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
MÁQUINAS
ROBOTS
AUTOMÁTICAS PARA PROCESAR PARTES.
DE MONTAJES AUTOMÁTICOS.
INDUSTRIALES.
MANEJO AUTOMÁTICO
DE MATERIAL Y ALMACENAMIENTO.
SISTEMAS
DE INSPECCIÓN AUTOMÁTICA.
CONTROL
DE PROCESOS.
SISTEMAS
DECISIONES.
DE ALMACENAMIENTO DE DATOS Y APOYO PARA TOMA DE
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
ESTÉ CERRADA.
AUTÓMATA PROGRAMABLE O
(PROGRAMABLE LOGIC CONTROLER).
DE LOS AUTÓMATAS HACE QUE ESTA DEFINICIÓN NO
PLC:
CONTROLADOR
LÓGICO
PROGRAMABLE,
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.
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.
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
AUTÓMATAS.
CUANDO
SE
INTRODUCEN
LOS
MICRO-PROCESADORES
EN
LOS
ACTUALMENTE:
 LA
CANALÉS
DE
TENDENCIA ES DOTARLO DE FUNCIONES ESPECÍFICAS DE CONTROL Y DE
COMUNICACIÓN
ORDENADORES EN RED.
PARA
QUE
PUEDAN
RED DE AUTÓMATAS. CIM.
CONECTARSE
ENTRE
SÍ
Y
CON
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
COMPORTAMIENTO DEL PROCESO.
LAZO CERRADO: EXISTE
QUE DA EL PROCESO .
PLC
NO
RECIBE
INFORMACIÓN
SOBRE
EL
UNA REALIMENTACIÓN AL PLC DE LA RESPUESTA
TIPOS DE PLCS
TIPOS DE AUTOMATIZACIÓN (II):
LAZO ABIERTO:
Señales de
Consigna
Entrada
s
PLC
Salidas
Elementos de Señal
Accionamientos
Proceso
Elementos de Potencia
TIPOS DE PLCS
TIPOS DE AUTOMATIZACIÓN (III):
LAZO CERRADO:
Señales de
Consigna
Entrada
s
PLC
Salidas
Sensores
Accionamientos
Proceso Respuesta
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
A UNAS DETERMINADAS MAGNITUDES
SISTEMAS
0 A 10 V, 4 A 20 MA, ETC.) PROPORCIONALES
FÍSICAS (PRESIÓN, TEMPERATURA, VELOCIDAD, …)
CONTROL DIGITALES:
SEÑALES BINARIAS, DEL TIPO TODO
DE
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
Computador
a
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
Baja
Alta
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
Difícil
Fácil
EL AUTÓMATA PROGRAMABLE
¿POR QUÉ QUEREMOS AUTOMATIZAR?
MEJORA LA PRODUCCIÓN
DISMINUYE
COSTES
ELIMINA LABORES
AUMENTA
RUTINARIAS
LA SEGURIDAD DE LOS TRABAJADORES, YA QUE
PASAN A LA BORES DE SUPERVISIÓN
AUMENTA LA CALIDAD
DISMINUYE
DEL PRODUCTO
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
FUENTE DE
ALIMENTACIÓN
MEMORIA
DE
PROGRAMA
BUS INTERNO
INTERFAC
E DE
ENTRADA
UNIDAD
CPU
MEMORIA
DE
DATOS
INTERFAC
E DE
SALIDA
EL AUTÓMATA PROGRAMABLE
SU ESTRUCTURA
INTERNA
FUENTE DE
ALIMENTACIÓN
INTERFAC
E DE
ENTRADA
MEMORIA
DE
PROGRAMA
FUENTE DE ALIMENTACIÓN: Su
función es suministrar la energía a la CPU y
demás tarjetas según la configuración del PLC.
BUS INTERNO
+ 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.
INTERFAC
UNIDAD
E DE
CPU
SALIDA
MEMORIA
DE
DATOS
EL AUTÓMATA PROGRAMABLE
Es la parte más
SU ESTRUCTURA
compleja e imprescindible del
controlador programable, en otros términos podría
MEMORIA
INTERNA
considerarse el cerebro del controlador.
DE
PROGRAMA
FUENTE
DE
Su misión
es leer los estados de las señales de las
ALIMENTACIÓN
entradas,
ejecutar el programa de control y gobernar las
salidas, el procesamiento es permanente y a gran
BUS INTERNO
velocidad.
INTERFAC
E DE
ENTRADA
UNIDAD
CPU
MEMORIA
DE
DATOS
INTERFAC
E DE
SALIDA
EL AUTÓMATA PROGRAMABLE
SU ESTRUCTURA
INTERNA
FUENTE DE
ALIMENTACIÓN
MEMORIA
DE
PROGRAMA
BUS INTERNO
INTERFAC
E DE
ENTRADA
UNIDAD
CPU
INTERFAC
E DE
SALIDA
ROM (Read Only Memory):
Memoria solo de lectura, no se puede
escribir en ellas, es donde el fabricante
graba MEMORIA
las instrucciones y el usuario no
DEa ella.
tiene acceso
DATOS
EL AUTÓMATA PROGRAMABLE
SU ESTRUCTURA
MEMORIA
DE Memory): Memoria de
RAM (Random Access
lectura-escritura,
realiza de forma eléctrica, su
FUENTE DE los PROGRAMA
información
desaparece si no tiene alimentación eléctrica.
ALIMENTACIÓN
INTERNA
BUS INTERNO
INTERFAC
E DE
ENTRADA
UNIDAD
CPU
MEMORIA
DE
DATOS
INTERFAC
E DE
SALIDA
EL AUTÓMATA PROGRAMABLE
SU ESTRUCTURA
INTERNA
FUENTE DE
ALIMENTACIÓN
INTERFAC
E DE
ENTRADA
MEMORIA
DE
PROGRAMA
Filtran,
adaptan
y
codifican
de forma comprensible
BUS
INTERNO
para
la
CPU,
las
señales
procedentes de los elementos de
entrada
INTERFAC
UNIDAD
E DE
CPU
SALIDA
MEMORIA
DE
DATOS
EL AUTÓMATA PROGRAMABLE
SU ESTRUCTURA
INTERNA
FUENTE DE
ALIMENTACIÓN
MEMORIA
DE
PROGRAMA
BUS INTERNO
Son las encargadas de
decodificar,
y amplificar
INTERFAC
UNIDAD
las señales
generadas durante
la
E DE
ejecución
del programa antes CPU
de
ENTRADA
enviarlas a los elementos de salida.
MEMORIA
DE
DATOS
INTERFAC
E DE
SALIDA
EL AUTÓMATA PROGRAMABLE
SISTEMA DE ENTRADAS/SALIDAS
Entrada
s
Información recogida del proceso, es el conjunto
de sensores en general.
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
FUNCIÓN
ANALÓGICA
UNA
LA
E/S
ANALÓGICAS
CONVERSIÓN
(TENSIÓN
MAGNITUD
DE
TIENEN
UNA
COMO
MAGNITUD
O CORRIENTE) EQUIVALENTE A
(TEMPERATURA,
FÍSICA
PRESIÓN,
GRADO DE ACIDEZ, ETC.) EN UNA EXPRESIÓN BINARIA
11, 12 O MÁS BITS, DEPENDIENDO DE LA PRECISIÓN
DESEADA. ESTO SE REALIZA MEDIANTE CONVERSORES
ANALÓGICO-DIGITALES (ADC'S).
DE
LAS
E/S
NUMÉRICAS
PERMITEN
LA
ADQUISICIÓN O GENERACIÓN DE INFORMACIÓN A NIVEL
NUMÉRICO, EN CÓDIGOS
INFORMACIÓN
MEDIANTE
BCD, GRAY
NUMÉRICA
DISPOSITIVOS
APROPIADOS.
POR
PUEDE
U OTROS.
LA
SER
ENTRADA
ELECTRÓNICOS
DIGITALES
SU PARTE, LAS SALIDAS NUMÉRICAS
SUMINISTRAN INFORMACIÓN PARA SER UTILIZADA EN
DISPOSITIVOS VISUALIZADORES
OTROS EQUIPOS DIGITALES.
(DE 7
SEGMENTOS) U
EL AUTÓMATA PROGRAMABLE
SISTEMA DE ENTRADAS/SALIDAS (III).
POR
UTILIZAN
EN
ANTERIORES
PORQUE
ES
ÚLTIMO, LAS
PROCESOS
E/S
EN
E/S
ESPECIALES SE
LOS
QUE
CON
LAS
VISTAS SON POCO EFECTIVAS, BIEN
NECESARIO
UN
GRAN
NÚMERO
DE
ELEMENTOS ADICIONALES, BIEN PORQUE EL PROGRAMA
NECESITA DE MUCHAS INSTRUCCIONES.
ENTRE
LAS
MÁS IMPORTANTES ESTÁN:
ENTRADAS
TEMPERATURAS.
SALIDAS
PASO A PASO (PAP).
PARA
EL
CONTROL
DE
PARA EL CONTROL DE MOTORES
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
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.
EL
TIEMPO,
Y
QUE
NECESARIAMENTE
HAN
DE
ACOPLARSE AL MISMO TIPO DE
ENTRADAS.
DIGITALES,
EN DONDE LA
SEÑAL RESPONDE AL ESQUEMA
CLÁSICO TODO/NADA.
CONEXIONADO DE UN AUTÓMATA
CAPTADORES
SIN TENSIÓN
PULSADORE
S
LOS CAPTADORES SIN TENSIÓN QUE SE
PUEDEN CONECTAR A UN AUTÓMATA PUEDEN
SER DE VARIOS TIPOS Y, ENTRE OTROS, SE
PODRÍAN CITAR LOS SIGUIENTES:
INTERRUPTOR
ES
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
CÉLULA
HAREMOS DE TAL FORMA QUE SU TENSIÓN DE
FOTOELÉCTRIC
TRABAJO COINCIDA CON LA TENSIÓN DE
ENTRADA AL AUTÓMATA.
A
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
LOS CREADOS
LOS CREADOS
PUEDEN SER DE DOS TIPOS:
POR EL USUARIO.
PARA EL FUNCIONAMIENTO INTERNO DEL
CUANDO
EJECUCIÓN CÍCLICA,
EL
AUTÓMATA
AUTÓMATA.
SE SITÚA EN CICLO DE EJECUCIÓN, SE LLEVA A CABO UNA
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
Proceso
Inicial
Proceso
Común
Ejecución del
programa y datos
Puesta a Cero
Comprobación de
Conexiones y
Memorias
Comprobación
del Hardware
Borrado de
contadores y
variables
internas
¿Comprobación
Correcta?
SI
Lectura de la Interface de Entrada
Servicio a Periféricos
Externos
Lectura de la Interface de Salida
Ejecución del Programa de Usuario
NO
Indicador
de
ERROR
ALGUNOS FABRICANTES
SIEMENS
DS2
SUMOTOMO
HOMYWELL
AMD
THE END
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