Introducción:

Ante todo agradecer a aquellas personas que me han escrito animándome a escribir estos cursos de PLC’s, destinados a todos aquellos que deseen introducirse en el fascinante mundo de la automatización Industrial.

También deseo agradecer a mi mujer, Esther, su apoyo y comprensión por las horas pegado a la pantalla escribiendo, tecleando, scaneando, etc mientras me daba su opinión sobre la legibilidad de lo escrito.

Por último, agradecer a mi empresa Sanper, S.A. y a Omron Electronics las facilidades otorgadas para llevar a cabo este proyecto.

Concepción del curso de PLC’s

Parto de la base que las personas que decidan realizar este curso poseen pocos o nulos conocimientos sobre el modo de funcionamiento de estos equipos. No obstante, con el paso de las lecciones iremos incrementando la complejidad de los temas tratados. Aconsejo empezar desde el principio pues aunque parezca muy básico siempre hay cuestiones que se nos escapan.

El curso constará de 25 entregas (ya veremos, depende la aceptación que tenga) que se publicarán en la WEB periódicamente (cada semana).

Sobre el autor

Mi nombre es José Ortega y tengo 29 años he sido programador de PLC’s desde hace más de 14 años. Actualmente trabajo en el Dpto. de desarrollos de una conocida empresa distribuidora de productos Omron. Aunque los capitulos iniciales del curso están escritos utilizando como ejemplo los PLC’s Omron de la serie CQM1, el curso no se presenta bajo la única óptica de Omron. Pretende que podáis aprender y comparar diferentes modelos y marcas en el mercado como Siemens, Izumi, Hitachi, etc He decidido utilizar el PLC de Omron sin presiones de ningún tipo, simplemente por que me parece el más cómodo para iniciarse en el mundo de los PLC’s.

Breve introducción a los PLC’s

Los PLC’s como tales existen desde hace poco tiempo en comparación con otros campos englobados en la electricidad industrial. Los primeros modelos nacieron de la necesidad de sustituir las maniobras habitualmente realizadas con relés y temporizadores de tipo medio – bajo. Así tenemos modelos como el Hitachi HR-20, el Omron 6 o los primeros SIMATIC que marcaron los inicios de este campo.

Hoy día contamos con equipos capaces de realizar complicadas operaciones, incluso en coma flotante, privilegio este último disponible hasta hace poco a equipos de alto costo o a los ordenadores personales. Además existen PLC’s de gama “baja“ (Y lo de baja lo digo entre comillas), capaces de gestionar uno o dos encóder, preselecciones analógicas, y ser ampliados hasta 128 ó 256 e/s (entradas / salidas)

Los modelos de gama alta se verán más adelante debido a su complejidad. Para el desarrollo de este curso en los niveles iniciales he optado por poner los ejemplos en lenguaje Syswin con el modelo CQM1.

Funcionamiento Básico de un PLC

Todos los PLC’s del mercado se basan en el principio de lectura cíclica de programa. A diferencia de los ordenadores, donde un programa está orientado a objetos y no tiene por que ejecutarse completamente, los PLC si que efectúan el recorrido completo del programa almacenado salvo, como veremos más adelante se encuentren instrucciones de interrupción o salto que modifiquen este comportamiento inicial.

Antes de seguir conviene repasar los siguientes conceptos básicos y tenerlos claros:

Este curso está basado en los PLC’s de Omron CQM1, uno de los más comunes y empleados hoy día. Aunque hay diferencias entre otros PLC’s gran cantidad de conceptos son comunes entre todos.

Vamos a analizar como funciona y que son los canales dentro del PLC.

Definición de Canal

Un canal en un conjunto de 16 bits que puede ser procesado de forma conjunta (por ejemplo para realizar operaciones matemáticas)   o en forma individual como operaciones de bit (entradas, salidas, SET, RESET, KEEP,DIF etc.)

Cuando programamos y utilizamos un canal en forma de bit (en las primeras lecciones del curso así será) indicamos el numero de canal y el numero de bit separados por un punto.

Por ejemplo, imaginemos que queremos usar el bit 3 del canal 4 (entrada 3.4). En el programa aparecerá 004.03.

Canales de Entrada (IR)

Los canales de entrada introducen información binaría al PLC procedente de la máquina o la aplicación.   Dependiendo de la CPU y la configuración de tarjetas de E/S tenemos más o menos canales. Para que sirva de referencia las CPU CQM1-11 y CQM1-21 permiten hasta 128 puntos de E/S. Las CPU CQM1-4X permiten hasta 128 puntos de E/S.

Los canales de entrada van desde el IR000 hasta el IR015. Estos canales actuarán como entradas siempre que existan las tarjetas de entrada en el PLC. De no existir se pueden utilizar como bits o canales de trabajo (ver Canales de trabajo).

Canales de salida (IR)

Los canales de salida envían el resultado de las operaciones del programa a las tarjetas de salida conectadas al PLC que activarán actuadores como electroválvulas, relés, contactores, etc.

Su rango es desde el canal IR100 hasta el canal   IR115 (En las CPU’s 4X).

Canales de trabajo

Los canales de trabajo son “relés internos”. Esto significa que no son ni entradas ni salidas, pero permiten efectuar procesos intermedios en el programa. Los canales disponibles son:

IR012 al IR095

IR112 al IR195

IR216 al IR219

IR224 al IR229

Nota: Recuerde que los canales de E/S no utilizados (o sea que no tienen tarjeta de E/S asignada) pueden utilizarse como canales de trabajo.

Canales de Retención (HR)

Los canales de retención son canales mantenidos por batería. Si interrumpimos el suministro de alimentación al PLC, los canales IR vistos anteriormente “olvidan” su estado y regresan a 0 (OFF). Lis canales de Retención “recuerdan” su estado, volviendo a éste tras un corte de suministro.

Existen 100 canales disponibles para este uso, que van desde el HR00 hasta el HR99, con lo cual se pueden direccionar 1600 bits retentivos (100 canales x 16 bits)

Canales Especiales

Los canales especiales son aquellos que nos faciltan información o tienen funciones específicas asignadas.

Se verán en lecciones más avanzadas y son los llamados canales SR y AR.

Area de Datos (DM)

Son registros de almacenamiento de datos de 16 bits. Estos registros no pueden ser operados directamente como bits individuales y son los más utilizados para las operaciones aritmeticas.

Retienen su información en caso de cortes de suministro eléctrico al igual que los HR

Las CPU 11 y 21 disponen de 1024 canales

Las CPU 4x disponen hasta de 6144 canales.

Al igual que los canales especiales, se estudiarán en fases más avanzadas del curso.

Canales de Enlace (LR)

Los canales de enlace LR son empleados en comunicaciones 1:1 entre dos PLC’s. Disponemos de 64 canales. Se verán en la fase de comunicaciones del curso.

Areas de Temporizadores / Contadores

Los PLC CQM1 disponen de 512 bits de temporizadores / contadores, los cuales comparten sus direcciones. Esto significa que en un programa no podemos utilizar el temporizador 8 por ejemplo y el contador 8, ya que se solaparían las direcciones dando errores de funcionamiento.

Disponemos de los temporizadores 0 a 511 (o contadores 0 a 511)

Los temporizadores se programan en formato BCD siendo su precisión de 1 décima de segundo. No obstante existen funciones de contaje rápido que se verán más adelante.

Mi primer programa

Una entrada digital es la unidad mínima de información del PLC y le informa de un estado ON/OFF de un componente externo. Por ejemplo, un pulsador normalmente abierto conectado a la entrada 000.00 del PLC, si no lo pulsamos el valor de esta entrada en un “0” lógico, mientras que si lo pulsamos obtendremos un “1” lógico. Es lo que se conoce en términos informáticos como un bit de información.

Con las salidas ocurre algo similar. Si el programa almacenado en el PLC debe actuar sobre una salida, actúa sobre un bit (Hablamos de salidas digitales). Gráficamente lo podríamos reflejar así.

Esto que parece tan sencillo es la base de cualquier entorno de programación de PLC’s. Los estados 0 o 1 de las entradas y salidas.

Con el software Syswin de programación y en modo de diagrama de relés, el ejemplo anterior quedaría así.

Observemos una cosa. Resumiendo se podría decir básicamente que un programa, lee las entradas del PLC (si están a cero o a uno), procesa el programa almacenado, y en función de los resultados obtenidos activa o no unas salidas que a su vez accionarán unos actuadores (Electroválvulas, relés, señales, etc)

Pero la calidad de un PLC viene determinada por varios factores. Muchos de éllos se darán en partes más avanzadas del curso, pero conviene conocer uno ya desde el inicio: El tiempo de Scan.

sQué es el tiempo de SCAN

Imaginemos un programa que lee el estado de una entrada y en función de su valor escribe un resultado en su salida. Como ya se ha dicho, el PLC ejecuta el programa cíclicamente. Esto significa representado gráficamente lo siguiente:

1s Lee el estado de todas la entradas

2s Ejecuta el programa de usuario

3s Escribe el resultado en las salidas del PLC

El tiempo de Scan es el tiempo que tarda el PLC desde que inicia la lectura de las entradas hasta que escribe los resultados del programa de usuario en las salidas.

En aplicaciones no críticas en tiempo, esto carece de importancia pues hablamos de unos pocos milisegundos en la mayoría de los casos, pero en aplicaciones rápidas, de funcionamiento crítico, o en programas muy extensos es un factor muy importante que puede desbaratar un proyecto en principio bien concebido. No obstante en el caso de aplicaciones que precisen secuencias rápidas pueden utilizarse entradas de alta velocidad y rutinas de interrupción. Esto se tratará en próximas lecciones.

Combinaciones lógicas.

Hemos visto en el ejemplo anterior como activando  una entrada se activa una salida. Esto es correcto pero en la práctica nos encontramos con condiciones mucho más sofisticadas.

Existen dos condiciones básicas a la hora de programar:

AND y OR

Instrucción AND

Instrucción AND o también llamada Serie. Permite concatenar operandos de forma que si no cumple la condición 1 en todos éllos el resultado es cero.

En la figura superior se puede apreciar que si los operandos 000.00 y 000.01 no están activados, la salida 100.00 no se activará. Esto se conoce como tabla de la verdad. En esta tabla se consulta el estado de las operaciones lógicas. La tabla de la verdad AND es la siguiente:

Como se puede apreciar solo tenemos resultado 1 cuando las dos condiciones son 1.

Condición OR

La condición OR es la contraria de la condición AND. Si cualquiera de los dos operandos están a 1, el resultado es 1.

Por ejemplo en este programa, podemos apreciar la función OR:

Si el operando 000.01 o el operando 000.02 está a 1, la salida 100.00 se pondrá a 1.

La tabla de la verdad de la función OR es la siguiente:

Negar Operandos

También podemos trabajar con operandos negados. Esto significa utilizar el sentido contrario del operando. Imaginemos que cuando activamos una entrada, accionamos una salida (caso del primer ejemplo), pero nos interesa hacer lo contrario, que cuando activemos una entrada se desactive una salida. Esto se realiza negando los operandos.

El programa en Syswin sería el siguiente:

Cuando la entrada 000.01 no estuviera activada, al estar programada de forma negada, activaría la salida 100.00.

NOTAS IMPORTANTES

Podemos emplear los operandos de bit como contacto tantas veces como deseemos en el programa. O sea, la entrada 000.00 puede aparecer como contacto AND (o abierto) todas las veces que queramos (o que la memoria del PLC permita J

No se pueden repetir las salidas. El resultado sería impredecible (generalmente siempre OFF). Solo con funciones especiales y ganas de complicarse la vida es posible repetirlas, pero el autor aconseja no hacerlo.

Todos los programas deben terminar con la instrucción END (Función 01 del Syswin)