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

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.

¿SI?, ¿NO? 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).

VENTAJAS INTRODUCCIÓN Ventajas vs Inconvenientes 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. VENTAJAS

INCONVENIENTES INTRODUCCIÓN Ventajas vs 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. INCONVENIENTES

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.

INTRODUCCIÓN Aplicaciones

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 PLCs 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 Tipos de Automatización (II): Señales de Consigna Lazo Abierto: Señales de Consigna PLC Entradas Accionamientos Proceso Salidas Elementos de Señal Elementos de Potencia

TIPOS DE PLCs Tipos de Automatización (III): Señales de Consigna PLC Lazo Cerrado: Señales de Consigna PLC Entradas Accionamientos Proceso Salidas Respuesta Sensores Interface Elementos de Señal Elementos de Potencia

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 Microprocesadora Eléctrica Computadora Electrónica PLC

TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROL Clasificación según el tipo de señales que intervienen: CARACTERISTICA LÓGICA CABLEADA LÓGICA PROGRAMADA Flexibilidad Baja Alta Posibilidad de ampliación Conexiones y cableado interior Muchas Pocas Tiempo de desarrollo del sistema Mucho Poco Mantenimiento Difícil Fácil Herramientas de simulación No Si Costes para pequeñas series Alto Bajo Estructuración de bloques independientes

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 MEMORIA DE PROGRAMA FUENTE DE ALIMENTACIÓN BUS INTERNO INTERFACE DE ENTRADA UNIDAD CPU INTERFACE DE SALIDA MEMORIA DE DATOS

EL AUTÓMATA PROGRAMABLE Su estructura interna MEMORIA DE PROGRAMA 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. FUENTE DE ALIMENTACIÓN BUS INTERNO INTERFACE DE ENTRADA UNIDAD CPU INTERFACE DE SALIDA MEMORIA DE DATOS

EL AUTÓMATA PROGRAMABLE 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. Su estructura interna MEMORIA DE PROGRAMA FUENTE DE ALIMENTACIÓN BUS INTERNO INTERFACE DE ENTRADA UNIDAD CPU INTERFACE DE SALIDA MEMORIA DE DATOS

EL AUTÓMATA PROGRAMABLE Su estructura interna MEMORIA DE PROGRAMA FUENTE DE ALIMENTACIÓN BUS INTERNO INTERFACE DE ENTRADA UNIDAD CPU INTERFACE DE SALIDA 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. MEMORIA DE DATOS

EL AUTÓMATA PROGRAMABLE Su estructura interna RAM (Random Access Memory): Memoria de lectura-escritura, los realiza de forma eléctrica, su información desaparece si no tiene alimentación eléctrica. MEMORIA DE PROGRAMA FUENTE DE ALIMENTACIÓN BUS INTERNO INTERFACE DE ENTRADA UNIDAD CPU INTERFACE DE SALIDA MEMORIA DE DATOS

EL AUTÓMATA PROGRAMABLE Su estructura interna MEMORIA DE PROGRAMA FUENTE DE ALIMENTACIÓN Filtran, adaptan y codifican de forma comprensible para la CPU, las señales procedentes de los elementos de entrada BUS INTERNO INTERFACE DE ENTRADA UNIDAD CPU INTERFACE DE SALIDA MEMORIA DE DATOS

EL AUTÓMATA PROGRAMABLE Su estructura interna MEMORIA DE PROGRAMA FUENTE DE ALIMENTACIÓN BUS INTERNO Son las encargadas de decodificar, y amplificar las señales generadas durante la ejecución del programa antes de enviarlas a los elementos de salida. INTERFACE DE ENTRADA UNIDAD CPU INTERFACE DE SALIDA MEMORIA DE DATOS

EL AUTÓMATA PROGRAMABLE Sistema de Entradas/Salidas Información recogida del proceso, es el conjunto de sensores en general. Entradas Acciones de control sobre la máquina, corresponden a relés, contactores. Arrancadores, … Salidas

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. Analógicos, cuya señal eléctrica es variable en el tiempo, y que necesariamente han de acoplarse al mismo tipo de entradas. 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. Digitales, en donde la señal responde al esquema clásico todo/nada.

CONEXIONADO DE UN AUTÓMATA Captadores sin tensión Pulsadores Los captadores sin tensión que se pueden conectar a un Autómata pueden ser de varios tipos y, entre otros, se podrían citar los siguientes: Interruptores Finales de Carrera Contactos de relés

CONEXIONADO DE UN AUTÓMATA Captadores con tensión Detectores de proximidad 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. Célula Fotoeléctrica Detectores de humo, fuego, …

CONEXIONADO DE UN AUTÓMATA Conexiones de Salida y Actuadores 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.

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 Tensión Comprobación del Hardware Proceso Inicial Puesta a Cero Borrado de contadores y variables internas Comprobación de Conexiones y Memorias Proceso Común ¿Comprobación Correcta? Ejecución del programa y datos NO SI Indicador de ERROR Lectura de la Interface de Entrada Servicio a Periféricos Externos Lectura de la Interface de Salida Ejecución del Programa de Usuario

ALGUNOS FABRICANTES Siemens Ds2 Sumotomo Homywell Amd

THE END