Módulos de Entrada y Salida en Controladores Lógicos Programables (PLC), Esquemas y mapas conceptuales de Ingeniería de Materiales

¡Descarga Módulos de Entrada y Salida en Controladores Lógicos Programables (PLC) y más Esquemas y mapas conceptuales en PDF de Ingeniería de Materiales solo en Docsity!

ÍNDICE

• OBJETIVO..........................................................................................................
• INTRODUCCIÓN..............................................................................................
• 1. Antecedentes...................................................................................................
  • 1.1. Arquitectura del PLC...........................................................................
• 2. Estructuras de Entrada/Salida..........................................................................
  • 2.1. Configuración del Sistema Entrada/Salida........................................
  • 2.2. Módulos de Entrada.........................................................................
    • 2.2.1. Dispositivos de Campo de Entrada..........................................
    • 2.2.2. Terminales del Módulo de Entrada.........................................
    • 2.2.3. Conversión y acondicionamiento de la señal de entrada..........
    • 2.2.4. Indicadores de estado del Módulo entrada..............................
    • 2.2.5. Aislamiento eléctrico de entrada............................................
    • 2.2.6. Circuito electrónico interfaz/multiplexor...............................
  • 2.3. Módulos de Salida...........................................................................
    • 2.3.1. Aislamiento eléctrico de salida...............................................
    • 2.3.2. Indicadores de estado en módulos de salida............................
    • 2.3.3. Bloque de conversión módulo de salida...................................
    • 2.3.4. Terminales módulo de salida .................................................
    • 2.3.5. Circuitos Supresores de ruido.................................................
    • 2.3.6. Dispositivos de campo de salida..............................................
• 3. Módulos Especiales........................................................................................
• 4. Descripción general del sistema numérico......................................................
• Conclusión........................................................................................................
• Fuentes de consulta...........................................................................................
• Fuentes sugeridas..............................................................................................
• Glosario............................................................................................................

INTRODUCCIÓN

Originalmente, los Controladores Lógicos Programables (PLC) fueron usados para controlar una máquina o un proceso, sin embargo, el desarrollo de la manufactura ha requerido mucha más capacidad de la que se había manejado hasta entonces. El incremento de las velocidades de producción y la demanda de la más alta calidad, requiere un control de procesos más cerrado y cercano. Los fabricantes de PLC han añadido diversos módulos para lograr estos nuevos requerimientos. Algunos módulos han sido desarrollados especialmente para lograr casi cualquier necesidad inimaginable, en cambio otros han buscado controlar procesos más cercanamente, un ejemplo de ello es el control de temperatura. La industria está empezando a integrar sus equipos de tal manera que los datos pueden ser compartidos. Varios módulos han sido desarrollados para permitir al PLC comunicarse con otros dispositivos, como computadoras, robots, máquinas de control numérico y máquinas dedicadas. Los módulos de velocidad y control de posición han sido desarrollados para satisfacer las necesidades de maquinados precisos de alta velocidad, además de hacer posible a los emprendedores empezar nuevos negocios, que diseñen y produzcan dispositivos de manufactura con propósito especial, tales como equipo de empaquetado, equipo de paletizado y otra amplia gama de productos. Estos módulos están diseñados para ser fáciles de usar por el ingeniero al implementar una aplicación, por tal motivo, en esta unidad examinaremos muchos de los módulos disponibles.

Antecedentes

1.1. Arquitectura del PLC

En unidades anteriores se ha mencionado que la arquitectura básica del PLC se compone de cinco unidades funcionales. Figura 1. Arquitectura del PLC.

- Dispositivos de programación: generalmente externos al PLC, los cuales permiten al programador introducir las instrucciones del programa de usuario a la memoria.

Figura 2. Diagrama de un PLC con dispositivos de entrada y salida. Los módulos de entrada o salida son las tarjetas electrónicas que proporcionan el vínculo entre la CPU del controlador programable y los dispositivos de campo del sistema. A través de ellas se origina el intercambio de información, ya sea con la finalidad de adquirir datos o para el mando o control de las máquinas presentes en el proceso. Aunque la configuración y algunas características de estos módulos dependen del fabricante en particular, en esta unidad se estudiará cómo dichos módulos funcionan e interaccionan entre el mundo exterior y el CPU.

Estructuras de Entrada/

Salida

En la mayoría de los PLC, el sistema de E/S es el componente más grande. La estructura de E/S es la interfaz entre los diferentes dispositivos de campo de entrada tanto como de salida y el CPU del PLC como se muestra en las siguientes figuras. Figura 3. Interfaz de entrada. Por ello, los dispositivos de campo de entrada más utilizados son los interruptores, los finales de carrera, termostatos, pulsadores, sensores de temperatura, entre otros.

Por su parte, los módulos de salida permiten que la tensión llegue a los dispositivos de salida. Con el uso del acoplador óptico y con un relé de impulso, se asegura el aislamiento de los circuitos electrónicos del controlador y se transmiten las órdenes hacia los actuadores de mando. Figura 6. Función Módulo de Salida. Dentro de la estructura del controlador programable, las interfaces o adaptadores de entradas y salidas cumplen la función de conectar el equipo con “la vida exterior “ de la CPU. Todas las señales provenientes del campo son informadas a la CPU luego de ser captadas por los adaptadores de entrada y a su vez, las órdenes generadas por la CPU son comunicadas a los elementos del proceso bajo control. Ahora bien, en los controladores programables más sencillos, las interfaces de entrada se encargan de convertir la tensión que reciben de sensores, límites de carrera, pulsadores, llaves, etcétera, a un nivel de tensión apropiado para la operación de la CPU. De la misma manera, las interfaces de salida permiten, partiendo de señales de baja tensión originadas en la CPU, comandar contactores, solenoides de válvulas, arrancadores de motores, variadores de frecuencia, válvulas de flujo, variadores de velocidad, controladores de temperatura, válvula selenoides, paneles indicadores o una gran cantidad de dispositivos, valiéndose de elementos que los puedan manejar, tales como triacs, relés o transistores de potencia.

Los módulos de entrada y salida hacen las veces de dispositivos de interface, que entre sus tareas principales están las de adecuar los niveles eléctricos tanto de los sensores como de los actuadores o elementos de potencia, a los valores de voltaje que emplea el microcontrolador que normalmente se basa en niveles de la lógica TTL, 0 VCD que equivale a un “0 lógico”, mientras que 5 VCD equivale a un “1 lógico”. Figura 7. Módulo E/S. Físicamente los módulos de entrada y salida de datos, están construidos en tarjetas de circuitos impresos que contienen los dispositivos electrónicos capaces de aislar al PLC con el entorno exterior, además de contar con indicadores luminosos que informan de manera visual el estado que guardan las entradas y salidas. Figura 8. Módulos Electrónicos E/S.

Cuando se coloca la estructura de E/S a una distancia mayor de 30 metros del procesador, el hardware se configura para una operación remota. Aunque es posible configurar un sistema de E/S para una operación local, el uso de esta configuración permitirá que el hardware de E/S se coloque a una distancia máxima de 4500 a 6000 metros de cable hasta el procesador. Figura 10. Configuración de E/S remota. En la figura 11 se muestra la diferencia entre la configuración de hardware de E/S local remota. En la mayoría de las aplicaciones se utiliza una combinación de ambas.

Figura 11. Configuración módulos E/S mixta (Local/Remota). Para elegir entre una configuración de E/S local o remota se deben considerar los puntos siguientes:

• Determinar la cantidad de los dispositivos de E/S.
• Determinar la función de los dispositivos de E/S.
• Conocer la localización completa de los dispositivos de E/S para determinar cuáles pueden agruparse en grupos funcionales. Un grupo funcional es una agrupación de dispositivos de E/S que pueden reunirse en una máquina, planta o proceso a causa de su proximidad o similitud en la función de control. Una vez que los diferentes agrupamientos de E/S, si es que los hay, han sido seleccionados, se puede iniciar la selección de la configuración de E/S local o remota.

El tamaño del gabinete dependerá del equipo, máquina o proceso a automatizar, así como del tamaño del PLC, la cantidad de dispositivos de mando, los accesorios necesarios y la medida de cable para sus conexiones. Figura 13. Tableros industriales (NEMA). Existen varias normas o estándares sobre los gabinetes eléctricos, una de las más usadas en México, es la de la Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos (NEMA) de Estados Unidos que ha definido varios estándares basados en el tipo de medio ambiente en el cual van a instalarse y el grado de protección requerido por la circuitería eléctrica montada en su interior. En la tabla siguiente se enlistan algunos.

Figura 15. Diagrama de bloques de un circuito de entrada para AC/DC. 2.2.1. Dispositivos de Campo de Entrada Aunque no forman parte del hardware del PLC, son el origen de las señales eléctricas que indican el estado de una máquina o proceso. Las cuales pueden tener diferentes valores de voltajes, así como la forma de su señal. Éstas se clasifican de acuerdo con su naturaleza en:

a) Señal digital o discreta

Señal eléctrica que solamente toma dos valores para representar los estados 0 y 1, es por ello, que se le llama señal binaria. Este tipo de señal representa el estado de algunos dispositivos como son los interruptores, que pueden estar abiertos (0) o cerrados (1), energizados (1) o desenergizados (0), por lo que se utilizan extensamente. Figura 16. Señal digital o discreta.

La señal eléctrica utilizada para representar las señales discretas puede ser tanto de corriente directa como de corriente alterna, generalmente de 24 VCD, 36 VCD, 120 VCA, etcétera.

b) Señal Analógica

Es una señal eléctrica variable en el tiempo como se muestra en la figura 17 y puede tomar cualquier valor dentro de un rango determinado. Los tipos de dispositivos que las producen son aquellos que detectan o miden variables de proceso como:

• Temperatura
• Presión
• Flujo o Caudal
• Nivel
• Velocidad, entre otras. Estas variables físicas pueden tomar un número infinito de valores en un rango, por lo que se representan por medio de una señal eléctrica de corriente directa cuyo valor de voltaje y corriente es variable en el tiempo y proporcional, generalmente, a la variable física. Las señales utilizadas comúnmente para representar dichas variables son de 4 a 20 ma CD o 1 a 10 VCD. Figura 17. Señal analógica