INTRODUCCIÓN Automatización Tecnología que
trata de aplicar sistemas mecánicos, eléctricos y
bases computacionales para operar y controlar algún
proceso. Esta tecnología incluye: Herramientas
automáticas para procesar partes. Máquinas de
montajes automáticos. Robots industriales. Manejo
automático de material y almacenamiento. Sistemas de
inspección automática. Control de procesos.
Sistemas de almacenamiento de datos y apoyo para toma de
decisiones.
INTRODUCCIÓN ¿Qué es un Autómata
Programable?. ¿Podemos decir que es un robot?.
¿SI?, ¿NO? Puede definirse como un equipo
electrónico programable en lenguaje no informático
que está diseñado para controlar en tiempo real y
en ambiente industrial, procesos secuenciales. Sin embargo la
rápida evolución de los autómatas hace que
esta definición no esté cerrada. AUTÓMATA
PROGRAMABLE o PLC: Controlador Lógico Programable,
(Programable Logic Controler).
INTRODUCCIÓN Ventajas vs Inconvenientes VENTAJAS No es
necesario dibujar el esquema de contactos. La gran capacidad de
almacenamiento del módulo de memoria. Posibilidad de
introducir modificaciones sin cambiar el cableado ni
añadir aparatos. Mínimo espacio de
ocupación. Menor coste de mano de obra de la
instalación. Economía de mantenimiento.
Además de aumentar la fiabilidad del sistema, al eliminar
contactos móviles, los mismos autómatas pueden
indicar y detectar averías. Posibilidad de gobernar varias
máquinas con un mismo autómata. Menor tiempo para
la puesta en funcionamiento del proceso al quedar reducido el
tiempo cableado. Si por alguna razón la máquina
queda fuera de servicio, el autómata sigue siendo
útil para otra máquina o sistema de
producción.
INTRODUCCIÓN Ventajas vs Inconvenientes INCONVENIENTES
Hace falta un programador, lo que obliga a adiestrar a uno de los
técnicos en tal sentido, pero hoy en día ese
inconveniente esta solucionado porque las universidades ya se
encargan de dicho adiestramiento. El coste inicial también
puede ser un inconveniente.
INTRODUCCIÓN Antecedentes Históricos AÑOS
50: ? Los ordenadores resolvieron los problemas de la llamada
lógica cableada, no terminaron por adaptarse al entorno
industrial. AÑOS 60: ? General Motors y Digital
desarrollaron el sistema de control PDP-14, que evitaba los altos
coste de un sistema de relés de lógica cableada. ?
Fue R.E. Moreley, quien desarrollo el autómata programable
para la General Motors. AÑOS 70: ? Aparecen los
micro-controladores. AÑOS 80: ? Es cuando se introducen
los micro-procesadores en los autómatas. ACTUALMENTE: ? La
tendencia es dotarlo de funciones específicas de control y
de canalés de comunicación para que puedan
conectarse entre sí y con ordenadores en red. Red de
autómatas. CIM.
Aplicaciones INTRODUCCIÓN
TIPOS DE PLCs Datos a conocer, para la elaboración de un
automatismo Especificaciones técnicas del sistema o
proceso a automatizar Elección de las opciones
tecnológicas existentes Evaluación de las opciones
del punto de vista económico Toma de decisión
¿? Lógica Cableada Lógica Programada
Tipos de Automatización: El objetivo de un PLC es:
Gobernar un proceso sin que el operador tenga que intervenir
sobre sus elementos de salida, solo sobre las magnitudes de
consigna. El PLC opera en general con magnitudes de baja
potencia, llamadas señales, y gobierna unos accionamientos
que son los que realmente modulan la potencia. Tipos de
Topologías: Lazo Abierto: El plc no recibe
información sobre el comportamiento del proceso. Lazo
Cerrado: Existe una realimentación al plc de la respuesta
que da el proceso . TIPOS DE PLCs
Señales de Consigna Tipos de Automatización (II):
Lazo Abierto: TIPOS DE PLCs Accionamientos Proceso PLC Entradas
Salidas Elementos de Potencia Elementos de Señal
Tipos de Automatización (III): TIPOS DE PLCs
Accionamientos Proceso PLC Entradas Salidas Elementos de Potencia
Elementos de Señal Respuesta Sensores Interface
Señales de Consigna Lazo Cerrado:
TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROL Clasificación según el
tipo de señales que intervienen: Sistemas de Control
Analógicos: Señales de tipo continuo (de 0 a 10 V,
4 a 20 mA, etc.) proporcionales a unas determinadas magnitudes
físicas (Presión, Temperatura, Velocidad, …)
Sistemas de Control Digitales: Señales Binarias, del tipo
Todo o Nada, solo representan estos dos estados. Sistemas
Híbridos Analógicos-Digitales: Este grupo los
conformaría los Autómatas Programables.
TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROL Tecnologías Existentes.
Clasificación Tecnológica Lógica Cableada
Lógica Programada Neumática Hidráulica
Eléctrica Electrónica Microprocesadora Computadora
PLC
TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROL Clasificación según el
tipo de señales que intervienen:
EL AUTÓMATA PROGRAMABLE ¿Por Qué Queremos
automatizar? Mejora la producción Disminuye costes Elimina
labores rutinarias Aumenta la seguridad de los trabajadores, ya
que pasan a la bores de supervisión Aumenta la calidad del
producto Disminuye el tiempo del producto en la cadena de
producción Se pueden realizar tareas de altísima
precisión incapaces de llevar a cabo por un
operario.
EL AUTÓMATA PROGRAMABLE Su estructura externa Estructura
Compacta: Todos los elementos están en un solo bloque, son
ideales para cuando el número de entradas y salidas son
pocos, no varían y son conocidos a priori. Su carcasa
normalmente es estanca y se pueden usar en ambientes industriales
hostiles. Estructura Semimodular: Se caracteriza por separar las
E/S del resto del autómata de manera que estas
estarían en un módulo independiente de los
demás componentes que estarían en un módulo
compacto. Estructura Modular: Su característica principal
es que tiene un módulo para cada uno de los diferentes
elementos que componen el autómata. Muy usado en
Europa.
EL AUTÓMATA PROGRAMABLE Su estructura interna UNIDAD CPU
INTERFACE DE ENTRADA INTERFACE DE SALIDA MEMORIA DE PROGRAMA
MEMORIA DE DATOS BUS INTERNO FUENTE DE ALIMENTACIÓN
EL AUTÓMATA PROGRAMABLE Su estructura interna UNIDAD CPU
INTERFACE DE ENTRADA INTERFACE DE SALIDA MEMORIA DE PROGRAMA
MEMORIA DE DATOS BUS INTERNO FUENTE DE ALIMENTACIÓN FUENTE
DE ALIMENTACIÓN: Su función es suministrar la
energía a la 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.
EL AUTÓMATA PROGRAMABLE Su estructura interna UNIDAD CPU
INTERFACE DE ENTRADA INTERFACE DE SALIDA MEMORIA DE PROGRAMA
MEMORIA DE DATOS BUS INTERNO FUENTE DE ALIMENTACIÓN Es la
parte más compleja e imprescindible del controlador
programable, en otros términos podría considerarse
el cerebro del controlador. 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.
UNIDAD CPU INTERFACE DE ENTRADA INTERFACE DE SALIDA MEMORIA DE
PROGRAMA MEMORIA DE DATOS BUS INTERNO FUENTE DE
ALIMENTACIÓN ROM (Read Only Memory): Memoria solo de
lectura, no se puede escribir en ellas, es donde el fabricante
graba las instrucciones y el usuario no tiene acceso a ella. EL
AUTÓMATA PROGRAMABLE Su estructura interna
EL AUTÓMATA PROGRAMABLE Su estructura interna UNIDAD CPU
INTERFACE DE ENTRADA INTERFACE DE SALIDA MEMORIA DE PROGRAMA
MEMORIA DE DATOS BUS INTERNO FUENTE DE ALIMENTACIÓN RAM
(Random Access Memory): Memoria de lectura-escritura, los realiza
de forma eléctrica, su información desaparece si no
tiene alimentación eléctrica.
UNIDAD CPU INTERFACE DE ENTRADA INTERFACE DE SALIDA MEMORIA DE
PROGRAMA MEMORIA DE DATOS BUS INTERNO FUENTE DE
ALIMENTACIÓN Filtran, adaptan y codifican de forma
comprensible para la CPU, las señales procedentes de los
elementos de entrada EL AUTÓMATA PROGRAMABLE Su estructura
interna
UNIDAD CPU INTERFACE DE ENTRADA INTERFACE DE SALIDA MEMORIA DE
PROGRAMA MEMORIA DE DATOS BUS INTERNO FUENTE DE
ALIMENTACIÓN Son las encargadas de decodificar, y
amplificar las señales generadas durante la
ejecución del programa antes de enviarlas a los elementos
de salida. EL AUTÓMATA PROGRAMABLE Su estructura
interna
EL AUTÓMATA PROGRAMABLE Sistema de Entradas/Salidas
Entradas Información recogida del proceso, es el conjunto
de sensores en general. Salidas Acciones de control sobre la
máquina, corresponden a relés, contactores.
Arrancadores, …
EL AUTÓMATA PROGRAMABLE Sistema de Entradas/Salidas (II).
Las E/S discretas se caracterizan por presentar dos estados
diferenciados: presencia o ausencia de tensión relé
abierto o cerrado. Las E/S analógicas tienen como
función la conversión de una magnitud
analógica (tensión o corriente) equivalente a una
magnitud física (temperatura, presión, grado de
acidez, etc.) en una expresión binaria de 11, 12 o
más bits, dependiendo de la precisión deseada. Esto
se realiza mediante conversores analógico-digitales
(ADC's). Las E/S numéricas permiten la adquisición
o generación de información a nivel
numérico, en códigos BCD, Gray u otros. La
información numérica puede ser entrada mediante
dispositivos electrónicos digitales apropiados. Por su
parte, las salidas numéricas suministran
información para ser utilizada en dispositivos
visualizadores (de 7 segmentos) u otros equipos digitales.
EL AUTÓMATA PROGRAMABLE Sistema de Entradas/Salidas (III).
Por último, las E/S especiales se utilizan en procesos en
los que con las anteriores E/S vistas son poco efectivas, bien
porque es necesario un gran número de elementos
adicionales, bien porque el programa necesita de muchas
instrucciones. Entre las más importantes están:
Entradas para el control de temperaturas. Salidas para el control
de motores paso a paso (PAP). Entradas y salidas para procesos de
regulación de alta precisión. ` Salidas ASCII para
la comunicación con periféricos inteligentes.
CONEXIONADO DE UN AUTÓMATA Conexiones E/S
CONEXIONADO DE UN AUTÓMATA Conexiones de Entrada La eficaz
puesta en funcionamiento de un Autómata Programable pasa
necesariamente por una correcta conexión de los captadores
en las entradas y los actuadores en las salidas. Las entradas
suelen contar con la conexión de los denominados
captadores, que son dispositivos que transfieren al interior del
Autómata aquellas variables del proceso controlado que el
equipo ha de conocer. Analógicos, cuya señal
eléctrica es variable en el tiempo, y que necesariamente
han de acoplarse al mismo tipo de entradas. Digitales, en donde
la señal responde al esquema clásico
todo/nada.
Los captadores sin tensión que se pueden conectar a un
Autómata pueden ser de varios tipos y, entre otros, se
podrían citar los siguientes: Pulsadores Interruptores
Finales de Carrera Contactos de relés CONEXIONADO DE UN
AUTÓMATA Captadores sin tensión
Al elegir en el mercado los captadores que necesitan ser
alimentados, lo haremos de tal forma que su tensión de
trabajo coincida con la tensión de entrada al
Autómata. Detectores de proximidad Célula
Fotoeléctrica Detectores de humo, fuego, …
CONEXIONADO DE UN AUTÓMATA Captadores con
tensión
En los contactos de salida del Autómata se conectan las
cargas o actuadores, bien directamente o bien a través de
otros elementos de mando (drivers). Las salidas se suelen
distribuir en varios grupos independientes de 1, 2, 4, 5, etc.
contactos; de tal forma que se pueden utilizar varias tensiones
según las necesidades de las cargas. Actuadores son todos
los elementos conectados a las salidas y que actúan sobre
el proceso para transmitirle la acción de control.
CONEXIONADO DE UN AUTÓMATA Conexiones de Salida y
Actuadores
PROGRAMACIÓN DE UN AUTÓMATA Software. En este punto
se van a ver los principales aspectos relacionados con la parte
menos tangible físicamente del Autómata, el
software, los programas que se ejecutan en el equipo. Estos
programas pueden ser de dos tipos: Los creados por el usuario.
Los creados para el funcionamiento interno del Autómata.
Cuando el Autómata se sitúa en ciclo de
ejecución, se lleva a cabo una ejecución
cíclica, esto es que la CPU realiza el barrido del
programa contenido en la memoria de usuario, desde la
dirección o numero de línea 0000 hasta la ultima
posible, volviendo a empezar nuevamente, efectuando lo que se
denomina ciclo scan o ciclo de scanning.
PROGRAMACIÓN DE UN AUTÓMATA Ciclo Scan y de
Funcionamiento Proceso Inicial Proceso Común
Ejecución del programa y datos Servicio a
Periféricos Externos Tensión Comprobación
del Hardware Borrado de contadores y variables internas Puesta a
Cero Comprobación de Conexiones y Memorias
¿Comprobación Correcta? NO SI Lectura de la
Interface de Entrada Lectura de la Interface de Salida
Ejecución del Programa de Usuario Indicador de ERROR