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AUTÓMATAS PROGRAMABLES Ingeniería de Máquinas 5º Curso de Ingeniería Industrial. Carmelo Camacho González.

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1 AUTÓMATAS PROGRAMABLES Ingeniería de Máquinas 5º Curso de Ingeniería Industrial. Carmelo Camacho González.

2 INTRODUCCIÓN A UTOMATIZACIÓN T ECNOLOGÍA QUE TRATA DE APLICAR SISTEMAS MECÁNICOS, ELÉCTRICOS Y BASES COMPUTACIONALES PARA OPERAR Y CONTROLAR ALGÚN PROCESO. E STA TECNOLOGÍA INCLUYE : H ERRAMIENTAS AUTOMÁTICAS PARA PROCESAR PARTES. M ÁQUINAS DE MONTAJES AUTOMÁTICOS. R OBOTS INDUSTRIALES. M ANEJO AUTOMÁTICO DE MATERIAL Y ALMACENAMIENTO. S ISTEMAS DE INSPECCIÓN AUTOMÁTICA. C ONTROL DE PROCESOS. S ISTEMAS DE ALMACENAMIENTO DE DATOS Y APOYO PARA TOMA DE DECISIONES.

3 INTRODUCCIÓN ¿Q UÉ ES UN A UTÓMATA P ROGRAMABLE ?. ¿P ODEMOS DECIR QUE ES UN ROBOT ?. ¿SI?, ¿NO? P UEDE DEFINIRSE COMO UN EQUIPO ELECTRÓNICO PROGRAMABLE EN LENGUAJE NO INFORMÁTICO QUE ESTÁ DISEÑADO PARA CONTROLAR EN TIEMPO REAL Y EN AMBIENTE INDUSTRIAL, PROCESOS SECUENCIALES. S IN EMBARGO LA RÁPIDA EVOLUCIÓN DE LOS AUTÓMATAS HACE QUE ESTA DEFINICIÓN NO ESTÉ CERRADA. AUTÓMATA PROGRAMABLE O PLC: C ONTROLADOR L ÓGICO P ROGRAMABLE, ( P ROGRAMABLE L OGIC C ONTROLER ).

4 INTRODUCCIÓN V ENTAJAS VS I NCONVENIENTES 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.

5 INTRODUCCIÓN V ENTAJAS VS I NCONVENIENTES INCONVENIENTE S 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.

6 INTRODUCCIÓN A NTECEDENTES H ISTÓRICOS AÑOS 50: L OS ORDENADORES RESOLVIERON LOS PROBLEMAS DE LA LLAMADA LÓGICA CABLEADA, NO TERMINARON POR ADAPTARSE AL ENTORNO INDUSTRIAL. AÑOS 60: G ENERAL M OTORS Y D IGITAL DESARROLLARON EL SISTEMA DE CONTROL PDP-14, QUE EVITABA LOS ALTOS COSTE DE UN SISTEMA DE RELÉS DE LÓGICA CABLEADA. F UE R.E. M ORELEY, QUIEN DESARROLLO EL AUTÓMATA PROGRAMABLE PARA LA G ENERAL M OTORS. AÑOS 70: A PARECEN LOS MICRO - CONTROLADORES. AÑOS 80: E S CUANDO SE INTRODUCEN LOS MICRO - PROCESADORES EN LOS AUTÓMATAS. ACTUALMENTE: L A TENDENCIA ES DOTARLO DE FUNCIONES ESPECÍFICAS DE CONTROL Y DE CANALÉS DE COMUNICACIÓN PARA QUE PUEDAN CONECTARSE ENTRE SÍ Y CON ORDENADORES EN RED. R ED DE AUTÓMATAS. CIM.

7 A PLICACIONES INTRODUCCIÓN

8 TIPOS DE PLC S D ATOS 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

9 T IPOS DE A UTOMATIZACIÓN : E L OBJETIVO DE UN PLC ES : G OBERNAR UN PROCESO SIN QUE EL OPERADOR TENGA QUE INTERVENIR SOBRE SUS ELEMENTOS DE SALIDA, SOLO SOBRE LAS MAGNITUDES DE CONSIGNA. E L PLC OPERA EN GENERAL CON MAGNITUDES DE BAJA POTENCIA, LLAMADAS SEÑALES, Y GOBIERNA UNOS ACCIONAMIENTOS QUE SON LOS QUE REALMENTE MODULAN LA POTENCIA. T IPOS DE T OPOLOGÍAS : L AZO A BIERTO : E L PLC NO RECIBE INFORMACIÓN SOBRE EL COMPORTAMIENTO DEL PROCESO. L AZO C ERRADO : E XISTE UNA REALIMENTACIÓN AL PLC DE LA RESPUESTA QUE DA EL PROCESO. TIPOS DE PLC S

10 Señales de Consigna T IPOS DE A UTOMATIZACIÓN (II): L AZO A BIERTO : TIPOS DE PLC S Accionamientos Proceso PLC Entrada s Salidas Elementos de Potencia Elementos de Señal

11 T IPOS DE A UTOMATIZACIÓN (III): TIPOS DE PLC S Accionamientos Proceso PLC Entrada s Salidas Elementos de Potencia Elementos de Señal Respuesta SensoresInterface Señales de Consigna L AZO C ERRADO :

12 TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROL C LASIFICACIÓN SEGÚN EL TIPO DE SEÑALES QUE INTERVIENEN : S ISTEMAS DE C ONTROL A NALÓGICOS : S EÑALES DE TIPO CONTINUO ( DE 0 A 10 V, 4 A 20 M A, ETC.) PROPORCIONALES A UNAS DETERMINADAS MAGNITUDES FÍSICAS (P RESIÓN, T EMPERATURA, V ELOCIDAD, …) S ISTEMAS DE C ONTROL D IGITALES : S EÑALES B INARIAS, DEL TIPO T ODO O N ADA, SOLO REPRESENTAN ESTOS DOS ESTADOS. S ISTEMAS H ÍBRIDOS A NALÓGICOS -D IGITALES : E STE GRUPO LOS CONFORMARÍA LOS A UTÓMATAS P ROGRAMABLES.

13 TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROL T ECNOLOGÍAS E XISTENTES. Clasificación Tecnológica Lógica Cableada Lógica Programada Neumática Hidráulica Eléctrica Electrónica Microprocesadora Computador a PLC

14 TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROL C LASIFICACIÓN SEGÚN EL TIPO DE SEÑALES QUE INTERVIENEN : CARACTERISTICA LÓGICA CABLEADA LÓGICA PROGRAMADA FlexibilidadBajaAlta Posibilidad de ampliaciónBajaAlta Conexiones y cableado interiorMuchasPocas Tiempo de desarrollo del sistemaMuchoPoco MantenimientoDifícilFácil Herramientas de simulaciónNoSi Costes para pequeñas seriesAltoBajo Estructuración de bloques independientes DifícilFácil

15 EL AUTÓMATA PROGRAMABLE ¿P OR Q UÉ Q UEREMOS AUTOMATIZAR ? M EJORA LA PRODUCCIÓN D ISMINUYE COSTES E LIMINA LABORES RUTINARIAS A UMENTA LA SEGURIDAD DE LOS TRABAJADORES, YA QUE PASAN A LA BORES DE SUPERVISIÓN A UMENTA LA CALIDAD DEL PRODUCTO D ISMINUYE EL TIEMPO DEL PRODUCTO EN LA CADENA DE PRODUCCIÓN S E PUEDEN REALIZAR TAREAS DE ALTÍSIMA PRECISIÓN INCAPACES DE LLEVAR A CABO POR UN OPERARIO.

16 EL AUTÓMATA PROGRAMABLE S U ESTRUCTURA EXTERNA E STRUCTURA C OMPACTA : T ODOS 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. S U CARCASA NORMALMENTE ES ESTANCA Y SE PUEDEN USAR EN AMBIENTES INDUSTRIALES HOSTILES. E STRUCTURA S EMIMODULAR : S E 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. E STRUCTURA M ODULAR : S U CARACTERÍSTICA PRINCIPAL ES QUE TIENE UN MÓDULO PARA CADA UNO DE LOS DIFERENTES ELEMENTOS QUE COMPONEN EL AUTÓMATA. M UY USADO EN E UROPA.

17 EL AUTÓMATA PROGRAMABLE S U ESTRUCTURA INTERNA UNIDAD CPU INTERFAC E DE ENTRADA INTERFAC E DE SALIDA INTERFAC E DE SALIDA MEMORIA DE PROGRAMA MEMORIA DE DATOS MEMORIA DE DATOS BUS INTERNO FUENTE DE ALIMENTACIÓN

18 EL AUTÓMATA PROGRAMABLE S U ESTRUCTURA INTERNA UNIDAD CPU INTERFAC E DE ENTRADA INTERFAC E DE SALIDA INTERFAC E DE SALIDA MEMORIA DE PROGRAMA MEMORIA DE DATOS 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 V para alimentar al programador + 24 V para los canales de lazo de corriente 20 mA. 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 V para alimentar al programador + 24 V para los canales de lazo de corriente 20 mA.

19 EL AUTÓMATA PROGRAMABLE S U ESTRUCTURA INTERNA UNIDAD CPU INTERFAC E DE ENTRADA INTERFAC E DE SALIDA INTERFAC E DE SALIDA MEMORIA DE PROGRAMA MEMORIA DE DATOS 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. 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.

20 UNIDAD CPU INTERFAC E DE ENTRADA INTERFAC E DE SALIDA INTERFAC E DE SALIDA MEMORIA DE PROGRAMA MEMORIA DE DATOS 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 S U ESTRUCTURA INTERNA

21 EL AUTÓMATA PROGRAMABLE S U ESTRUCTURA INTERNA UNIDAD CPU INTERFAC E DE ENTRADA INTERFAC E DE SALIDA INTERFAC E DE SALIDA MEMORIA DE PROGRAMA MEMORIA DE DATOS 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.

22 UNIDAD CPU INTERFAC E DE ENTRADA INTERFAC E DE SALIDA INTERFAC E DE SALIDA MEMORIA DE PROGRAMA MEMORIA DE DATOS 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 S U ESTRUCTURA INTERNA

23 UNIDAD CPU INTERFAC E DE ENTRADA INTERFAC E DE SALIDA INTERFAC E DE SALIDA MEMORIA DE PROGRAMA MEMORIA DE DATOS 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. 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 S U ESTRUCTURA INTERNA

24 EL AUTÓMATA PROGRAMABLE S ISTEMA DE E NTRADAS /S ALIDAS Entrada s Información recogida del proceso, es el conjunto de sensores en general. Salidas Acciones de control sobre la máquina, corresponden a relés, contactores. Arrancadores, …

25 EL AUTÓMATA PROGRAMABLE S ISTEMA DE E NTRADAS /S ALIDAS (II). L AS E/S DISCRETAS SE CARACTERIZAN POR PRESENTAR DOS ESTADOS DIFERENCIADOS : PRESENCIA O AUSENCIA DE TENSIÓN RELÉ ABIERTO O CERRADO. L AS 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. E STO SE REALIZA MEDIANTE CONVERSORES ANALÓGICO - DIGITALES (ADC' S ). L AS E/S NUMÉRICAS PERMITEN LA ADQUISICIÓN O GENERACIÓN DE INFORMACIÓN A NIVEL NUMÉRICO, EN CÓDIGOS BCD, G RAY U OTROS. L A INFORMACIÓN NUMÉRICA PUEDE SER ENTRADA MEDIANTE DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS DIGITALES APROPIADOS. P OR SU PARTE, LAS SALIDAS NUMÉRICAS SUMINISTRAN INFORMACIÓN PARA SER UTILIZADA EN DISPOSITIVOS VISUALIZADORES ( DE 7 SEGMENTOS ) U OTROS EQUIPOS DIGITALES.

26 EL AUTÓMATA PROGRAMABLE S ISTEMA DE E NTRADAS /S ALIDAS (III). P OR 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. E NTRE LAS MÁS IMPORTANTES ESTÁN : E NTRADAS PARA EL CONTROL DE TEMPERATURAS. S ALIDAS PARA EL CONTROL DE MOTORES PASO A PASO (PAP). E NTRADAS Y SALIDAS PARA PROCESOS DE REGULACIÓN DE ALTA PRECISIÓN. `S ALIDAS ASCII PARA LA COMUNICACIÓN CON PERIFÉRICOS INTELIGENTES.

27 CONEXIONADO DE UN AUTÓMATA C ONEXIONES E/S

28 CONEXIONADO DE UN AUTÓMATA C ONEXIONES DE E NTRADA L A EFICAZ PUESTA EN FUNCIONAMIENTO DE UN A UTÓMATA P ROGRAMABLE PASA NECESARIAMENTE POR UNA CORRECTA CONEXIÓN DE LOS CAPTADORES EN LAS ENTRADAS Y LOS ACTUADORES EN LAS SALIDAS. L AS ENTRADAS SUELEN CONTAR CON LA CONEXIÓN DE LOS DENOMINADOS CAPTADORES, QUE SON DISPOSITIVOS QUE TRANSFIEREN AL INTERIOR DEL A UTÓMATA AQUELLAS VARIABLES DEL PROCESO CONTROLADO QUE EL EQUIPO HA DE CONOCER. A NALÓGICOS, CUYA SEÑAL ELÉCTRICA ES VARIABLE EN EL TIEMPO, Y QUE NECESARIAMENTE HAN DE ACOPLARSE AL MISMO TIPO DE ENTRADAS. D IGITALES, EN DONDE LA SEÑAL RESPONDE AL ESQUEMA CLÁSICO TODO / NADA.

29 L OS CAPTADORES SIN TENSIÓN QUE SE PUEDEN CONECTAR A UN A UTÓMATA PUEDEN SER DE VARIOS TIPOS Y, ENTRE OTROS, SE PODRÍAN CITAR LOS SIGUIENTES : P ULSADORE S I NTERRUPTOR ES F INALES DE C ARRERA C ONTACTOS DE RELÉS CONEXIONADO DE UN AUTÓMATA C APTADORES SIN TENSIÓN

30 A L 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 A UTÓMATA. D ETECTORES DE PROXIMIDAD C ÉLULA F OTOELÉCTRIC A D ETECTORES DE HUMO, FUEGO, … CONEXIONADO DE UN AUTÓMATA C APTADORES CON TENSIÓN

31 E N LOS CONTACTOS DE SALIDA DEL A UTÓMATA SE CONECTAN LAS CARGAS O ACTUADORES, BIEN DIRECTAMENTE O BIEN A TRAVÉS DE OTROS ELEMENTOS DE MANDO ( DRIVERS ). L AS 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. E N LOS CONTACTOS DE SALIDA DEL A UTÓMATA SE CONECTAN LAS CARGAS O ACTUADORES, BIEN DIRECTAMENTE O BIEN A TRAVÉS DE OTROS ELEMENTOS DE MANDO ( DRIVERS ). L AS 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. A CTUADORES SON TODOS LOS ELEMENTOS CONECTADOS A LAS SALIDAS Y QUE ACTÚAN SOBRE EL PROCESO PARA TRANSMITIRLE LA ACCIÓN DE CONTROL. A CTUADORES SON TODOS LOS ELEMENTOS CONECTADOS A LAS SALIDAS Y QUE ACTÚAN SOBRE EL PROCESO PARA TRANSMITIRLE LA ACCIÓN DE CONTROL. CONEXIONADO DE UN AUTÓMATA C ONEXIONES DE S ALIDA Y A CTUADORES

32 PROGRAMACIÓN DE UN AUTÓMATA S OFTWARE. E N ESTE PUNTO SE VAN A VER LOS PRINCIPALES ASPECTOS RELACIONADOS CON LA PARTE MENOS TANGIBLE FÍSICAMENTE DEL A UTÓMATA, EL SOFTWARE, LOS PROGRAMAS QUE SE EJECUTAN EN EL EQUIPO. E STOS PROGRAMAS PUEDEN SER DE DOS TIPOS : L OS CREADOS POR EL USUARIO. L OS CREADOS PARA EL FUNCIONAMIENTO INTERNO DEL A UTÓMATA. C UANDO EL A UTÓMATA 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.

33 PROGRAMACIÓN DE UN AUTÓMATA C ICLO S CAN Y DE F UNCIONAMIENTO 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 Indicador de ERROR

34 ALGUNOS FABRICANTES S IEMENS D S 2 S UMOTOMO H OMYWELL A MD

35 THE END


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