sábado, 18 de febrero de 2012

Introducción a la lógica de relés

En los capítulos anteriores comentamos qué es un PLC, qué es la automatización y comentamos que uno de los métodos de programar un PLC es con la llamada "lógica de relés".

Pasaremos a un ejemplo práctico explicado paso a paso, en la próxima entrega ejecutaremos los ejemplos en un simulador de PLC.

La lógica de relés o ladder logic, se suele representar como un conjunto de contactos conectados en combinación de serie y paralelo que activan bobinas de relés. Los contactos pueden representar el estado de una entrada física al PLC, o el estado de un "relé interno" de la lógica.

Las bobinas a su vez pueden ser salidas físicas, o la activación de un "relé interno".

Será más claro usando algunos ejemplos:



La ventana muestra un típico ladder diagram. Las barras verticales representan alimentación y retorno, o tierra. En la fila superior, numerada como fila cero, vemos en el costado izquierdo un dibujito de dos corchetes invertidos. Esto es la representación de un "contacto". A la derecha vemos otro dibujito de dos paréntesis. Esto representa una bobina de un "relé".

Si el contacto se cierra, la tensión entre las barras será aplicada a la bobina, activándola. La forma de las hileras que conectan las dos barras verticales en cierto sentido recuerdan a una escalera, por eso el nombre de "ladder diagram" (ladder=escalera en inglés).

La primera fila es un poco "aburrida", si el contacto se cierra, la bobina se activa, si se abre, se desactiva. En general la lógica será un poco más compleja, en el diagrama pueden ver varias filas (o "rungs") de complejidad creciente.

Concentrémonos en la nomenclatura. El contacto de la fila 0 está rotulado I:1/2. Cada módulo de entradas y salidas está numerado y generalmente tiene muchas entradas y salidas. En este caso, estamos diciendo: Queremos verificar el estado de la entrada número 2 que pertenece al módulo 1.

Si tal entrada está activa, se activará la salida número 6 del módulo número 2 (O2/6).

A veces queremos generar una lógica interna. Esto se muestra en la fila 3, en la que la "bobina" activada es un bit interno (por eso usamos la letra "B").

Esta terminología es específica de un fabricante determinado de PLC, pero es representativa, con variantes menores, de lo usado por todos los fabricantes.

Concentrémonos en la línea 1. Qué hace esta línea? Supongamos que I:1/2 está conectado a un pulsador. Cuando presionamos al pulador, se activa la salida O2/7. La salida O2/7, a su vez, activa al contacto de su mismo nombre. Aunque dejemos de presionar el pulsador, la salida se mantendrá activa a través de su propio contacto. Esto es un circuito de arranque con autoretención.

Como normalmente queremos tener control tanto del arranque como de la parada de un equipo, la línea 002 les muestra exactamente esa función. La salida O2/8 comenzará a funcionar si pulsamos I:1/2 y se mantendrá en funcionamiento hasta que pulsemos el botón de parada conectado a la entrada I:1/1.

Presten atención al dibujito del contacto de I:1/1, tiene una barra cruzada que simboliza "normalmente cerrado". Solamente cuando activamos el pulsador conectado a esa entrada, su contacto se abre, se interrumpe el "flujo de corriente" a la bobina de O2/8, por lo que esa salida se desactiva.

En la próxima veremos éste y otros ejemplos, en un equipo de simulación de PLCs.


viernes, 17 de febrero de 2012

PLCs y lógica de relés

Panel de control de un PLC
Los controladores lógicos programables son, como ya dijimos, computadoras industriales. Para el control de los procesos, poseen entradas y salidas de tipo on/off o digitales (Más tarde hablaremos de otras capacidades de los PLCs).

Las entradas digitales se conectan a pulsadores, sensores de proximidad, sensores mecánicos, barreras fotoélectricas, detectores de nivel, etc. Las salidas pueden ser salidas de tensión, salidas de tipo "contacto seco" como los contactos de un relé, salidas transistorizadas, etc. Las salidas se conectan a relés de potencia, actuadores, motores, válvulas electromecánicas, etc.

Los PLC suelen ser de tipo modular. El módulo principal contiene la unidad de procesamiento, y en algunos casos, una determinada cantidad de puertos de Entrada/Salida (E/S). Los módulos auxiliares agregan capacidades adicionales de E/S.

Los controles de procesos que requieren sensores y actuadores del tipo analógicos, en el pasado eran una disciplina independiente, reino exclusivo de los llamados "controladores de lazo" o DCS. Hoy en día, con el abaratamiento del costo de las unidades de E/S analógicas, no es raro ver a un PLC realizando tareas de control y monitoreo analógicas.

Pantalla de supervisión de la producción

Dado que el PLC tiene que informar al operador del estado del proceso, normalmente incluye capacidades de HMI (interfaz hombre-máquina), desde simples LEDs que muestran el estado de las E/S, pasando por una gran gama de terminales con capacidades gráficas y por supuesto, la posibilidad de conectar a computadoras corriendo programas gráficos de supervisión.

Los PLCs no son una excepción a la tendencia de conectar en redes. La red permite conectarse a unidades de E/S distribuidas, interconectar PLCs para controlar procesos complejos, y transmitir los datos de producción a computadoras centrales de control, supervisión y planificación de la producción.

Los PLCs se interconectan a través de redes específicas del mundo industrial (ejemplo: Profibus), a través de las diversas variantes de LAN según el protocolo Ethernet, etc.

La programación del PLC
Los PLC aparecieron en el mundo allá por los años 1960. El antecesor de los PLCs era, en numerosas industrias, el tablero de control basado en relés electromecánicos.

Un relé es un dispositivo que consta de una bobina, y de contactos. Cuando se entrega energía a la bobina, los contactos cambian de estado. Los que estaban abiertos se cierran, los que están "normalmente cerrados", se abren.

Mediante la conexión de numerosos relés, a los que se agregan temporizadores y contadores, se pueden realizar numerosas tareas de control. Los PLCs adoptaron esta forma de representar y resolver problemas lógicos, utilizando la lógica de relés para representar y realizar la programación del equipo.

Con la evolución de la complejidad de las operaciones que realiza un PLC (control distribuido, comunicaciones, control analógico), nuevos lenguajes de más alto nivel están siendo adoptados. De todos modos, dado que la lógica de relés sigue siendo excelente y usada para solucionar muchos problemas de control, nos concentraremos en ella en las siguientes entregas.

Ornitóptero

Entre los muchos y buenos personajes de "la barra de la revista Lúpin", se cuenta un aeromodelista, Juan Luis Barrionuevo. Creo que fue en el número 260 de la revistucha que publicó uno de sus primeros "planitos", el de un ornitóptero. 
Una película mostrando el funcionamiento de un ornitóptero con motor a goma y alas de Mylar:



Una película mostrando un ornitóptero motorizado R/C:





Automatización y PLCs

Muchos se preguntan, qué es un PLC, cómo puedo aprender a programarlos?

En esta serie intentaremos ayudarlos un poco a introducirse en este tema. Para eso empezaremos viendo lo que es la automatización, y cómo se llega a los PLC y la lógica de relés, denominada también en inglés, "ladder diagram".

La automatización industrial
El campo principal de uso de los PLC es la automatización industrial. La automatización es la capacidad de controlar procesos secuenciales, en forma automática, en tiempo real.


Procesos secuenciales
Uno de los elementos típicos de los sistemas industriales es la línea de producción. El proceso de producción se descompone en varias tareas individuales. Estas tareas son realizadas en estaciones. La línea transporta al producto en fabricación de una estación a la otra.

En cada estación el trabajo puede ser realizado en forma manual (por una persona) o automática (por un mecanismo supervisado por una persona).

Tomemos por ejemplo la producción de bebidas gaseosas. En una estación se lava la botella, en la siguiente se la llena, en la siguiente se le coloca la tapa, luego la etiqueta, etc. etc. Esta secuencia de operaciones es típica de las líneas de producción. En un sistema automático, el PLC realiza alguna de las tareas de control de la producción.

Volviendo al ejemplo de las bebidas, en la estación de llenado el PLC deberá verificar que la botella está correctamente alineada con el pico de llenado, luego comenzará el llenado hasta que el líquido alcance determinado nivel en la botella, etc. etc.

El PLC es un tipo especial de equipo programable, apto para trabajar en ambientes industriales. El PLC recibe información acerca del estado del proceso de producción a través de sensores. La información proveniente de los sensores es procesada por su programa lógico interno, y el resultado es la activación de  dispositivos de salida, llamados también actuadores.
Un PLC con sus módulos de E/S

En el ejemplo de la línea de llenado, en el momento en que el líquido llega al nivel deseado, el PLC interrumpe el llenado de la botella.

En la próxima entrega hablaremos un poco más sobre los PLC en sí, y cómo se programan.




jueves, 16 de febrero de 2012

Sistemas de iluminación

Como comentábamos en un artículo anterior, las lámparas comunes con filamento incandescente son sumamente ineficientes. Menos de un cinco por ciento de la energía que le entregamos es transformada en luz visible, el resto se pierde en luz invisible (especialmente infrarrojo) y calor.

Esto cambió con la aparición de los tubos fluorescentes. Los tubos son mucho más eficientes, pero necesitan un sistema de encendido más complicado, y además incluyen mercurio. El mercurio es un veneno, y cuando los tubos no son tratados como corresponde, el mercurio se libera y contamina nuestro medio ambiente.

Otros dos problemas de los tubos fluorescentes eran su gran tamaño y el retardo en el encendido. En general, un tubo fluorescente es más ventajoso en situaciones en que no se lo enciende y apaga muchas veces durante el día.

En cierto sentido, lo mismo se puede decir para la lámpara de filamento, todos hemos sido testigos del hecho que el momento más típico en que se quema una lamparita es cuando se la enciende. Esto se debe a que al principio, estando la lámpara fría, su resistencia es menor por lo que en el encendido se crea un pulso de alta corriente.



Las lámparas fluorescentes compactas de reciente aparición han resuelto el problema del tamaño al enrollar el tubo en una espiral. Además, traen la electrónica incorporada de manera que pueden reemplazar lamparitas de filamento, no se necesita la instalación especial de los tubos fluorescentes comunes. Tanto las CFL (siglas en inglés para nombrar a las fluorescentes compactas) como las fluorescentes producen una luz muy blanca que a mucha gente le resulta incómoda. Las CFL han mejorado un poco ésto pero, irónicamente, mucha gente sigue prefiriendo la luz amarillenta de las lámparas incandescentes.


Hay un jugador nuevo en el campo de las lámparas, y son los LEDs. Aunque para nosotros, los bichos electrónicos, los LEDs son viejos conocidos, sólo en estos últimos tiempos se los ve en aplicaciones de iluminación.

Las razones por las cuales los LED llegaron a este campo, son dos. Primero, se desarrolló el LED blanco. Segundo, se aumentó la potencia de ellos de manera tal que se los puede utilizar para aplicaciones de iluminación.

La lámpara LED tiene mucha mejor eficiencia, no calienta prácticamente nada, no tiene retardo en el encendido y es la que mayor vida útil presenta. Tampoco trae los problemas de contaminación de mercurio de las fluorescentes. A cambio de todo eso, es la más cara de todas.

Una lámpara CFL puede valer de 3 a 5 veces más que una lámpara fluorescente. La lámpara LED puede valer unas 30 veces más. Pero cabe aclarar que la lámpara LED tiene una vida útil muchísimo mayor, y consume mucho menos, por lo que a la larga, es la solución más económica y que menos contamina.

Hasta el Bubi se ilumina
 fácilmente usando LEDs...
Para poder dimensionar en forma simple un sistema de iluminación, nos basaremos en las lámparas de filamento. Todos nosotros tenemos una idea de cuánto ilumina una lámpara de 60W, de 75 y de 100W. Dado que las CFL y las LED son mucho más eficientes, necesitan mucho menos potencia eléctrica para entregar una intensidad de iluminación similar. Esto se muestra en la tabla siguiente:

Lámpara incandescente
CFL
LED
60W
13-18W
8-12W
75W
18-22W
13-15W
100W
23-30W
16-20W

Las lámparas LED tienen una ventaja adicional. Como funcionan intrínsecamente con bajo voltaje, son compatibles para aplicaciones alimentadas con baterías y/o paneles solares.