AUTOMATAS PROGRAMABLES Ingeniería de Maquinas 5º Ingeniero Industrial Félix Moya Martínez David Álvarez Tyers

INDICE Introducción. Objetivos de la automatización. Las funciones de la automatización. Tipos de procesos industriales. Estructura de los autómatas. Estructura de los sistemas automatizados. Sensores y captadores. Accionadores.

1. Introducción. Historia: 1968: Procesador cableado sustituye a relés. Década de los setenta Incorporación de elementos hombre-máquina. Manipulaciones de datos Operaciones aritméticas Comunicaciones (ordenador) Incremento de memoria E/S remotas Instrucciones más potentes Desarrollo de comunicaciones con dispositivos

1. Introducción Década de los ochenta: Avance de la tecnología µP Alta velocidad de respuesta, más lenguajes Reducción de dimensiones Módulos inteligentes, autodiagnóstico Década de los noventa: Buses de campo abiertos Utilización de tecnología de ordenador: PCMCIA /ETHERNET Conceptos Smart Factory Plug & Play / Down sizing / Easy to use Actualidad: Extensión de los controles vía Internet. Altas cotas de estandarización.

1. Introducción. Definiciones: Automatización: "Conjunto de procedimientos que tienden a reducir o suprimir la intervención humana en los procesos de producción". Automática: "Ciencia que trata de sustituir en un proceso el operador humano por dispositivos mecánicos o electrónicos" Automatizar: "Aplicar la automática a un proceso, a un dispositivo, etc." Automatismo: "Dispositivo cuyo funcionamiento no requiere la intervención del hombre".

1. Introducción. El autómata programable PLC (Programable Logic Controler), es el equipo que en un sistema automático nos permite elaborar y modificar las funciones que tradicionalmente se han realizado con relés, contactores, temporizadores, etc. Según la Comisión Internacional Electrotecnia, un autómata programable (AP) es un sistema electrónico programable diseñado para ser utilizado en un entorno industrial, que utiliza una memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones orientadas al usuario, para implantar unas soluciones específicas tales como funciones lógicas, secuencia, temporización, recuento y funciones aritméticas con el fin de controlar mediante entradas y salidas, digitales y analógicas diversos tipos de máquinas o procesos.

2. Objetivos de la automatización. La Competitividad: Exige la búsqueda de costes más bajos para el producto, por medio de la reducción de los gastos de mano de obra, ahorro de material, economizar energía, etc. La Seguridad: La supresión de los trabajos peligrosos o pesados por parte del hombre, permite la mejora de las condiciones de trabajo, y el ennoblecimiento del mismo. La Calidad: "Errar es humano". Al limitar el factor humano en la realización del producto, conseguiremos un mejor acabado para el mismo, y una calidad relativamente constante.

2. Objetivos de la automatización. Disponibilidad del producto: Mejorando la disponibilidad de los productos, pudiendo proveer las cantidades necesarias en el momento preciso. La Flexibilidad de la herramienta: Esto es, poder modificar de forma sencilla y rápida los medios de los que disponemos para la fabricación de distintos productos o para modificar el proceso de elaboración. Evitar las limitaciones humanas: Realizando operaciones imposibles de controlar intelectual o manualmente.

3. Las funciones de la automatización. Adquisición de datos. Un conjunto de sensores traducen las constantes físicas a valores eléctricos. Informan al autómata del mundo que le rodea. Procesado de los datos. Según el valor de esos datos, y teniendo en cuenta los algoritmos programados, el sistema tomara decisiones. Ejecución de funciones. Ejecutar lo decidido mediante algún actuador que sea capaz de sustituir el trabajo manual, dependiendo de la información de entrada.

4. Tipos de procesos industriales. Los procesos industriales pueden ser de dos tipos básicos, en función de su evolución con el tiempo. Estos dos tipos básicos son: los procesos continuos y los procesos discretos. Procesos Continuos: Los valores del proceso se recogen continuamente para poder compararlos con el valor de referencia o consigna, y variar las salidas del proceso también de forma continua. Las variables empleadas en el proceso y el sistema de control son de tipo analógico, por ejemplo presiones temperaturas, volumen, etc. Procesos Discretos: La recogida de valores del proceso sólo se efectúa en instantes muy puntuales. Los valores de proceso son conocidos por el sistema de control sólo en instantes discretos (determinados) de tiempo. Las variables empleadas en el proceso y el sistema de control son de tipo todo-nada.

5. Estructura de los Autómatas. Capta-dores Actua-dores C P U Sección de entradas Sección de salidas Unidad de alimentación Interfaces Consola de programación Dispositivos periféricos CPU Memoria Alimentación Entradas Salidas Captadores Actuadores Unidad de programación Periféricos

5. Estructura de los Autómatas. CPU: La unidad central de procesamiento, CPU (por sus siglas del inglés Central Processing Unit), o, simplemente, el procesador, es el componente en una computadora digital que interpreta las instrucciones y procesa los datos contenidos en los programas de computadora. Memoria: También llamada almacenamiento y se refiere a los componentes de una computadora, dispositivos y medios de almacenamiento que retienen datos informáticos durante algún intervalo de tiempo. Las memorias de computadora proporcionan unas de las principales funciones de la computación moderna, la retención o almacenamiento de información.

5. Estructura de los Autómatas. Entrada/Salida: También abreviado E/S o I/O (del original en inglés input/output), es la colección de interfaces que usan las distintas unidades funcionales (subsistemas) de un sistema de procesamiento de información para comunicarse unas con otras, o las señales (información) enviadas a través de esas interfaces. Las entradas son las señales recibidas por la unidad, mientras que las salidas son las señales enviadas por ésta. Fuente de alimentación: Es un dispositivo que convierte la tensión alterna de la red de suministro, en una o varias tensiones, prácticamente continuas, que alimentan los distintos circuitos del autómata, así como los distintos transductores y sensores.

5. Estructura de los Autómatas. Captador: Un captador o transductor es un dispositivo capaz de transformar o convertir un determinado tipo de energía de entrada, en otra de diferente a la salida. El nombre del transductor ya nos indica cual es la transformación que realiza (p.e. electromecánica, transforma una señal eléctrica en mecánica o viceversa), aunque no necesariamente la dirección de la misma. Actuadores: Son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de líquidos, de energía eléctrica y gaseosa. El actuador recibe la orden de un regulador o controlador y da una salida necesaria para activar a un elemento final de control como lo son las válvulas. Existen tres tipos de actuadores: Hidráulicos, Neumáticos y Eléctricos.

6. Estructura de los sistemas automatizados. Podemos desglosar los sistemas automatizados en dos partes bien diferenciadas, la Parte Operativa (P.O.), y la Parte de Mando (P.M.).

6. Estructura de los sistemas automatizados. Parte Operativa: Engloba la parte de sistema que opera sobre la máquina y el producto. En general comprende lo siguiente: Útiles y medios diversos que se aplican en el proceso de fabricación, como pueden ser moldes, útiles de estampar, herramientas de corte, bombas, prensas, etc. Accionadores destinados a mover el proceso automatizado, como un motor eléctrico para accionar una bomba, un cilindro hidráulico para cerrar un molde, etc... Parte de Mando: Como su propio nombre indica, es la que manda o envía las órdenes hacia la Parte Operativa y recibe las señales de retorno para coordinar sus acciones (normalmente se trata de un control en lazo cerrado).

7. Sensores y captadores. Los sensores desarrollan una serie de funciones de vital importancia en las instalaciones automatizadas: Seguimiento del ciclo de funcionamiento, para facilitar la sincronización de las distintas fases operativas del mismo. Reconocimiento de piezas para informar al sistema de control. Vigilancia de la marcha del proceso en tiempo real al sistema de control de cualquier emergencia o situación anómala. Vigilancia de la apertura de las defensas de maquinas, instalaciones, etc. cuando exista la posibilidad de que se ocasionen accidentes. En esencia, detectar situaciones de peligro para el personal, e incrementar la seguridad de las instalaciones.

7. Sensores y captadores. Finales de carrera y micro-interruptores.

7. Sensores y captadores. Termostatos. Abierto Cerrado

7. Sensores y captadores. Presostatos.

7. Sensores y captadores. Sensores de proximidad magnéticos.

7. Sensores y captadores. Sensores de proximidad inductivos.

7. Sensores y captadores. Sensores de proximidad capacitivos.

7. Sensores y captadores. Sensores ópticos.

7. Sensores y captadores. Sensores de ultrasonidos.

8. Accionadores. Los accionadores son los elementos destinados a mover el proceso automatizado. En definitiva proporcionan al proceso la fuerza motriz para, por ejemplo, mover una bomba, cerrar un molde, etc. Eléctricos: Los accionadores eléctricos utilizan directamente la energía eléctrica distribuida en las maquinas y toman diferentes formas: motores, resistencias de calentamiento, electroimanes, etc.

8. Accionadores. Neumáticos: El trabajo realizado por un actuador neumático puede ser lineal o rotativo. El movimiento lineal se obtiene por cilindros de embolo (estos también proporcionan movimiento rotativo con variedad de ángulos por medio de actuadores del tipo piñón-cremallera). También encontramos actuadores neumáticos de rotación continua (motores neumáticos).

8. Accionadores. Hidráulicos: Los actuadores hidráulicos utilizan la energía producida por un fluido hidráulico (usualmente aceite) para transformarla en un movimiento. Podemos diferenciar dos tipos principalmente: - Actuadores de movimiento rectilíneo o lineal. - Actuadores de movimiento giratorio.

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