clase 13 sistemas de control plc -cmv
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
3ra Unidad:
GESTIN DE PROCESOS Y
TECNOLOGAS DE LA
INFORMACION
Semestre Acadmico: 2015-1 CICLO: VIII
Docente: Ing. Carlos Medina Villacorta
EXPERIENCIA CURRICULAR: AUTOMATIZACION DE PROCESOS INDUSTRIALES
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
SISTEMAS DE CONTROL DE PROCESOS.
OBJETIVO
Brindar los conocimientos bsicos que le permita interactuar
en un sistema controlado de procesos mediante los PLC.
CONTENIDO
1. Un poco de historia
2. Control y automatizacin electrnica.
3. Introduccin al control con PLCs
4. Principio de Funcionamiento del PLC
5. Elementos de Hardware del PLC
6. Cmo es el PLC
7. Arquitectura. Interfaces I/O
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
EVOLUCION HISTORICA
1968: Procesador cableado sustituye a rels.
Dcada de los 70 o Incorporacin de elementos hombre-mquina.
o Manipulaciones de datos
o Operaciones aritmticas
o Comunicaciones (ordenador)
o Incremento de memoria
o E/S remotas
o Instrucciones ms potentes
o Desarrollo de comunicaciones con dispositivos
Dcada de los 80: Avance de la tecnologa P o Alta velocidad de respuesta, ms lenguajes
o Reduccin de dimensiones
o Mdulos inteligentes, autodiagnstico
Dcada de los 90: o Buses de campo abiertos
o Utilizacin de tecnologa de ordenador: PCMCIA /ETHERNET
o Conceptos OMRON Smart Factory
o Plug & Play / Down sizing / Easy to use
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
AUTOMATIZACION
Packing
Plstico
Herramienta Montaje
Paletizador
PLCs diseados para cubrir las necesidades de control de cualquier tipo de mquina.
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
Control de planta
Control de lnea
Telemando
Tratamiento de aguas
Domtica
Gestin de energa
Natica
Proyectos pblicos
Medio ambiente
PLCs diseados para cualquier aplicacin de tipo industrial o no industrial.
AUTOMATIZACION
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
Hasta 128 E/S
Hasta 512 E/S
Ms de 512 E/S
3 Familias de PLCs para 3 niveles de aplicacin.
AUTOMATIZACION
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
OBJETIVO Y FUNCION DE UNA AUTOMATIZACION
Incorporacin de un elemento (por ejemplo PLC) para que controle el funcionamiento de la
instalacin, de la maquina o del sistema en
general
en definitiva se trata de un lazo cerrado entre el dispositivo que controla (plc) y la instalacion en
general
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
OBJETIVO Y FUNCION DE UNA AUTOMATIZACION
El elemento de control (plc) reacciona en base a la informacion recibida por los
captadores (sensores) y el programa lgico
interno, actuando sobre los accionadores de
la instalacion.
INSTALACIN
CAPTADORESACCIONADORES
PLC
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
OBJETIVO Y FUNCION DE UNA AUTOMATIZACION
Los principales factores que favorecen la aparicion y evolucion de los procesos automaticos son basicamente : o Econmicos
o Calidad
o Seguridad laboral
Por lo tanto, las funciones bsicas de la automatizacion de una mquina o de una instalacin son: o Aumentar la produccion
o Disminuir costes
o Mejorar la calidad del producto acabado
o Evitar tareas peligrosas al ser humano
o Informacion en tiempo real del proceso
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
Son dispositivos diseados para centralizar la recoleccin de los datos de los
procesos en una planta, ejecutar programas de control y realizar acciones sobre
los procesos en forma autnoma, a travs de interconexiones con la
instrumentacin y con otros dispositivos de supervisin y control.
Los mas comunes son los Controladores Lgicos programables (PLC)
Sistemas de Control de Procesos.
Infraestructura Fsica de Planta
IHM
Instrumentacin
de Planta
PLANTA
I
O
I O
Controlador
Lgico
Programable
PLC
Telecomunicaciones
Supervisin a
Distancia
(Scada)
RTU
PID
DCS Sistemas de
Control
Distribuido PLC
Configuracin
y Programacin
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE CONTROL
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
Qu es MANDO?
Es el proceso en el que una o varias
magnitudes de entrada influyen en otras que
actan como magnitudes de salida.
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
Qu es REGULACIN?
La regulacin es un proceso en el cual se mide
continuamente la magnitud a regular, se la compara
con otra magnitud piloto tratando de conseguir una
adaptacin a dicha magnitud.
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
INTRODUCCION
Los Controladores Lgicos Programables (PLC) permiten
realizar funciones lgicas combinacionales y secuenciales
mediante la programacin utilizando funciones lgicas o
por diagramas de contactos.
Los PLC se utilizan como elementos bsicos de control y
automatizacin.
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
Por ejemplo:
El cuerpo humano es un SISTEMA DE CONTROL.
Ver Ojos Or Odos Probar Lengua Sentir Piel Oler Nariz
Entrada Cerebro
Hablar Caminar Mover
Salida
Lgica
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
Los Autmatas Programables se componen de tres bloques
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
MODERNOS, cuando los componentes de su lgica estn constituidos por equipos digitales, diseado en base
a microprocesadores, como un PLC.
Lgica Salidas Entradas
Pulsador
Marcha
Pulsador
Paro
Interruptor de posicin
Contactor de
fuerza
Lmparas
Display
PLC
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
Tipos de sistemas automticos Sistemas controlados por PLC
Controladores Lgicos programables Son dispositivos electrnicos diseados para
programar y controlar procesos secuenciales en
tiempo real.
Los PLC reproducen programas informticos que permiten controlar procesos.
Estos equipos pueden contar tanto con salidas como entradas del tipo Analgico y/o Digital.
Su costo tiende a ser moderado para sus grandes aplicaciones.
Suplantan completamente a la lgica cableada, dejando de esta manera solo elementos de
potencia.
Ahorra tiempo en la elaboracin de proyectos Es posible realizar modificaciones sin costos
adicionales.
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
Controladores Lgicos programables PLC
Dispositivo de estado slido, basado en Microprocesadores,
utilizado para controlar:
La operacin de una maquina, La operacin de un proceso o planta. Por intermedio de un programa o algoritmo almacenado,
recibiendo informacin realimentada desde la maquina, el
proceso o planta mediante instrumentos y dispositivos de
entrada y salida.
PLC General
Electric 90-30
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
CPU
(Programa)
Mdulos
Salidas (Analgicos,
Digitales)
Mdulos
Entradas (Analgicos,
Digitales)
PROCESO
Comunicaciones
Instrumentacin Pulsadores Swichs Sensores Transmisores Contactos
Operacin Local
PC
Sistemas de
Supervisin
Contactores Solenoides Arrancadores Registradores Controladores
Controlador Lgica Programable
Memoria
Principio de Funcionamiento de un PLC
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
Chasis o Rack (Slots)
Mdulos
Principales y
Mdulos I/O
Backplane
PLC
ensamblado
Elementos de Hardware de un PLC
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
Modulo Principal Procesador (CPU)
Batera Litio
Indicador
de Forces
Estado del
Procesador
Indicador
Batera
Red
IHM Local
Red
Extensiones I/O
Indicacin del
Modelo del PLC
Red
PLC Remotos
Estado
Extensiones I/O
Indicador Estado
Comunicaciones
Modos de Operacin
RUN: Ejecuta Programa
PROG: Configurar y Programar
FAULT: Falla del CPU
AUTOMATIZACIN INDUSTRIAL. ING. GERARDO A. LEAL
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
Mdulos Principales de Alimentacin Elctrica
Fuente de Poder
Input: 24Vdc/120 Vac Out Put: 5Vdc/ 16 Amp
+12Vdc/-12Vdc
Fuentes Externas
Elementos Internos
AUTOMATIZACIN INDUSTRIAL. ING. GERARDO A. LEAL
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
Mdulos de Comunicacin
Ethernet, RS-232, RS-485, Modem, TCP/IP, UHF, etc.
AUTOMATIZACIN INDUSTRIAL. ING. GERARDO A. LEAL
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
Mdulos I/O (Entradas/Salidas)
Entrada Discreta:
- De 8, 16 y 32 Puntos
- Niveles de 120vac, 240vac, 125 vdc, 24vdc
- Entradas aisladas ptimamente
Salidas Discretas:
De 8, 16 y 32 Puntos Niveles de AC/DC 120vac, 240vac, 125 vdc, 24vdc Niveles de corriente 0.5 Amp a 4 Amp
Salidas Rele:
De 8 o 16 Puntos de Contactos secos N.O Niveles de corriente en contactos 2 amp, 4 am
Salidas Analgicas:
- De 4 y 8 Canales
- Niveles de 1-5volt y 4-20 mA
Entradas Analgicas:
- De 4 y 16 Canales
- Niveles de 1-5volt y 4-20 mA
AUTOMATIZACIN INDUSTRIAL. ING. GERARDO A. LEAL
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
QUE ES UN PLC?
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
Controladores Lgicos programables PLC
PLC Allen Bradley Serie 5
Un aparato electrnico digital, con una memoria programable para
el almacenamiento interno de
instrucciones para implementar
funciones especificas tales como
lgica, secuencia, temporizacin,
conteo, aritmtica, para controlar
maquinas o procesos mediante
mdulos de entrada o salida,
analgicos o digitales, as como
mdulos de comunicacin y de
funciones especiales.
La Asociacin Nacional de Fabricantes de productos Elctricos
de los EUA (NEMA) Define un controlador programable como:
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
Caractersticas equipos control en los 70s:
Alto costo;
Requerimiento de personal capacitado;
Complejidad de las interfaces (equipos a procesos).
Controlador Lgico Programable (PLC)
Los primeros PLCs sustituyeron los clsicos sistemas con rels o con circuitos lgicos, y
son CONFIGURABLES (a travs de un
programa con un modo de programacin
muy similar a la que se usaba para definir la
lgica de rels).
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
Hoy Controladores Lgicos Programables o PLCs, tambin denominados Autmatas Programables son: Sistemas econmicos, robustos y
flexibles;
De fcil manejo por el operador;
Simplicidad de interconexin con los procesos (facilidad para manejar
corrientes y tensiones ms grandes que
las que maneja la CPU del equipo)
Controlador Lgico Programable (PLC)
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
Ventajas
Control ms preciso.
Mayor rapidez de respuesta.
Flexibilidad Control de procesos complejos.
Facilidad de programacin.
Seguridad en el proceso.
Empleo de poco espacio.
Fcil instalacin.
Menos consumo de energa.
Mejor monitoreo del funcionamiento.
Controlador Lgico Programable (PLC)
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
Ventajas
Menor mantenimiento.
Deteccin rpida de averas y tiempos muertos.
Menor tiempo en la elaboracin de proyectos.
Posibilidad de aadir modificaciones sin elevar costos.
Menor costo de instalacin, operacin y mantenimiento.
Posibilidad de gobernar varios actuadores con el mismo autmata.
Controlador Lgico Programable (PLC)
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
Desventajas
Mano de obra especializada.
Centraliza el proceso.
Condiciones ambientales apropiadas.
Mayor costo para controlar tareas muy pequeas o sencillas.
Controlador Lgico Programable (PLC)
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
Los PLCs HOY superan los sistemas basados en lgica de rels:
Mejor Sistema de instrucciones (inclusin de temporizadores y contadores,
instrucciones aritmticas y lgicas, etc.);
Mayor Velocidad de respuesta;
Mejores Interfaces con los procesos (tratamiento de entradas y salidas
analgicas);
Mejor Capacidad de comunicacin (buses de campo o field bus).
i) El Controlador Lgico Programable (PLC)
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
Energa
Respuesta Seales de control
Seales de consigna
SISTEMA
DE CONTROL ACCIONAMIENTOS PLANTA
Elementos de Seal Elementos de Potencia
La principal virtud de un PLC es:
Su Robustez y
Su Capacidad de conexin con las seales provenientes de los procesos.
i) El Controlador Lgico Programable (PLC)
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
Los sistemas de control se pueden dividir en:
Analgicos;
Digitales
Hbridos (analgicos-digitales)
Los sistemas analgicos trabajan con:
Seales continuas (presin, temperatura, velocidad, etc.),
Usando voltajes o corrientes proporcionales a dichas magnitudes (P/E: 0-10V, 4-20mA, etc).
i) El Controlador Lgico Programable (PLC)
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
Los sistemas digitales trabajan con:
Seales binarias (toman slo dos niveles o estados posibles: abierto-cerrado; conduce-no
conduce; mayor-menor, etc.), que se suelen
representar por valores 1 y 0 (usando notacin
del lgebra de Boole).
Los automatismos pueden ser lgicos (grupos
de variables de un solo bit) o digitales (variables
de varios bits, como estado de contadores, etc.).
i) El Controlador Lgico Programable (PLC)
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
La CPU del PLC trabaja en forma digital (microcomputador)
Las seales de los procesos y acciones de control son generalmente de carcter
analgico.
Los PLCs tienen en sus interfaces las conversiones A/D y D/A.
Muchos dispositivos (tanto de entrada como de salida) manejan seales binarias (no
requieren conversores).
i) El Controlador Lgico Programable (PLC)
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
El advenimiento de la instrumentacin
inteligente (smart) y el uso de buses de
campo, har que las seales analgicas sean
desplazadas por las digitales.
La gran cantidad de equipamiento analgico
disponible a nivel industrial (tanto electrnico
como neumtico y/o hidrulico) no permiten
augurar que su cambio total ocurra en un
futuro muy cercano.
i) El Controlador Lgico Programable (PLC)
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
Automatismos cableados y programables
La ventaja del PLC frente a los sistemas
cableados convencionales (lgica de rels o
de circuitos lgicos) radica en que el
funcionamiento del sistema depende de un
programa y no de un circuito.
Con un mismo hardware o equipo se pueden
realizar distintas funciones, modificando el
software de configuracin.
i) El Controlador Lgico Programable (PLC)
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
Sistemas cableados (poco adaptables);
Sistemas programables (muy adaptables)
Aunque todos los equipos basados en
microprocesador pueden considerarse
como programables, aqu debe entenderse
como configurables a travs de un
programa desarrollado por el usuario.
Automatismos cableados y programables
Se distinguen:
i) El Controlador Lgico Programable (PLC)
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
Las diferencias entre ambos automatismos puede
resumirse como sigue:
CARACTERISTICA SISTEMA
CABLEADO
AUTOMATA
PROGRAMABLE
Flexibilidad de adaptacin al proceso Baja Alta
Hardware estndar para distintas aplicaciones No S
Posibilidades de ampliacin Bajas Altas
Interconexiones y cableado exterior Mucho Poco
Tiempo de desarrollo del proyecto Largo Corto
Posibilidades de modificacin Difcil Fcil
Difcil Mantenimiento Difcil Fcil
Herramientas para prueba No S
Stoks de mantenimiento Medios Bajos
Modificaciones sin parar el proceso (on line) No S
Costo para pequeas series Alto Bajo
Estructuracin para bloques independientes Difcil Fcil
Automatismos cableados y programables i) El Controlador Lgico Programable (PLC)
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
Se considera al autmata programable, como el conjunto
de dispositivos integrados por la:
Unidad de control y
Las interfaces con las seales del proceso.
Puede considerarse como un equipo con un hardware
estndar:
Con capacidad de conexin directa con las seales de
campo (a transductores y perifricos electrnicos)
Con niveles de tensin y corriente industriales, y
Configurable por el usuario.
El Autmata Programable
i) El Controlador Lgico Programable (PLC)
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
El conjunto de seales de consigna y de realimentacin
que entran al PLC se les denomina:
Entradas,
Mientras que las que se obtienen de l se denominan:
Salidas, pudiendo ser en ambos casos Anlogas o
Digitales.
Se habla de Modularidad cuando el hardware est
dividido en partes inter conectables que permiten
conformar el sistema segn las necesidades.
El Autmata Programable
i) El Controlador Lgico Programable (PLC)
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
La Modularidad permite distinguir entre autmatas
compactos (el dispositivo incluye en un solo cuerpo la
unidad de control y un mnimo de entradas y salidas). Con
unidades de expansin pueden llegar hasta 256 puntos
(entradas o salidas) adicionales o ms.
Cuando se requiere un nmero mucho ms grande de
puntos (ms de 1000 con una nica CPU), es necesario
acudir a sistemas modulares montados en rack.
El Autmata Programable
i) El Controlador Lgico Programable (PLC)
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
Existe la posibilidad de tener varios sistemas en paralelo,
cada uno con su propia CPU y haciendo tareas distintas.
Este tipo de configuraciones ha dado lugar a los que se
conoce como Inteligencia distribuida, fundada en la
comunicacin que puede existir entre los distintos
ordenadores.
Esta tcnica sustituye al gran autmata en que resida
toda la inteligencia del proceso Inteligencia
centralizada
El Autmata Programable
i) El Controlador Lgico Programable (PLC)
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GESTION DE PROCESOS Y TECNOLOGAS DE INFORMACIN
Ejemplos de PLCs compactos
Ejemplo de PLC modular
El Autmata Programable
i) El Controlador Lgico Programable (PLC)
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