Autòmats programables: avantatges, inconvenients i funcions

Què és un autòmat programable?

Un autòmat programable o PLC és un equip electrònic dissenyat per controlar processos seqüencials de qualsevol tipus, generalment de tipus industrial. Bàsicament podem dir que és un aparell que, mitjançant una programació lògica, substitueix el cablat dels automatismes convencionals.

Quan es decideix passar a controlar un procés o instal·lació, de la tecnologia cablada a la programada?

Les aplicacions més usuals dels PLC’s estan destinades, per exemple:

• Maniobra, control i senyalització de màquines.
• Maniobra, control i senyalització d’instal·lacions en edificis.
• Processos de producció periòdicament canviants.
• Instal·lacions de processos complexes i grans.

Avui en dia, els autòmats també s’estan introduint en aplicacions domèstiques, utilitzant l’autòmat com a element intel·ligent que gestiona la confortabilitat, seguretat, estalvi d’energia i comunicacions de la vivenda.

Avantatges de la utilització de PLCs en els equips de control:

- Avantatges a l’hora d’utilitzar un PLC en un procés d’automatització:

• Menys temps utilitzat en l’elaboració de projectes degut a que:
  • No és necessari dibuixar l’esquema de contactes.
  • No és necessari simplificar les equacions lògiques ja que, en general, la capacitat d’emmagatzematge del mòdul de memòria és suficientment gran.
  • La llista de materials de l’automatisme queda reduïda i també el pressupost corresponent, és a dir, menys varietat de materials.
• Possibilitat de realitzar modificacions en la instal·lació sense canviar el cablat ni afegir més components. Flexibilització en el control de la màquina o instal·lació.
• Mínim espai d’ocupació.
• Menor cost de ma d’obra de la instal·lació.
• Economia en el manteniment. Fiabilitat del sistema en eliminar la majoria de contactes mòbils i també possibilitat de detecció i indicació d’avaries mitjançant programes paral·lels de test del sistema.
• Possibilitat de governar diverses màquines amb un mateix autòmat (depenent de la capacitat).
• Menor temps per a posar en funcionament la màquina o instal·lació, en quedar reduït el temps de cablat i muntatge.
• Si per qualsevol raó la màquina o instal·lació queda fora de servei, l’autòmat es pot utilitzar per l’automatització d’un altre sistema de producció.

Inconvenients en la utilització de PLCs en els equips de control:

- Inconvenients a l’hora de plantejar-nos la incorporació d’un autòmat en qualsevol procés automàtic, com per exemple:

• La necessitat d’un tècnic en programació.
• Cost inicial, ja que és necessari la inversió d’un perifèric de programació (PC o consola).
• Cost tècnic: conèixer totes les possibilitats i limitacions de l’autòmat. Formació inicial.

La capacitat d'un autòmat programable bé donada per quatre característiques fonamentals. Quines són?

- La capacitat d’un autòmat programable bé donada per quatre característiques fonamentals:

• Nombre màxim d’ ENTRADES i SORTIDES que pot gestionar.
• Potència de programació que pot realitzar: temporitzadors, comptadors, etc.
• Capacitat de la memòria de programa.
• Velocitat d’execució del programa (de cada instrucció).

Què entenem per entrades i sortides d'un autòmat programable?

Entrades: Són els elements que proporcionen informació al sistema de control. Polsadors, interruptors, sensors, etc. Contactes en general.

Sortides: Són els receptors que volem activar i que rebran el senyal de les entrades connectades entre sí; són el resultat final de funcionament, allò que volem posar en marxa o parar. Bobines de relè o contactor, pilots, etc. Receptors en general.

De què depèn el valor de les sortides en un automatisme seqüencial?

Automatismes seqüencials: Quan les sortides depenen de les entrades i també de l’estat del sistema Variables Internes) i la seva evolució en el temps, és a dir, de les pròpies variables de sortida

Què és un mètode sistemàtic per a desenvolupar un projecte seqüencial? Posa un exemple.

Per a desenvolupar un projecte seqüencial existeixen diversos mètodes sistemàtics per a resoldre automatismes, el més estès s’anomena GRAFCET: Gràfic Funcional de Control d’Etapes i Transicions. Permet la descripció gràfica del control del procés que es vol automatitzar. Aquest sistema és molt utilitzat en projectes on intervenen PLC’s (lògica programada) per la facilitat com es pot implementar (traduir) en funcions lògiques de programació. La seva potència radica en la senzillesa de les seves estructures.

Exemple: grafcet qualsevol

Quins tipus de llenguatges de programació s'utilitzen en la programació del PLC S7-300 de SIEMENS? Explica'ls

Els formats utilitzats per Siemens (STEP 7) són: KOP, AWL i FUP.

El KOP (esquema de contactes) és la representació que caldria cablejar si es volgués fer el mateix programa que realitzes amb el PLC.

El FUP és un llenguatge que utilitza els quadres de l'àlgebra booleana per representar la lògica. Així mateix, permet representar funcions complexes mitjançant quadres lògics.

I el AWL és un llenguatge de programació textual orientat a la màquina.

Quina és la funció del mòdul d'entrades i del mòdul de sortides d'un PLC?

Mòduls d’ENTRADES: Mitjançant l’interfície s’adapta i codifica de forma comprensible per a la CPU els senyals procedents dels dispositius captadors d’informació de la màquina. També tenen la missió de protegir els circuits electrònics interns de l’autòmat, realitzant una separació elèctrica entre aquests i els captadors.

Mòduls de SORTIDES: Decodifiquen les dades procedents de la CPU, un cop executat el programa, i mitjançant la interfície de sortides les adapten per a poder controlar el dispositius actuadors de la màquina.

Quins tipus d'entrades digitals solen tenir els PLCs? Explica-les breument.

Entrades digitals (tot-res): Són targes que reben la informació de forma ON/OFF (tot o res), és a dir, el captador o senyal emet un senyal o no.

Segons la tensió de captació, els mòduls d’entrades més utilitzats són els de 24V DC o de 230V AC.

Com funciona el cicle de programa en un PLC??

Quan la CPU ha “refrescat” les sortides, vigila el temps d’execució del programa realitzat per l’usuari, de forma que no excedeixi d’un temps màxim que s’anomena temps de cicle o d’scan. Aquesta funció s’anomena Watchdog. Contínuament la CPU realitza de forma cíclica i contínua l’execució del programa quan l’autòmat està en mode RUN. Això s’anomena cicle de treball. Quan l’autòmat està en mode STOP, la CPU deixa de executar de forma cíclica el programa de la CPU deixant les sortides inactives (OFF).

Què és un convertidor Analògic/Digital i D/A? Símbol i explicació. On es poden trobar?

La resolució del convertidor analògic/digital (A/D) transforma la variable analògica en un conjunt de n bits de la memòria de l’autòmat. A més gran nombre de bits de resolució, més gran és la precisió amb la que es fa la mesura de la variable analògica.

Funciona segons el tipus de senyal que proporciona el sensor, l’autòmat s’ha d’adaptar per tal de poder llegir-la i poder realitzar el control corresponent. Aquest aspecte a configurar s’anomena rang, on les més comuns són les següents:

• Per tensió: 0 a 5V; 0 a 10V; -10 a +10V.
• Per intensitat: 0 a 20mA; 4 a 20mA

Què entenem per un sistema HMI? Explica la resposta.

HMI (Human-Machine Interface) és una 'interfície home-màquina', un panell de control dissenyat per aconseguir una comunicació interactiva entre operador i Procés / màquina, amb la funcionària de transmetre ordres, visualitzar gràficament els resultats i obtenir una situació del Procés / màquina en temps real.

Què és una memòria RAM, ROM i EEPROM?

La memòria RAM és on s’emmagatzemen les dades numèriques, variables internes no remanents i les imatges de l’estat de les entrades i sortides.

Una memòria ROM és aquella memòria d'emmagatzematge que permet només la lectura de la informació i no la seva destrucció, independentment de la presència o no d'una font d'energia que l'alimenti.

Una EEPROM és un tipus de xip de memòria ROM que es coneix com 'non-volatile memory' o memòria no volàtil i és degut a que quan es desconnecta l'energia, les dades emmagatzemades a la EEPROM no seran eliminats quedant intactes.

Quines són les parts més importants d'un PLC? Explica-les breument.

CPU (Unitat Central de Procés): És la part intel·ligent del sistema. Mitjançant la interpretació del programa realitzat per l’usuari i en funció de l’estat de les entrades, activa les sortides desitjades.

Mòduls d’ENTRADES: Mitjançant l’interfície s’adapta i codifica de forma comprensible per a la CPU els senyals procedents dels dispositius captadors d’informació de la màquina.

Mòduls de SORTIDES: Treballen de forma inversa als mòduls d’entrades, és a dir, decodifiquen les dades procedents de la CPU, un cop executat el programa, i mitjançant la interfície de sortides les adapten per a poder controlar el dispositius actuadors de la màquina.

Memòries: La memòria és on la CPU emmagatzema totes les dades i instruccions necessàries per a realitzar les tasques de control.

Una font d'alimentació que subministra la tensió perquè el circuit funcioni.

Què és el temps de scan?

El temps de scan és el temps que tarda el PLC des de que inicia la lectura de les entrades fins que escriu el resultat obtingut del programa d’usuari en les sortides.

Quines són les diferències principals entre un sistema de control seqüencial i un combinacional?

Es diferencien segons la dependència del sistema entre entrades i sortides. Els sistemes combinacionals les sortides només depenen de l’estat de les entrades i estan formats per un conjunt de comportes interconnectades la sortida, en un moment donat, aquesta únicament en funció de l'entrada, en aquest mateix instant. Per això es diu que els sistemes combinacionals no compten amb memòria.

En canvi els sistemes seqüencials les sortides depenen de les entrades i també de l’estat del sistema i la seva evolució en el temps, és a dir, de les pròpies variables de sortida. Són capaços de tenir sortides no només en funció a través dels seus estats interns. Això es deu al fet que els sistemes seqüencials tenen memòria i són capaços d'emmagatzemar informació a través dels seus estats interns.