1 Estructura de un automatismo. 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
Etapas de un automatismo. Tipos de control. Clasificación de señales. Descripción de los componentes que integran un automatismo. Simbología en norma americana y norma europea. Sistemas de control híbridos
1.1 Etapas de realización de un automatismo EL DISEÑO Y LA FUNCIONALIDAD. Se corresponde con el estudio meticuloso de las funciones básicas que Debe realizar el automatismo. En esta tase deberemos concretar con precisión el comportamiento del automatismo y clarificar con nitidez todas y cada una de las operaciones que éste debe solventar, de modo que deben evitarse las ambigüedades y las sofisticaciones superfluas. EL DIMENSIONADO DE DISPOSITIVOS. Esta fase debe servirnos para elegir el conjunto de dispositivos Apropiado para realizar el automatismo. Con este propósito, deberemos calcular la potencia eléctrica que debe aceptar o proporcionar cada uno de los elementos del automatismo, dimensionar los cables de alimentación y de señal, prever la vida útil de los mecanismos utilizados, analizar cuidadosamente las características de las señales usadas en la interconexión de los diferentes módulos y prever los necesarios elementos de seguridad y mantenimiento EL ESQUEMA ELÉCTRICO. El objetivo principal de esta fase es la confección del esquema eléctrico del automatismo. Debe ser completo y hemos de confeccionarlo con una notación clara y comprensible en la que estén representados todos los componentes perfectamente conectados y referenciados. EL CUADRO ELÉCTRICO. En esta fase debemos abordar la mecanización del cuadro eléctrico y la ubicación en su interior de los diferentes elementos que componen el automatismo. Previamente hemos debido realizar el Esquema de cableado que contempla, entre otras cosas, la identificación, la trayectoria y las diferentes secciones de los conductores y, también, habremos confeccionado los diferentes planos de ubicación de Componentes y de mecanización del cuadro eléctrico. EL ENSAYO Y LA PRUEBA. Una vez realizada la instalación del automatismo se realizará su ensayo y prueba. En esta fase será conveniente actuar con un plan de trabajo previamente establecido que contemple la entrada en funcionamiento, progresiva y en secuencia, de las diferentes partes del automatismo. Cada parte deberá ser probada de forma aislada, y en las condiciones de trabajo más realistas, antes de interactuar simultáneamente con el resto. Esta fase debe servir, además, para corregir las posibles anomalías o realizar los ajustes pertinentes antes de la entrada en servicio del automatismo. LA PUESTA EN SERVICIO Sólo si el automatismo funciona de forma satisfactoria en la fase de prueba, Podremos abordar la fase de puesta en servicio. Resulta una temeridad trabajar con un automatismo que presente deficiencias de funcionamiento o en el que no hayan sido
probados todos sus componentes. La puesta en servicio del automatismo debe ir acompañada, siempre, de un manual de operación que recoja de Forma explícita todos aquellos aspectos necesarios para la explotación del sistema y, también, de otro manual de intervención para los casos en los que se produzcan averías o debamos realizar el mantenimiento. Del acierto en abordar la primera fase dependerá, en buena medida, la utilidad y el buen servicio de automatismo realizado. Estamos ante una fase en la que interviene fundamentalmente el conocimiento de la técnica, la experiencia y el buen criterio de la persona o personas que proyectan el automatismo. La segunda y tercera tases requieren de unos conocimientos básicos que expondremos más adelante. Con este objetivo nos centraremos en: - Conceptos electrotécnicos (tensión, intensidad, potencia, energía, etc.), que ya damos por sabidos. - Concepto de señal. - Simbología eléctrica y electrónica utilizada en la representación de automatismos. - Distintas técnicas utilizadas para el diseño basadas en el álgebra de Boole y el GRAFCET
1.2 TIPOS DE AUTOMATISMOS SEGÚN LA TECNOLOGÍA EMPLEADA Hemos visto que los automatismos, también llamados circuitos de maniobra, son los que permiten el mando y la regulación de las máquinas eléctricas. En función de la tecnología empleada para la implacablemente de un sistema de control podemos distinguir Entre: • AUTOMATISMOS CABLEADOS Los automatismos cableados son aquellos que se implementan por medio de uniones físicas entre los que Forman el sistema de control. • AUTOMATISMOS PROGRAMADOS Los automatismos programados son aquellos que se realizan utilizando los autómatas programables o controladores programables (más conocidos por su nombre inglés: PLC, programmable logic controller). LAS SEÑALES EN LOS AUTOMATISMOS Con frecuencia aparece la palabra señal para describir la información que se intercambia entre dispositivos eléctricos. Conviene precisar este término para diferenciarlo de otras magnitudes eléctricas que manejamos al trabajar con automatismos y cuadros eléctricos.
Por señal se entiende cualquier evento que nos proporcione información útil. Generalmente, en el área de la Electrotecnia el evento se manifiesta en la forma de alguna variable eléctrica (tensión, intensidad, resistencia, etc.) y la información podemos obtenerla al evaluar alguna de las características de esa variable (magnitud, frecuencia, fase, etc.). Así pues, debemos asociar la idea de señal a la de un evento eléctrico de poca potencia y magnitud reducida que, generalmente, es empleado para “informar” del estado o nivel de una cierta variable física o eléctrica. No hay que confundir la función y la naturaleza de una señal con la de otras magnitudes eléctricas de mayor potencia utilizadas para mover máquinas o alimentar equipos y dispositivos. Por ejemplo, si disponemos de una sonda de temperatura que proporciona 10 mV por cada grado centígrado, diremos que la señal es una variable en tensión, cuya magnitud es utilizada para determinar el nivel de la temperatura que deseamos conocer. SEÑALES ANALÓGICAS Y SEÑALES DIGITALES Podríamos clasificar las señales en dos grupos bien diferenciados: las señales analógicas. y las señales digitales. SEÑAL ANALÓGICA. Es aquélla cuya magnitud evoluciona de forma continua en el tiempo, es decir, que su Valor varía de forma gradual. SEÑAL DIGITAL. Es aquella que puede adquirir únicamente dos estados; el estado alto o '1' y el bajo o '0' Generalmente, el estado alto sirve para indicar la presencia de cualquier evento, es decir, la existencia de una tensión o corriente (con independencia de su magnitud), la aparición de una señal de alarme, la activación de una determinada maniobra, etc. Recíprocamente, el estado bajo suele ser utilizado para indicar la ausencia de tal evento.
1.3 CLASIFICACIÓN DE SEÑALES Existen varias maneras de clasificar una señal, en base a propiedades, criterios y características, por lo que a continuación las podemos clasificar como:
- Fenomenológico: Basado en la posibilidad de predecir o no la evolución "exacta"
de la señal a traves del tiempo.
- Morfología: Basado en el carácter continuo o discreto de la amplitud de la señal o de la variable independiente.
- Propiedades: Basado en características de la señal como: Simetría, invarianza, linealidad, estabilidad, Memoria, Estáticos y Causalidad.
- Dimensional: modelo de la señal.
Basado en el número de variables independientes del
- Energético:
Basado en si poseen o no energía finita.
- Espectral: Basado en la forma de la distribución de frecuencias del espectro de la señal.
1.4 Descripción de los componentes que integran un automatismo. MÁQUINA O PLANTA Es el elemento principal del control automático. Puede estar constituido por un único aparato (motor eléctrico, bomba hidráulica, compresor de aire, máquina Herramienta, etc.) O por un conjunto de dispositivos dispuestos en planta con una finalidad concreta (Climatización de zona, sistema de riego, cinta transportadora, etc.). FUENTE DE ENERGÍA Es el medio empleado para realizar el control. En un automatismo eléctrico este medio lo constituye la energía eléctrica aplicada en sus distintas formas, como las tensiones continuas o alternas de baja potencia para la alimentación de dispositivos de control y Señalización (alimentación secundaria) y/o aquellas otras de mayor potencia utilizadas para mover las máquinas o actuar sobre las plantas (alimentación primaria).En automatismos de naturaleza neumática, hidráulica o mecánica intervienen otras fuentes de energía obtenidas, respectivamente, a partir de la fuerza del aire, la fuerza de algún líquido o por la transmisión y transformación de movimientos. CONTROLADOR O AUTÓMATA. Es el dispositivo o conjunto de dispositivos encargados de establecer el Criterio de control. Partiendo de la señal proporcionada por el detector o sensor enclavado en la máquina o planta, y de acuerdo con las indicaciones del operador o de algún criterio de actuación previamente definido, determina la correspondiente señal de control que debe ser aplicada al actuador para mantener la máquina o la planta en Las condiciones de funcionamiento previstas. ACTUADOR Es el dispositivo utilizado para modificar la aportación de energía que se suministra a la máquina o a la planta. El mayor o menor aporte energético que provoca el actuador está en consonancia con la señal de control que le suministra el controlador. Hallamos actuadores
típicos en automatismos eléctricos en los relés, los contactores, las electroválvulas, las válvulas motorizadas, los tiristores, etc. SENSOR. Es el elemento empleado para medir o detectar la magnitud de la variable que deseamos controlar. Adquiere o detecta el nivel del parámetro objeto de control y envía la correspondiente señal, habitualmente eléctrica, al dispositivo controlador. Algunos sensores de uso frecuente en automatismos son: tacómetros, codificadores digitales, sensores de proximidad, sondas de temperatura, de presión o de nivel, etc. OPERADOR. Es el conjunto de elementos de mando y señalización que facilita el intercambio de información entre personas y automatismos para modificar o corregir las condiciones de actuación de la máquina o planta bajo control. Debemos considerar que la mayoría de los automatismos deben posibilitar que el ser humano incida de Forma directa, y en el instante deseado, sobre el proceso, con el objetivo de solventar situaciones de avería, de mantenimiento o de emergencia.
1.6 Sistemas de control híbridos fraccionarios: Modelado, Análisis y aplicaciones en robótica móvil y mecatrónica
Autores: Seyed Hassan Hossein Nia Kani
Directores de la Tesis: Blas Miguel Vinagre Jara
Lectura: En la Universidad de Extremadura ( España ) en 2013
Idioma: inglés
Número de páginas: 166
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Resumen o Los sistemas híbridos son sistemas dinámicos heterogéneos cuyo comportamiento está determinado por la interacción de dinámicas correspondientes a variables continuas y eventos discretos, y surgen de la utilización de la lógica de estados
finitos para gobernar procesos físicos continuos, o de restricciones topológicas y de redes que interactúan con un control continuo. La gran aplicabilidad de los sistemas híbridos ha inspirado una gran cantidad de investigación en teoría de control y ciencias de la computación. Por otra parte, las ecuaciones diferenciales de orden fraccionario han demostrado ser valiosas herramientas para el modelado de muchos fenómenos físicos. En cuanto a la importancia de los sistema híbridos y el cálculo fraccionario hay una falta de investigación en sistemas híbridos de orden fraccionario en la literatura específica sobre las aplicaciones de control. En esta tesis se presentan, como nuevos retos, el modelado, el análisis de estabilidad y el control de sistemas híbridos de orden fraccionario. Se utilizan inclusiones diferenciales de orden fraccionario como herramientas matemáticas para modelar sistemas híbridos de orden fraccionario, y algunos sistemas de orden fraccionario se modelan utilizando inclusiones diferenciales fraccionarias. Los tipos de sistemas híbridos estudiados en esta tesis son los sistemas conmutados y los sistemas de control reset. Actualmente, el control reset se centra en el uso de estructuras que permiten nuevas reglas de puesta a cero con el fin de evitar las soluciones tipo Zeno y mejorar el rendimiento del sistema. Como estudio comparativo, se estudian las propiedades de algunas estrategias de control reset modificado que resetean los estados del controlador a valores fijos o variables distintos de cero y son capaces de eliminar o reducir la sobreoscilación de sistemas de primer orden y orden superior, respectivamente. Cabe destacar que también, se propone una estrategia de control reset avanzado que permite resetear a valores tanto fijos como variables distintos de cero. Además, se generaliza el análisis de la estabilidad para sistemas conmutados y sistemas reset de orden fraccionario. El método común de Lyapunov y su equivalencia en el dominio de frecuencia se utilizan para el caso de sistemas de conmutados de orden fraccionario. También se generaliza el análisis de estabilidad en el dominio de la frecuencia para sistemas reset de orden fraccionario. Utilizando las herramientas de análisis de estabilidad desarrolladas, se propone un método para diseñar controladores fraccionarios robustos para sistemas conmutados. El control de crucero y el control de crucero adaptativo de un vehículo Citroen C3 se considera como una aplicación práctica. En este experimento se diseña una ley de control híbrido que incluye dos controladores PI fraccionarios diferentes para las acciones del acelerador y del freno del vehículo. El controlador reset avanzado de orden fraccionario propuesto se aplica a un servomotor como otra aplicación. Por otra parte, el teorema de estabilidad desarrollado se aplica al control de ganancia programada de la plataforma denominada Smart Wheel.
2 Estructura de los controladores lógicos programables. 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9
Definición Antecedentes de los controladores lógicos programables. Campos de aplicación Ventajas y desventajas de los controladores lógicos programables. Clasificación de los controladores lógicos programables. Estructura física del controlador lógico. Configuración interna del controlador lógico. Direccionamiento de elementos internos del controlador. Introducción a las redes de comunicación entre autómatas.
2.1 Controlador lógico programable Un controlador lógico programable, más conocido por sus siglas en inglés PLC (programmable logic controller), es una computadora utilizada en la ingeniería automática o automatización industrial, para automatizar procesos electromecánicos, tales como el control de la maquinaria de la fábrica en líneas de montaje o atracciones mecánicas. Los PLC son utilizados en muchas industrias y máquinas. A diferencia de las computadoras de propósito general, el PLC está diseñado para múltiples señales de entrada y de salida, rangos de temperatura ampliados, inmunidad al ruido eléctrico y resistencia a la vibración y al impacto. Los programas para el control de funcionamiento de la máquina se suelen almacenar en baterías copia de seguridad o en memorias no volátiles. Un PLC es un ejemplo de un sistema de tiempo real «duro», donde los resultados de salida deben ser producidos en respuesta a las condiciones de entrada dentro de un tiempo limitado, de lo contrario no producirá el resultado deseado.[1]
DEFINICION DE CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE
De acuerdo con la definición de la "Nema" (National Electrical Manufacturers Association) un controlador programable es: "Un aparato electrónico operado digitalmente, que usa una memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones para implementar funciones específicas, tales como lógica, secuenciación, registro y control de tiempos, conteo y operaciones aritméticas para controlar, a través de módulos de entrada/salida digitales (ON/OFF) o analógicos (1 5 VDC, 4 20 mA, etc.), varios tipos de máquinas o procesos.
Leer más: http://www.monografias.com/trabajos75/controladores-programables/controladoresprogramables2.shtml#ixzz3PWD5YQjb
CONCEPTO
El término PLC de amplia difusión en el medio significa en inglés, Controlador Lógico Programable. Originalmente se denominaban PCs (Programmable Controllers), pero con la llegada de las IBM PCs, para evitar confusión se emplearon definitivamente las siglas PLC. En Europa, el mismo concepto es llamado Autómata Programable. La definición más apropiada es: Sistema Industrial de Control Automático que trabajo bajo una secuencia almacenada en memoria, de instrucciones lógicas. Es un sistema porque contiene todo lo necesario para operar, e industrial por tener todos los registros necesarios para operar en los ambientes hostiles encontrados en la industria. Esta familia de aparatos se distingue de otros controladores automáticos en que puede ser programado para controlar cualquier tipo de máquina, a diferencia de otros muchos que, solamente pueden controlar un tipo específico de aparato. Un programador o Control de Flama de una caldera, es un ejemplo de estos últimos. Además de poder ser programados, se insiste en el término "Control Automático", que corresponde solamente a los aparatos que comparan ciertas señales provenientes de la máquina controlada de acuerdo con algunas reglas programadas con anterioridad para emitir señales de control para mantener la operación estable de dicha máquina. Las instrucciones almacenadas en memoria permiten modificaciones así como su monitoreo externo. El desarrollo e introducción de los relés, hace muchos años, fue un paso gigantesco hacia la automatización e incremento de la producción. La aplicación de los relés hizo posible añadir una serie de lógica a la operación de las máquinas y de esa manera reducir la carga de trabajo en el operador, y en algunos casos eliminar la necesidad de operadores humanos. Por ejemplo, los relés hicieron posible establecer automáticamente una secuencia de operaciones, programar tiempos de retardo, conteo de eventos o hacer un evento dependiente de que ocurrieran otros. Los relés con todas sus ventajas, tienen también naturalmente sus desventajas, tienen sólo un período de vida; su naturaleza electromecánica dictamina, que después de un tiempo de uso serán inservibles, sus partes conductores de corriente pueden en un momento quemarse o fundirse, desbaratando la lógica establecida y requiriendo su reemplazo. Tal vez la inconveniencia más importante de la lógica con relés es su naturaleza fija. La lógica de un panel de relés es establecida por los ingenieros de diseño, se implementa entonces colocando relés en el panel y se alambra como se prescribe. Mientras que la máquina dirigida por el panel de relés continúa llevando a cabo los mismos pasos en la misma secuencia, todo está perfecto, pero cuando existe un re diseño en el producto o un cambio de producción en las operaciones de esa máquina o en su secuencia, la lógica del panel debe ser re diseñada. Si el cambio es lo suficientemente grande, una opción más económica puede ser desechar el panel actual y construir uno nuevo. Este fue el problema encarado por los productores de automóviles a mediados de los setenta. A lo largo de los años se habían altamente automatizado las operaciones de producción mediante el uso de los relés, cada vez que se necesitaba un cambio, se invertía en él una gran cantidad de trabajo, tiempo y material, sin tomar en cuenta la gran cantidad de tiempo de producción perdido.
La computadora ya existía en esos tiempos y se les dio la idea a los fabricantes de que la clase de control que ellos necesitaban podría ser llevado a cabo con algo similar a la computadora. Las computadoras en sí mismas, no eran deseables para esta aplicación por un buen número de razones. La comunidad electrónica estaba frente a un gran reto: diseñar un artefacto que, como una computadora, pudiese efectuar el control y pudiese fácilmente ser re programada, pero adecuado para el ambiente industrial. El reto fue enfrentado y alrededor de 1969, se entregó el primer controlador programable en las plantas ensambladoras de automóviles de Detroit, Estados Unidos.
Leer más: http://www.monografias.com/trabajos75/controladores-programables/controladoresprogramables2.shtml#ixzz3PW9nNPgv
2.2 Historia
Su historia se remonta a finales de la década de 1960, cuando la industria buscó en las nuevas tecnologías electrónicas una solución más eficiente para reemplazar los sistemas de control basados en circuitos eléctricos con relés, interruptores y otros componentes comúnmente utilizados para el control de los sistemas de lógica combinacional.
En un rack UR2 de nueve ranuras, de izquierda a derecha: fuente de alimentación PS407 4A, CPU 416-3, módulo de interfaz IM 460-0 y procesador de comunicaciones CP 443-1.
En 1968 GM Hydramatic (la división de transmisión automática de General Motors) emitió una solicitud de propuestas para un reemplazo electrónico de los sistemas cableados de relés. La
propuesta ganadora vino de Bedford Associates. El resultado fue el primer PLC, designado 084 porque era el proyecto de Bedford Associates nº 84.[2] Bedford Associates comenzó una nueva empresa dedicada al desarrollo, fabricación, venta y mantenimiento de este nuevo producto: Modicon (MOdular DIgital CONtroler). Una de las personas que trabajaron en ese proyecto fue Dick Morley, quien es considerado como el «padre» del PLC.[3] La marca Modicon fue vendida en 1977 a Gould Electronics, y posteriormente adquirida por la compañía alemana AEG y luego por la francesa Schneider Electric, el actual propietario.
El PLC (Control Lógico Programable) apareció con el propósito de eliminar el enorme costo que significaba el reemplazo de un sistema de control basado en relés (relays) a finales de los años 60. La empresa Bedford Associates (Bedford, MA) propuso un sistema al que llamó Modular Digital Controller o MODICON a una empresa fabricante de autos en los Estados Unidos. El MODICON 084 fue el primer PLC producido comercialmente. Con este Sistema cuando la producción necesitaba variarse, entonces se variaba el sistema y este estaba listo para seguir trabajando. En el sistema basado en relés, estos tenían un tiempo de vida limitado y se necesitaba un sistema de mantenimiento muy estricto. El alambrado de muchos relés en un sistema muy grande era muy complicado, si había una falla, la detección del error era muy tediosa y lenta.
Este nuevo controlador (el PLC) tenía que ser fácilmente programable, su vida útil tenía que ser larga y ser resistente a ambientes difíciles. Esto se logró con técnicas de programación conocidas y reemplazando los relés por elementos de estado sólido. A mediados de los años 70, la AMD 2901 y 2903 eran muy populares entre los PLC MODICON. Por esos tiempos los microprocesadores no eran tan rápidos y sólo podían compararse a PLCs pequeños. Con el avance en el desarrollo de los microprocesadores (más veloces), cada vez PLC más grandes se basan en ellos. La habilidad de comunicación entre ellos apareció aproximadamente en el año 1973. El primer sistema que lo hacía fue el Modbus de Modicon. Los PLC podían incluso estar alejados de la maquinaria que controlaban, pero la falta de estandarización debido al constante cambio en la tecnología hizo que esta comunicación se tornara difícil. En los años 80 se intentó estandarizar la comunicación entre PLCs con el protocolo de automatización de manufactura de la General Motors (MAP). En esos tiempos el tamaño del PLC se redujo, su programación se realizaba mediante computadoras personales (PC) en vez de terminales dedicadas sólo a ese propósito. En los años 90 se introdujeron nuevos protocolos y se mejoraron algunos anteriores. El último estándar (IEC 1131-3) ha intentado combinar los lenguajes de programación de los PLC en un solo estándar internacional.
Ahora se tiene PLCs que se programan en función de diagrama de bloques, listas de instrucciones, lenguaje C, etc. al mismo tiempo. También se ha dado el caso en que computadoras personales (PC) han reemplazado a PLCs. La compañía original que diseño el primer PLC (MODICON) ahora crea sistemas de control basados en PC.
2.3
Aplicaciones del PLC CAMPOS DE APLICACIÓN DEL PLC
El PLC por sus especiales características de diseño tiene un campo de aplicación muy extenso. La constante evolución del hardware y software amplía constantemente este campo para poder satisfacer las necesidades que se detectan en el espectro de sus posibilidades reales. Su utilización se da fundamentalmente en aquellas instalaciones en donde es necesario un proceso de maniobra, control, señalización, etc., por tanto, su aplicación abarca desde procesos de fabricación industriales de cualquier tipo a transformaciones industriales, control de instalaciones, etc. Sus reducidas dimensiones, la extremada facilidad de su montaje, la posibilidad de almacenar los programas para su posterior y rápida utilización, la modificación o alteración de los mismos, etc., hace que su eficacia se aprecie fundamentalmente en procesos en que se producen necesidades tales como:
Espacio reducido.
Procesos de producción periódicamente cambiantes.
Maquinaria de procesos variables.
Instalación de procesos complejos y amplios.
Chequeo de programación centralizada de las partes del proceso. Su uso se da en:
Maniobra de máquinas
Maquinaria industrial de plástico
Máquinas transfer
Maquinaria de embalajes
Maniobra de instalaciones:
Instalación de aire acondicionado, calefacción...
Instalaciones de seguridad
Señalización y control:
Chequeo de programas
Señalización del estado de procesos Ejemplos de Aplicaciones de Un PLC
A) Maniobras de Máquinas Maquinaria industrial del mueble y la madera. Maquinaria en proceso de grava, arena y cemento. Maquinaria en la industria del plástico. Maquinas-herramientas complejas. Maquinaria de ensamblaje. Maquinas de transferencia.
B) Maniobra de Instalaciones Instalaciones de aire acondicionado y calefacción. Instalaciones de seguridad. Instalaciones de almacenamiento y transporte. Instalaciones de plantas embotelladoras. Instalaciones en la industria automotriz Instalación de tratamientos térmicos. Instalaciones de la industria azucarera.
C) Automóvil Cadenas de montaje, soldadura, cabinas de pintura, etc. Máquinas herramientas: Tornos, fresadoras, taladradoras, etc.
D) Plantas químicas y petroquímicas Control de procesos (dosificación, mezcla, pesaje, etc.). Baños electrolíticos, oleoductos, refinado, tratamiento de aguas residuales, etc.
E) Metalurgia
Control de hornos, laminado, fundición, soldadura, forja, grúas,
F) Alimentación Envasado, empaquetado, embotellado, almacenaje, llenado de botellas, etc.
G) Papeleras y madereras Control de procesos, serradoras, producción de conglomerados y de laminados, etc.
H) Producción de energía Centrales eléctricas, turbinas, transporte de combustible, energía solar, etc.
I) Tráfico Regulación y control del tráfico, ferrocarriles, etc.
J) Domótica Iluminación, temperatura ambiente, sistemas anti robo, etc.
K) Fabricación de Neumáticos Control de calderas, sistemas de refrigeración, prensas que vulcanizan los neumáticos. Control de las máquinas para el armado de las cubiertas, extrusoras de goma. Control de las máquinas para mezclar goma. Las necesidades de la aplicación pueden ser definidas solamente por un análisis detallado del sistema completo. Esto significa que los exámenes detallados deben ser ejecutados en todas las facetas de la maquina u operación del proceso. Una última consideración importante en la aplicación de un PLC es el futuro crecimiento del sistema. Los PLC están diseñados modularmente y por lo tanto con posibilidades de poder expandirse para satisfacer las necesidades de la industria. Es importante que a la aplicación de un PLC se pueda considerar los beneficios de las futuras expansiones.
Leer más: http://www.monografias.com/trabajos75/controladores-programables/controladoresprogramables3.shtml#ixzz3PWB8Sv6T
APLICACIÓN TÍPICA DE UN PLC
PROGRAMACIÓN EN RS-LOGIX 500 En este punto se dan las directrices básicas para la utilización del RSLogix 500. Este programa permite crear los programas de control en lenguaje Ladder del autómata MicroLogix 1500.
Pantalla principal del RSLogix 500
Leer más: http://www.monografias.com/trabajos75/controladores-programables/controladoresprogramables3.shtml#ixzz3PWBPt4pF
2.4 VENTAJAS Y DESVENTAJAS Las condiciones favorables son las siguientes:
a) Menor tiempo empleado en la elaboración de proyectos debido a que:
No es necesario dibujar el esquema de contactos.
No es necesario simplificar las ecuaciones lógicas, ya que, por lo general, la capacidad de almacenamiento del modulo de memoria es lo suficientemente grande.
La lista de materiales queda sensiblemente reducida y al elaborar el presupuesto correspondiente eliminaremos parte del problema que supone el contar con diferentes proveedores, distintos plazos de entrega, etc.
b) Posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar el cableado y añadir aparatos.
c) Mínimo espacio de ocupación
d) Menor coste de mano de obra de la instalación
e) Economía de mantenimiento. Además de aumentar la fiabilidad del sistema, al eliminar contactos móviles, los mismo autómatas pueden detectar e indicar averías.
f) Posibilidad de gobernar varias maquinas con un mismo autómata.
g) Menor tiempo para la puesta de funcionamiento del proceso al quedar reducido el tiempo de cableado.
h) Si por alguna razón la maquina queda fuera de servicio, el autómata útil para otra máquina o sistema de producción. Las condiciones desfavorables son las siguientes:
a) Hace falta un programador, lo que obliga a adiestrar a unos de los técnicos de tal sentido, pero hoy en día ese inconveniente está solucionado porque las universidades y/o institutos superiores ya se encargan de dicho adiestramiento.
b) El costo inicial que puede o no ser un inconveniente, según las características del automatismo en cuestión. Dado que el PLC cubre ventajosamente en amplio espacio entre la lógica cableada y el microprocesador es preciso que el proyectista lo conozca tanto en su actitud como en sus limitaciones. Por tanto, aunque el coste inicial debe ser tenido en cuenta a la hora de decidirnos por uno u otro sistema, conviene analizar todos los demás factores para asegurarnos una decisión acertada.
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2.5 CLASIFICACION DEL PLC Debido a la gran variedad de tipos distintos de PLC, tanto en sus funciones, en su capacidad, en su aspecto físico y otros, es que es posible clasificar los distintos tipos en varias categorías. PLC tipo Nano: Generalmente PLC de tipo compacto (Fuente, CPU e I/O integradas) que puede manejar un conjunto reducido de I/O, generalmente en un número inferior a 100. Permiten manejar entradas y salidas digitales y algunos módulos especiales. PLC tipo Compactos: Estos PLC tienen incorporado la Fuente de Alimentación, su CPU y módulos de I/O en un solo módulo principal y permiten manejar desde unas pocas I/O hasta varios cientos ( alrededor de 500 I/O ) , su tamaño es superior a los Nano PLC y soportan una gran variedad de módulos especiales, tales como:
Entradas y salidas análogas
Módulos contadores rápidos
Módulos de comunicaciones
Interfaces de operador
Expansiones de i/o PLC tipo Modular: Estos PLC se componen de un conjunto de elementos que conforman el controlador final, estos son:
Rack
Fuente de Alimentación
CPU
Módulos de I/O De estos tipos existen desde los denominados MicroPLC que soportan gran cantidad de I/O, hasta los PLC de grandes prestaciones que permiten manejar miles de I/O.
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2.6 Estructura física de PLC’s
ESTRUCTURA DEL PLC Un Controlador Lógico Programable es un dispositivo usado para controlar. Este control se realiza sobre la base de una lógica, definida a través de un programa.
Un controlador lógico programable está constituido por un conjunto de tarjetas o circuitos impresos, sobre los cuales están ubicados componentes electrónicos. El controlador Programable tiene la estructura típica de muchos sistemas programables, como por ejemplo una microcomputadora. La estructura básica del hardware de un consolador Programable propiamente dicho está constituido por:
a. Fuente de alimentación
b. Unidad de procesamiento central (CPU)
c. Módulos de interfaces de entradas/salidas (E/S)
d. Modulo de memorias
e. Unidad de programación En algunos casos cuando el trabajo que debe realizar el controlador es más exigente, se incluyen Módulos Inteligentes.
A. Fuente De Alimentación La función de la fuente de alimentación en un controlador, es suministrar la energía ala CPU y demás tarjetas según la configuración del PLC. + 5 V para alimentar a todas las tarjetas + 5.2 V para alimentar al programador + 24 V para los canales de lazo de corriente 20 mA.
B. Unidad De Procesamiento Central (C.P.U.) Es la parte más compleja e imprescindible del controlador programable, que en otros términos podría considerarse el cerebro del controlador. La unidad central está diseñada a base de microprocesadores y memorias; contiene una unidad de control, la memoria interna del programador RAM, temporizadores, contadores, memorias internas tipo relé, imágenes del proceso entradas/salidas, etc. Su misión es leer los estados de las señales de las entradas, ejecutar el programa de control y gobernar las salidas, el procesamiento es permanente y a gran velocidad.
C. Módulos o Interfaces DE Entrada y Salida (E/S) Son los que proporciona el vínculo entre la CPU del controlador y los dispositivos de campo del sistema. A través de ellos se origina el intercambio de información ya sea para la adquisición de datos o la del mando para el control de maquinas del proceso. Tipos de Módulos de Entrada y Salida
Debido a que existen gran variedad de dispositivos exteriores (captadores, actuadores), encontramos diferentes tipos de módulos de entrada y salidas, cada uno de los cuales sirve para manejar cierto tipo de señal (discreta o análoga) a determinado valor de tensión o de corriente en DC o AC.
Módulos de entradas discretas
Módulos de salidas discretas
Módulos de entrada analógica
Módulos de salida analógica
D. Módulos de Memorias Son dispositivos destinados a guardar información de manera provisional o permanente Se cuenta con dos tipos de memorias: Volátiles (RAM) No volátiles (EPROM y EEPROM)
E. Unidad de Programación Los terminales de programación, son el medio de comunicación entre el hombre y la máquina; estos aparatos están constituidos por teclados y dispositivos de visualización Existen tres tipos de programadores los manuales (Hand Held) tipo de calculadora, Los de video tipo (PC), y la (computadora). Funcionamiento del CPU Al comenzar el ciclo, la CPU lee el estado de las entradas. A continuación ejecuta la aplicación empleando el último estado leído. Una vez completado el programa, la CPU ejecuta tareas internas de diagnóstico y comunicación. Al final del ciclo se actualizan las salidas. El tiempo de ciclo depende del tamaño del programa, del número de E/S y de la cantidad de comunicación requerida.
Las ventajas en el uso del PLC comparado con sistemas basados en relé o sistemas electromecánicos son:
Flexibilidad: Posibilidad de reemplazar la lógica cableada de un tablero o de un circuito impreso de un sistema electrónico, mediante un programa que corre en un PLC.
Tiempo: Ahorro de tiempo de trabajo en las conexiones a realizar, en la puesta en marcha y en el ajuste del sistema.
Cambios: Facilidad para realizar cambios durante la operación del sistema.
Confiabilidad
Espacio
Modularidad
Estandarización
PARTES DE UN PLC Cada Controlador Lógico Programable se compone de dos partes básicas:
Sección operativa (SO)
Sección de comando (SC) SECCION OPERATIVA (SO). Es la que opera la materia prima y el producto en general. Se compone de:
Los medios y herramientas necesarias para transformar la materia prima, por ejemplo: bombas, utensilios, taladros, etc. Los accionadores destinados a mover y poner en funcionamiento estos medios, por ejemplo:
Motores eléctricos para accionar una bomba.
Gatos hidráulicos para cerrar una válvula.
Gatos neumáticos para taladrar un cabezal de perforación.
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2.7 Configuración interna del controlador lógico. El autómata está constituido por diferentes elementos, pero tres son los básicos: *CPU *Entradas *Salidas Con las partes mencionadas podemos decir que tenemos un autómata pero para que sea operativo son necesarios otros elementos tales como: *Fuente de alimentación *Interfaces *La unidad o consola de programación *Los dispositivos periféricos CPU La CPU (Central Procesing Unit) es la parte inteligente del sistema. Interprétalas instrucciones del programa de usuario y consulta el estado de las entradas. Dependiendo de dichos estados y del programa, ordena la activación de las salidas deseadas. La CPU está constituida por los siguientes elementos: Procesador Memoria Monitor del sistema Circuitos auxiliares Procesador Está constituido por el microprocesador, el reloj (generador de onda cuadrada) y algún chip auxiliar. El microprocesador es un circuito integrado (chip), que realiza una gran cantidad de operaciones, que podemos agrupar en: Operaciones de tipo lógico. Operaciones de tipo aritmético. Operaciones de control de la transferencia de la información dentro del autómata Principio de trabajo La tecnología PLC de banda ancha es capaz de transmitir datos a través de la red eléctrica, y por lo tanto se puede extender a una red de área local existente o compartir una conexión a Internet a través de los enchufes eléctricos con la instalación de unidades específicas. (ver fig. 1)El principio de PLC consiste en
La superposición de una señal de alta frecuencia (de 1,6 a 30MHz) con bajos niveles de energía sobre la señal de la red eléctrica de 50 Hz. Esta segunda señal se transmite a través de la infraestructura de la red eléctrica y se puede recibir y descodificar de forma remota. Así, la señal PLC es recibida por cualquier receptor PLC que se encuentra en la misma red eléctrica. Un acoplador integrado en la entrada del PLC receptor elimina las componentes de baja frecuencia antes de que la señal sea tratada. Un modem de red eléctrica (PLM) convierte un dato binario en una secuencia de señales con características predefinidas (frecuencias, niveles) y viceversa, haciendo el proceso de Modulación/Demodulación. ESTRUCTURA INTERNA.
Básicamente un controlador programable esta construido en forma modular, teniendo usualmente un procesador central, módulos de entrada/salida (E/S, input / output), fuentes de poder y otros accesorios. Debido a la estructura modular de los PLC, en general pueden distinguirse en él los siguientes subsistemas: Procesador central Módulo de E/S Interfaz con el operador y otros periféricos Comunicaciones Procesador central: Es la unidad central del proceso del sistema. En la actualidad casi todos los PLC usan varias CPU para dividir el trabajo de entrada/salida, procesamiento, solución de lógica y comunicaciones. Con esto se logra facilidad para desarrollar programas, como también una mejor ejecución de funciones de control y manipulación de información. Entre los componentes que conforman el procesador se pueden señalar:
Modulo de procesador Modulo de memoria Modulo de registros Modulo de control de sistemas Control de E/S Fuente de poder Control de comunicaciones Dentro de la CPU vamos a disponer de una área de memoria, la cual se emplea para diversas funciones: Memoria del programa de usuario: aquí introduciremos el programa que el PLC va a ejecutar cíclicamente. Memoria de la tabla de datos: se suele subdividir en zonas según el tipo de datos (como marcas de memoria, temporizadores, contadores, etc.) Memoria del sistema: aquí se encuentra el programa en código maquina que motoriza el sistema (programa del sistema). Este programa es ejecutado directamente por el microprocesador dividido microcontrolador que posea el PLC. Memoria de almacenamiento: se trata de memoria externa que empleamos para almacenar el programa de usuario y en ciertos casos parte de la memoria de la tabla de datos. Algunos tipos de memoria que utilizan son: RAM, CMOS, EPROM, EEPROM y otras. En la memoria tipo ROM esta contenido el sistema operativo y software de aplicación, y en la memoria tipo RAM se carga, por el usuario, el programa de aplicación de control. Las instrucciones de programación que poseen, permiten realizar funciones típicas tales como relés, temporizadores, contadores, operaciones aritméticas, comparación de datos, manipulación de palabras, relés de control maestro, tienen además otras instrucciones más poderosas como transferencia de bloques, saltos a subrutinas, operación de archivos, diagnostico, programación en línea, procesamiento paralelo, niveles de interrupción. Durante cada ciclo de barrido, las señales de entrada provenientes de los sensores se transmiten a través de un modulo adaptador de comunicaciones al procesador, el que ejecuta el programa de control previamente ingresado por el usuario, y transmite los datos de salida a los respectivos actuadores. En este proceso el controlador realiza los siguientes pasos: Al encender el procesador, se efectúa un autochequeo (self test) durante el cual, el procesador deshabilita las entradas y salidas, realiza test de memorias, revisión del programa, test de configuración de las puertas de comunicaciones. Una vez aceptado el test, se habilitan las E/S y se pasa a modo de operación NORMAL. Lee estado de las entradas y almacena la representación de los estados de estos puntos (ON/OFF) en una tabla de imágenes de las entradas.
Ejecuta la lógica programada en su programa usuario, y dependiendo del resultado de cada una de las instrucciones se actualiza la tabla de imágenes de las salidas. Se actualiza el estado de las salidas, copiando hacia los módulos de salida el estado de la tabla de imágenes de las salidas, modificando el estado de los actuadores alambrados a estos módulos. Se repite el ciclo vuelve al punto 2º. Vigilar que el tiempo de ejecución del programa de usuario no exceda un determinado tiempo maximo (tiempo de ciclo maxima). A esta función se le denomina Watchdog (perro guardian). Para ello el controlador va a poseer un ciclo de trabajo, que ejecutara de forma continua: Módulos de E/S:
Generalmente vamos a disponer de dos tipos de E/S: Digital: Estas se basan en el principio de todo o nada, es decir o no conducen señal alguna o poseen un nivel mínimo de tensión. Estas E/S se manejan a nivel de bit dentro del programa de usuario. Analógica: Estas pueden poseer cualquier valor dentro de un rango determinado especificado por el fabricante. Se basan en conversores A/D y D/A aislados de la CPU (ópticamente o por etapa de potencia). Estas señales se manejan a nivel de byte o palabra (8/16 bits) dentro del programa de usuario. Cada PLC tiene un numero máximo de puntos de entrada y salida que pueden conectársele. Los proveedores ofrecen capacidades que varían entre 16 y 8000 puntos. Los módulos de E/S tienen la capacidad de conectar un cierto numero de entradas y salidas, variando entre 1 y 16 puntos de E/S por modulo. Estos módulos de E/S se encuentran en el mercado en gran variedad, para distintos tipos de entrada y salida. También existen fabricantes que ofrecen módulos de E/S inteligentes para la realización de funciones especiales y entre los módulos de E/S existentes se pueden mencionar: Módulos discretos (para control eléctrico 120V AC, 24 VDC) Módulos análogos (para conectar transmisores 4-20 mA, RTD, termocupla) Modulo TTL (para conectar dispositivos de estado sólido) Módulo de salida de contactos (220V AC, 110 VAC) Contadores de alta velocidad (en sistemas de correas transportadoras) E/S aisladas
Módulos inteligentes (algoritmos PID, Módulos programables en Basic). Los módulos de E/S pueden conectarse en forma remota al procesador a través de un módulo adaptador de comunicaciones hasta 15000 pies de distancia, en configuraciones tales como multidrop, daisy chain o estrella. Interfaz con el operador y otros periféricos Mediante la interfaz con el operador, se tiene acceso a la información que permite controlar y conocer el funcionamiento de la planta. La interfaz más usual es un terminal de programación, resistente al ambiente industrial y de tipo portátil, el cual sirve para introducir, modificar y editar el programa de usuario que ejecutará el procesador central. También permite diagnóstico y localización de fallas. Además sirve como interfaz entre el procesador y otros periféricos como impresoras, grabador de cassette. El PLC, en la mayoría de los casos, puede ser ampliable. Las ampliaciones abarcan un gran numero de posibilidades, que van desde las redes internas(LAN, etc.), módulos auxiliares de E/S, memoria adicional......hasta la conexión con otros controladores del mismo modelo. Cada fabricante facilita las posibilidades de ampliación de sus modelos, los cuales pueden variar incluso entre modelos de la misma serie. Por lo tanto del terminal de programación existen diversos periféricos auxiliares como ser: Teclado de programación portátil Grabador de cassette Pantalla CRT para gráficos en color Impresoras para reportes Diagramas mímicos Interfaz a computador Monitor de alarmas Comunicaciones: La red de comunicaciones tiene una gran importancia pues permite una utilización más completa de las capacidades de un sistema de producción avanzado. Mediante el uso de redes de área local se pueden interconectar varios PLC y las diferentes componentes que forman el sistema total, logrando con ello su mejor administración y operación. Las redes de área local son redes de datos que proporcionan las herramientas de comunicación, hardware y software, para realizar un control supervisor con computador, o bien para conectarse a niveles superiores de control, como seria por ejemplo un sistema de control distribuido. Las redes de comunicación deben proporcionar una actualización a alta velocidad de todos los estados de la planta que están siendo monitoreados, especialmente condiciones de alarma, y comandos entrados por el operador debido a esto la mayoría de las redes de área local operan con velocidades de transmisión elevadas de hasta 56 K baud (23). La segunda generación de redes está teniendo conexiones que permiten a los periféricos enviar información a velocidades mayores (sobre 1M baud).
Los controladores programables y aparatos periféricos tienen puertas seriales, del tipo RS232C, que permiten hasta un máximo de 19200 baud, por lo cual los proveedores proporcionan módulos de interfaz adecuados para conectarse a la red. Algunos fabricantes están procurando incorporar dichas interfaces dentro del los PLCs para dotarlos de la capacidad de comunicación. Existe una gran cantidad de redes locales para integrar un conjunto de PLCs: Control Net, COPnet, Data Highway, CEnet, Modbus, Ourbus, RNet, Sy/net, TI/Way I, Westnet, Specter Net, etc., siendo la mayoría de ellas incompatibles entre si. En algunos casos se logra la compatibilidad mediante módulos adicionales de manera de tener comunicación con otros sistemas. En estos últimos años se ha hecho bastante esfuerzo para establecer normas y protocolos para las redes de área local, las cuales ofrecerán compatibilidad entre equipos de diferentes proveedores, particularmente en Estados Unidos, donde las normas están siendo recopiladas por el Comité IEEE 802, Proway y la Oficina Nacional de Normas. Todas estas normas serán compatibles con el modelo OSI (Open Systems Interconnection), ya especificado por la Organización Internacional de Normas (ISO) la cual define la arquitectura básica para protocolo de red. Esto hará más fácil el establecer puertas de acceso entre redes diferentes. Algunos de los principales proveedores están trabajando para desarrollar una nueva norma IEEE 802 para sistemas de redes. Habiendo en la actualidad redes de comunicación en base a la norma IEEE 802.4. En cuanto a medio físico de comunicación, éstos pueden ser cables de pares retorcidos, cable coaxial o fibra óptica. Entre las funciones posibles de realizar al disponer de una red de comunicación se puede señalar: Lectura a distancia de registros de memoria de cualquiera de los controladores de la red. Programar o alterar programas de los controladores desde un terminal central. Detectar y señalizar errores o fallas en cualquier controlador conectado a la red. Supervisión de comunicaciones. Visión amplia del proceso mediante gráficos en colores. Actualmente se pueden conectar computadores personales a los PLCs. para que realicen una tarea de supervisión, manipulación de información, etc. La conexión a uno o más PLCs se hace generalmente a través de una red de comunicaciones serial. De este modo la capacidad matemática más eficiente y la mayor velocidad de procesamiento numérico de los computadores personales, se ocupa para realizar funciones tales como: manejo de datos, generación de informes, recolección de datos y programación “off line”. Esto, unido a las características industriales y dedicadas de los PCs para control secuencial, conforma un sistema de control poderoso y confiable. En el mercado varias compañías ofrecen software compatible con diferentes proveedores de PLCs. Con este software de aplicación se pueden lograr diversas funciones como ser: Tener acceso a todos los datos de los PLCs (tablas imágenes de entrada y salida) Crear, modificar y editar programas para el PLC en el computador, mediante un lenguaje más apropiado.
Cargar un programa desde el computador al PLC Almacenar un programa en el computador tomando desde la memoria del PLC Documentación de programas en cl computador. Generación de informes y mensajes de alarma. Administración de recursos periféricos como impresoras, plotter, CRT, etc. Despliegues gráficos a color. En este mismo sentido, un método avanzado de obtener toda la información necesaria efectivamente, para hacer decisiones sobre la operación de la planta es a través del uso de terminales gráficos a color. Esto da una mayor visión al operador pues muestra el comportamiento de la planta en tiempo real y da alarma inmediata en caso de fallas o problemas. Estos sistemas gráficos dedicados se conectan usualmente a una red de área local donde están conectados también varios PLCs, siendo una importante característica la capacidad para realizar varias tareas simultáneamente. En el mercado los proveedores suministran abundante software para estos terminales, entre las características que se pueden obtener con estos terminales y el software adecuado se mencionan: Sistemas CAD (diseño mediante computador) para PCs. Actualización y manipulación de información en forma rápida. Mensajes de alarma. Ejecución simultánea de tareas. Pantallas sensibles al tacto (se realizan cambios en línea directamente sobre la pantalla). Edición y documentación de programas. Despliegue de gráficos a colores típicos (vista general, vista detalle, trend, estados). Conexión a unidades de almacenamiento masivo (superiores a 20 Mbyte). DIRECCIONAMIENTO DE ENTRADA/SALIDAS. La memoria de trabajo de la mayoría de los PLC se halla compuesta por dispositivos de tipo NVRAM (RAM no volátil), y la relación entre las entradas físicas y las direcciones lógicas de los ptos. y bobinas internas dependen, principalmente, de la distribución de estas memorias. Cada fabricante a diseñado, según la arquitectura y capacidades de manejo de ptos de I/Os,, formas diversas de hacer referencia en los programas al pto que desea sensar o activar, pero todos ellos utilizan nomenclaturas similares, diferenciándose fundamentalmente por la estructura de la memoria.
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