Sistemas Automáticos de Control Fase 2 Autómatas programables Tema: CONTROLADORES LÓGICOS.

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1 Sistemas Automáticos de Control Fase 2 Autómatas programables Tema: CONTROLADORES LÓGICOS

2 Agenda

3 Introducción El desarrollo de las diferentes tecnologías ha elevado la complejidad de los sistemas y hecho que muchas variables tengan que ser monitorizadas y controladas. El desarrollo de las diferentes tecnologías ha elevado la complejidad de los sistemas y hecho que muchas variables tengan que ser monitorizadas y controladas. Dicho control no puede realizarse en forma directa por el ser humano. Dicho control no puede realizarse en forma directa por el ser humano. La electrónica y miniaturización de sus dispositivos ha permitido controlar productos y procesos industriales. La electrónica y miniaturización de sus dispositivos ha permitido controlar productos y procesos industriales.

4 Clasificación Sin unidad operativa CombinacionalesCableadosProgramablesSecuencialesAsíncronosSíncronosCableadosProgramablesArq. FijaArq. Configurable Con unidad operativaCon Unidad Lógica Con Unidad Aritmética y Lógica Autómatas Programables Computadoras Industriales Microcontroladores

5 Agenda

6 C.L. Combinacionales Se caracterizan por generar variables de salida cuyo valor en un determinado momento depende solo del valor de las variables de entrada Se caracterizan por generar variables de salida cuyo valor en un determinado momento depende solo del valor de las variables de entrada i.CLC Cableados:  Su comportamiento depende de los elementos que los forman y de las interconexiones entre ellos  Se realizan con puertas lógicas  Si se cambia su tabla de verdad es necesario modificar el circuito

7 Un proceso químico posee tres sensores de temperatura del punto P cuyas salidas T 1, T 2, y T 3 adoptan dos niveles de tensión bien diferenciados según la temperatura sea menor, o mayor-igual que t 1, t 2, ó t 3 respectivamente (t 1 < t 2 < t 3 ). Se asigna el valor cero al nivel de tensión correspondiente a una temperatura inferior a t, y el valor uno al nivel correspondiente a una temperatura superior o igual a t. Se desea generar una señal que adopte un nivel de tensión uno lógico si la temperatura está comprendida entre t 1 y t 2 o es superior o igual a t 3 y el nivel cero en caso contrario Ejemplo 1

8 Tabla de Verdad Solución T3T2T1F 0000 0011 010X 0110 100X 101X 110X 1111 X1 XX1X 00 01 1110 0 1 T1 T2 T3 Mapa de Karnaugh: Ecuación de Boole: Circuito lógico: temperatura entre t 1 y t 2 o superior o igual a t 3

9 C.L. Combinacionales ii.CLC Programables:  Es posible cambiar su tabla de verdad sin necesidad de modificar el cableado entre sus elementos, sino eliminando determinadas conexiones.  Uno de los circuitos combinacionales mas conocidos son las PAL (Matrices Lógicas Programables) que son matrices de puertas AND conectadas a puertas OR

10 Resolver el ejemplo 1 usando PAL Ejemplo 2 Solución Ecuación de Boole: Circuito lógico:

11 C.L. Secuenciales Sistemas con capacidad de memorizar las variables de entrada en forma de estado interno para tomar decisiones en un instante en función del valor que tuvieron las variables de entrada en el pasado. Sistemas con capacidad de memorizar las variables de entrada en forma de estado interno para tomar decisiones en un instante en función del valor que tuvieron las variables de entrada en el pasado. Diagrama de bloques básico de un SLS

12 Diagrama de bloques de un SLS implementado con biestables Según los biestables utilizados se encuentran: i.SLS Asíncronos: Estados evolucionan naturalmente. Primeros en ser usados y sencillos de implementar pero dificultad en el diseño. ii.SLS Síncronos: Estados evolucionan según un generador de pulsos (reloj), es decir, el cambio del nivel lógico de sus variables de entrada sólo actúan sobre su estado interno en el instante en que se produce el disparo del reloj. Diseño sistemático.

13 Controladores Lógicos Secuenciales Síncronos Reloj genera pulsos que permiten la evolución de los estados por lo que el conjunto de biestables (registro) deben estar conectados en común a dicha entrada Reloj genera pulsos que permiten la evolución de los estados por lo que el conjunto de biestables (registro) deben estar conectados en común a dicha entrada Diagrama de bloques de un CLSS. El biestable es un tipo D (norma IEC) Biestable D según norma americana

14 Diagrama de estados permite un rápido diseño mostrando la evolución de los estados. Diagrama de estados permite un rápido diseño mostrando la evolución de los estados. Además posibilita sustituir el registro de estado interno por un contador simplificando el circuito combinacional Además posibilita sustituir el registro de estado interno por un contador simplificando el circuito combinacional

15 SLS implementado con un contador y un SLC El circuito evoluciona entre estados internos cada vez que se aplica una señal de reloj y puede realizar cualquier diagrama de estados como el de la figura anterior. El contador almacena los estados internos y posee: -m: bits de entrada y salida de información -M1: entrada de selección de modo de operación, hace que los impulsos del reloj provoquen el conteo o la entrada en paralelo. -G2: entrada de inhibición Problema: Falta de sincronismo entre las variables externas y el reloj

16 SLS implementado con un SLC, un contador y dos biestables El sincronismo se realiza a través de 2 biestables tipo D. Se garantiza que las variables de entrada del SLC (salidas del segundo biestable D) permanezcan estables cuando el controlador toma decisiones al aplicársele un pulso a la entrada C del contador

17 Especificación de los SLSS: La elaboración de los diagramas de estado se basan en el funcionamiento de los dispositivos electrónicos secuenciales, que pueden ser de 2 tipos: La elaboración de los diagramas de estado se basan en el funcionamiento de los dispositivos electrónicos secuenciales, que pueden ser de 2 tipos: – Activados por niveles: sencillos de diseñar, respuesta más lenta – Activados por flancos.

18 Implementar una cerradura electrónica mediante un controlador lógico que posea como entradas dos variables binarias A y B. En el instante de dar tensión, el controlador lógico se coloca en un estado inicial, a partir del cual observa la evolución de A y B. La cerradura debe abrirse si A y B se accionan en la siguiente secuencia: a) En primer lugar se activa A y se desactiva. b) Seguidamente se activa B y se desactiva. c) Finalmente se vuelve a activar y desactivar A. Si se activan A y B en una secuencia incorrecta, el controlador lógico vuelve al estado inicial. Igualmente, se vuelve al estado inicial al accionar un microrruptor M en el instante en que se cierra la puerta. Ejemplo 3:

19 Solución

20 Según la forma en que están construidos los CLSS pueden ser: Según la forma en que están construidos los CLSS pueden ser: i.Cableados ii.Programables iii.Configurables Todos presentan la característica común de que su funcionamiento se puede describir de la misma manera Todos presentan la característica común de que su funcionamiento se puede describir de la misma manera

21 Diseñe un CLSS cableado que realice el sistema de control de la cerradura del ejemplo anterior. Ejemplo 4: i. CLSS Cableado.  Soluciones particulares  Para aplicaciones sencillas son fáciles de implementar

22 a) Diagrama de estados En resumen, se tiene que: a)Elaborar el diagrama de estados. b)Elegir el bloque funcional que almacene el estado interno del controlador, que puede ser un contador síncrono en binario natural. c)Construir la tabla de verdad d)Obtener las ecuaciones e)Implementar el circuito Solución:

23 b) Tabla de verdad

24 c) Mapas de Karnaugh d) Ecuaciones

25 e) Circuito lógico Para facilitar su construcción, se ha adaptado las ecuaciones a fin de usar puertas NAND

26  Tienen un SLC programable y poseen un número fijo de variables de entrada y salida.  El SLC programable hace que se pueda modificar su diagrama de estados y por ende la función que realizan sin modificar su cableado ii. CLSS Programable con arquitectura fija PAL

27 El progreso de la microelectrónica ha permitido integrar en un solo CI todos los componentes formando un PLS (Secuenciador Lógico Programable) El progreso de la microelectrónica ha permitido integrar en un solo CI todos los componentes formando un PLS (Secuenciador Lógico Programable)

28 Diseñe un CLSS programable que realice el control de la cerradura del ejemplo 3. Ejemplo 5: Solución:

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30   Las limitaciones de los sistemas anteriores promovieron la creación de sistemas programables que permitan modificar el número de entradas y salidas.   Al PLS de la figura se ha añadido a cada biestable, una puerta triestado entre su salida y uno de los terminales externos. iii. CLSS Programable de arquitectura configurable   La entrada de control EN del triestado determina si el terminal externo correspondiente es una salida o una entrada.

31   Al circuito anterior se le puede añadir otros recursos: – –Un mux de 2 canales para poder seleccionar la entrada o salida del biestable. – –Una puerta XOR a la entrada del triestado para presentarle la salida directa o invertida.  macrocelda  A este nuevo circuito se le denomina macrocelda.

32   La consolidación en CIs de estos circuitos por los fabricantes se conoce como PLD (Programable Logic Device)

33 Los PLD permiten realizar controladores lógicos pero para su programación se han implementado lenguajes de programación especiales denominados HDL (Hardware Description Lenguaje) Los PLD permiten realizar controladores lógicos pero para su programación se han implementado lenguajes de programación especiales denominados HDL (Hardware Description Lenguaje) En general, sus desventajas serían: En general, sus desventajas serían: – Carecen de flexibilidad, ya que no pueden reprogramarse fácilmente – Usan lenguajes difíciles de aprender por personal técnico

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35 Introducción El notable avance en microelectrónica ha permitido implementar sistemas lógicos más complejos que han devenido en la integración de una Unidad Central de Procesos para realizar la unidad central de un Autómata Programable (AP) o Controlador Lógico Programable (PLC) El notable avance en microelectrónica ha permitido implementar sistemas lógicos más complejos que han devenido en la integración de una Unidad Central de Procesos para realizar la unidad central de un Autómata Programable (AP) o Controlador Lógico Programable (PLC) Ello implica que la implementación de un controlador lógico se haga en base a programación, lo que hace que sean: Ello implica que la implementación de un controlador lógico se haga en base a programación, lo que hace que sean: – Fáciles de programar – Modulares: modifican fácilmente número de E/S – Menor costo

36 Los AP o PLC pueden clasificarse en: Los AP o PLC pueden clasificarse en: – AP cuya unidad operativa es una Unidad Lógica con capacidad para realizar una función lógica entre dos variables binarias. – AP cuya unidad operativa posee una ALU que forma parte de una CPU de un computador lo que permite realizar operaciones con un cierto número de variables simultáneamente y procesar variables analógicas y digitales

37 AP con unidad lógica Unidad de Entrada (UNE). Permite aplicar las entradas procedentes del proceso industrial Unidad de Salida (UNS). Genera las variables que controlan el proceso al cual se conecta el AP Unidad Central. A su vez formada por: -Una Unidad de Control, constituida por un reloj, un contador síncrono, una EPROM y un SLC que genera las señales de control de la unidad operativa -Una Unidad Operativa formada por una unidad lógica (UL) y un biestable que memoriza el resultado (RLO)

38 Aparte de generar las señales propias de control de la unidad lógica, la Unidad de Control se caracteriza por el formato de la combinación binaria de salida de la memoria ROM pasiva, la cual consta de 2 campos: Aparte de generar las señales propias de control de la unidad lógica, la Unidad de Control se caracteriza por el formato de la combinación binaria de salida de la memoria ROM pasiva, la cual consta de 2 campos: Código de operación Selección E/S Especifica la operación que realiza la Unidad Lógica Selecciona la variable de entrada o salida con la que se realiza la operación

39 El AP ha de cumplir la condición de que, mediante una secuencia de instrucciones, situada a partir de la posición cero de la memoria ROM pasiva se pueda ejecutar cualquier función lógica. El AP ha de cumplir la condición de que, mediante una secuencia de instrucciones, situada a partir de la posición cero de la memoria ROM pasiva se pueda ejecutar cualquier función lógica. Por otro lado, la realización de sistemas de control capaces de actuar de acuerdo a un diagrama de flujo, hace conveniente que el AP sea capaz de tomar la decisión de ejecutar o no determinadas acciones. Por otro lado, la realización de sistemas de control capaces de actuar de acuerdo a un diagrama de flujo, hace conveniente que el AP sea capaz de tomar la decisión de ejecutar o no determinadas acciones. La forma de implementar físicamente estos sistemas son diferentes por lo que también habrá diferentes juegos de instrucciones. La forma de implementar físicamente estos sistemas son diferentes por lo que también habrá diferentes juegos de instrucciones.

40 Según la forma en que se especifica el inicio de una ecuación lógica, estos AP se clasifican en: Según la forma en que se especifica el inicio de una ecuación lógica, estos AP se clasifican en: Autómatas Programables Con instrucciones de carga y memorización Con instrucciones de salto Con instrucciones de inhibición condicional de operación y desinhibición incondicional de operación Con instrucciones de transferencia de salida condicionada Sin instrucciones de carga y memorización Con instrucciones de salto Con instrucciones de inhibición condicional de operación y desinhibición incondicional de operación Con instrucciones de transferencia de salida condicionada

41 InstrucciónCódigo (octal) Cargar variable00 Cargar variable invertida01 Y lógica02 Y lógica invertida03 O lógica04 O lógica invertida05 O lógica de funciones Y06 Y lógica de funciones O07 Memorización o salida de variable10 Memorización o salida de variable invertida11 Poner a uno variable12 Poner a cero variable13 Salto condicional si cero14

42 Diseñe el programa que realice la supervisión del proceso químico del ejemplo 1 Ejemplo 6: Solución: T3T2T1F 0000 0011 010X 0110 100X 101X 110X 1111 El uso de un AP hace innecesaria la realización de procesos de simplificación, por lo que directamente de la tabla de verdad se puede obtener la expresión:

43 Posición de memoria (octal) InstrucciónComentario 00000.021Cargar T 1 00103.022 00203.023 00300.021Cargar T 1 00402.022Y lógica T 2 00502.023Y lógica T 3 00606.XXXO lógica de funciones Y 00710.200Salida de variable Se asume que T 1 T 2 y T 3 se les asigna posiciones de memoria 21, 22 y 23 y a F la posición 200.

44 Ejercicios Se desea controlar una puerta corredera, la cual debe moverse de izquierda a derecha y viceversa. Su recorrido está limitado por dos finales de carrera, uno en la parte izquierda (B) que se activará cuando la puerta esté completamente abierta y otro en la parte derecha (C) que indicará que está completamente cerrada. Inicialmente la puerta se encuentra cerrada y presionando sobre el final de carrera (C), de tal forma que actuando sobre un pulsador (A), ésta comenzará un ciclo de apertura moviéndose hacia la izquierda hasta que alcance el final de carrera (B), momento en el cual invertirá su movimiento, desplazándose hacia la derecha hasta estar completamente cerrada, es decir, hasta activar el final de carrera (C). Si por cualquier circunstancia se pulsa (A) durante el movimiento de la puerta, ésta no debe detenerse.

45 Implementar el sistema de control de un montacargas, dotado de dos movimientos (subida y bajada). Implementar el sistema de control de un montacargas, dotado de dos movimientos (subida y bajada). El mando de control dispondrá de tres pulsadores: El mando de control dispondrá de tres pulsadores: – A: pulsador de subida – B: pulsador de bajada – C: pulsador de paro Dichos pulsadores están situados en el interior de la cabina del montacargas y es el usuario quien los acciona para alcanzar la posición deseada, tanto de subida como de bajada Dichos pulsadores están situados en el interior de la cabina del montacargas y es el usuario quien los acciona para alcanzar la posición deseada, tanto de subida como de bajada Una vez activado un pulsador, su acción permanece al soltarlo. Para cambiar el sentido del movimiento, previamente es necesario actuar sobre el pulsador de paro. Suponga que no pueden estar dos pulsadores activados simultáneamente Una vez activado un pulsador, su acción permanece al soltarlo. Para cambiar el sentido del movimiento, previamente es necesario actuar sobre el pulsador de paro. Suponga que no pueden estar dos pulsadores activados simultáneamente