. 21
  23. 23. Controles Industriales 5.13.1 LA FUNCIÓN PID La función PID a partir de una medida y de un valor de consigna analógico en el formato [0 – 10.000] y proporciona un control analógico en el mismo formato. Algunas características son: Algoritmo PID serie – paralelo. Acción directa / inversa (según signo de la ganancia Kp). Modos de marcha manual / automático con cambio instantáneo. Formato de [0 – 10.000]. Funcionamiento en integrador puro (Kp = Td = 0]. 5.13.2 LA FUNCIÓN PWM La función PWM permite realizar una regulación de amplitud de impulsos en una salida TON. Es una función que formatea la salida PID. La amplitud de los impulsos depende de la salida del PID y del período de modulación. 5.13.3 LA FUNCIÓN SERVO La función SERVO permite realizar una regulación con un accionador de tipo motor controlado en dos posiciones TON (UP y DOWN). Es un condicionamiento de salida que se conecta en cascada a la salida analógica de un PID. Cuando existe una copia de posición, se efectúa un control de la posición a partir de las entradas INP (valor de consigna) y POT (medida de la posición). Cuando la copia no existe físicamente, el algoritmo utiliza la variación de salida en vez de la salida absoluta del PID. La salida UP (o DOWN, según el signo de la variación) ® T.S.U. Pedro Torres C. 22
  24. 24. Controles Industriales se pone a uno (1) durante un tiempo proporcional al tiempo de apertura del accionador y al valor de la variación. Además, se introduce la noción de tiempo mínimo del impulso. 5.14 EL PLC Y LA INTELIGENCIA ARTIFICIAL Todos los grandes avances científicos y técnicos que han tenido lugar desde la creación del hombre hasta nuestros días, tienen un punto común de origen como lo es el cerebro del hombre. El cerebro del hombre, a pesar de su pequeño tamaño, es un componente de características especiales tales como: aprendizaje continuo basado en la experiencia, comprensión de diferentes tipos de información hasta la más difusa y complicada, almacenamiento de información que puede ser utilizada para engranar nuevos conocimientos. Estas características lo hacen extraordinariamente interesante, por lo que el hombre ha realizado un sin fin de investigaciones para lograr reproducir esta genialidad en un sistema artificial. Las Redes Neuronales Artificiales, Lógica Difusa y los Algoritmos Genéticos son un ejemplo de este afán. La inteligencia artificial es utilizada ya en muchos campos profesionales y científicos: economía, medicina, electrónica, ingeniería de control, etc. En el campo de la ingeniería de control tenemos principalmente: identificación de procesos, simulación de la evolución dinámica de procesos y en el control de los mismos. En el siguiente punto se muestra brevemente un ejemplo de la utilización del PLC en la inteligencia artificial con Redes Neuronales. 5.14.1 EJEMPLO DE IMPLEMENTACIÓN DE UNA RED NEURONAL EN EL PLC (MODELO NEURONAL DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR) Para implementar el sistema se empleará un modelo neuronal como el mostrado en la figura 17. ® T.S.U. Pedro Torres C. 23
  25. 25. Controles Industriales Figura 17. Modelo neuronal a implementar y(k) Z -1 U(k) Z -1 Z -1 f(.) Z -1 Z -1 . De donde f(.) esta representada por una red neuronal multicapa de la forma en que se muestra en la figura 18 (obtenida por ensayo y error a partir de datos de entrada y salida) y describirá, en este caso, las condiciones dinámicas del intercambiador de calor. U(k) e y(k) es la entrada y salida respectivamente. Figura 18. Red neuronal multicapa f(.) a1 W1 Wn ... an + + 1 1 b1 bn R S1 Sn La implementación del modelo de la red neuronal en el controlador lógico programable (PLC) será a través de su software de programación en diagrama de escalera o set de instrucciones, tomando como base: la entrada, la salida, pesos, suma ponderada de las entradas y función de activación de la red neuronal. La figura 19 muestra un esquema representativo de la implementación del modelo neuronal del intercambiador de calor en el PLC: ® T.S.U. Pedro Torres C. 24
  26. 26. Controles Industriales Figura 19 Implementación de la red neuronal en el PLC PLC (SIMULADOR DEL INTERCAMBIADOR DE CALOR) SALIDA DEL MODELO Z -1 0 - 10 V ENTRADA AL MODELO 0 - 10 V Z -1 PROGRAMA Z -1 ESCALERA DE LA RED NEURONAL Z -1 Z -1 Cabe destacar, que entre los requerimientos básicos que debe tener el PLC a utilizar, en una aplicación como la anterior, tenemos: entradas y salidas analógicas, operaciones aritméticas, buena resolución (32 bits) y manejo de punto flotante. 5.15 CAPACIDAD DE DIÁLOGO Generalmente poseen puertos seriales RS 485 integrados para intercambio de datos con elementos inteligentes. Pueden formar una red transparente con autómatas iguales. Arquitecturas distribuidas con otros PLC de orden superior con o sin programas actuando como extensión de E / S o PLC esclavos. Si poseen programa intercambian datos con palabras específicas. ® T.S.U. Pedro Torres C. 25
  27. 27. Controles Industriales Pueden intervenir en redes con protocolos de comunicación (p.e. Modbus o Uni-telway) actuando como clientes o servidores. Esto permite también interactuar PLC de diferentes marcas y aplicaciones de larga distancia (enlaces con RTU). 5.16 PASOS A SEGUIR EN UNA APLICACIÓN A continuación se presentan una serie de pasos cuya aplicación no debe considerarse en forma rígida, sino quedan sujetos a juicio del programador, esto basándose en su experiencia o destreza. 1. - Describa las especificaciones del proceso, como existe actualmente o que operaciones deben realizarse y en que orden. 2. - Asigne las entradas y salidas. 3. - Escriba las condiciones de "Activado" y "Desactivado" para cada salida 4. - Escriba el "Diagrama de escalera" para cada salida. Este representa en secuencia correcta, todas las funciones requeridas. 5. - Escriba las instrucciones booleanas para el diagrama de escalera o codifique los símbolos del diagrama en una forma que pueda ser introducida al PLC a través del equipo de programación. 6. - Entre a la lógica del sistema. Transfiera estas instrucciones al PLC vía equipo de programación. 7. - Pruebe el programa, usando un simulador de entradas simule las acciones de entradas programadas para cada salida. 8. - Debut y vuelva a probar. 9.- Salvar el programa. 5.17 ALGUNOS FABRICANTES DE PLC A continuación se presentan algunos fabricantes de PLC: SIEMENS ® T.S.U. Pedro Torres C. 26
  28. 28. Controles Industriales ALLEN-BRADLEY THOSIBA GRUPO SCHNEIDER ELÉCTRIC LG ABB MOOLLER YOKOGAWA 5.18 EJERCICIOS DE APLICACIÓN Para obtener un entrenamiento básico en el manejo y programación de los controladores lógicos programable (PLC) se recomienda revisar las siguientes guías de estudios: • Ejercicios resueltos con Relé Inteligente Zelio Lógic • Descripción básica y ejercicios resueltos con PLC TSX Nano ® T.S.U. Pedro Torres C. 27

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