tema 3.4 icpa controladores e interfases
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Dr. PEDRO CORDOVA MENDOZA
ICA-PERU
CURSO:
INSTRUMENTACION Y CONTROL DE
PROCESOS AMBIENTALES
17 de Abril del 2013
TEMA:
CONTROLADORES
1
UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA” DE ICA
FACULTAD DE INGENIERIA AMBIENTAL Y SANITARIA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AMBIENTAL Y
SANITARIA
17/04/2013
217/04/2013
La mitad de la belleza
depende del paisaje y la otra
mitad del hombre que
la mira
Función del Controlador
3
Función: Procesamiento y análisis de la
información proveniente del proceso para tomar
una decisión que luego enviará en forma de señal
eléctrica al actuador a través del mando de
potencia
Unidad de
Control
(CONTROLADOR)
Interfaz
de
entrada
Interfaz
de
salida
del procesoal proceso
17/04/2013
Interfaces de entrada y salida
4
Interfaz de Entrada
Recibe la señal eléctrica del sensor (a través del
acondicionador), y la procesa para que el CONTROLADOR
pueda manejarla. Convierte la(s) señal(es) en valor
numérico
Recibe el código numérico del controlador y lo procesa
para generar la señal que gobernará el ACTUADOR, a
través del mando de potencia.
Interfaz de Salida
17/04/2013
Interfaces de entrada y salida
5
Señal A/DInterfaz de
entrada
Controlador
(Programa,
Algoritmo)
Borneras/Conectores Interfaces Controlador
Señal A/DInterfaz de
salida
17/04/2013
Arquitectura básica del Controlador
6
MEMORIA
PROCESADOR
BUS DE DIRECCIONES
BUS DE DATOS
BUS DE CONTROL
DISPOSITIVOS DE
ENTRADA/SALIDA
17/04/2013
Tipos de controladores
• Sistemas de control distribuido (DCS)
• Controlador lógico programable (PLC)
• Computador personal (PC)
• Controladores para Automatizacion de procesos
(PACs)
717/04/2013
Sistemas de control distribuido (DCS)
• Circuitos electrónicos o módulos dedicados especiales para temperatura, presión, flujo, nivel, ...)
• Algoritmos de control (PID)
• La programación es por bloques de función
• Entradas y salidas (pocas)
Modernos:
– Comunicaciones e integración
– + E/S
8
Controlador Interfaces E/S
17/04/2013
DCS con comunicación
917/04/2013
Controlador lógico programable (PLC)
• Introducción en 1960 para
reemplazar los sistemas de
control electromecánico
basado en relés y
contactores (vida corta,
menos confiables, alta
complejidad de diseño y
costo de mantenimiento)
• Bedford Associates:
MODICON (Modular
Digital Controler) para
fábrica de autos.
• Fácilmente (re)programables
• Largo tiempo de vida
• Flexible y fácil de adaptar
• Trabajo en ambientes hostiles
Evolucionan:
• Comunicaciones (1973: ModBus)
• Manejo de señales analógicas y digitales
• Programación por terminales (’85 PC)
• Hoy: Lenguajes Estándar IEC1131.(escalera, bloques, texto,...)
1017/04/2013
Aplicaciones
• Máquinas automáticas (Ej. expendedoras de
gaseosas y golosinas)
• Señalización y control
• Sistemas de seguridad
• Controles de ascensores y equipos similares
• Control de Procesos manufactureros
• Control Procesos complejos
1117/04/2013
Ventajas / desventajas
• Ventajas:
– Menor tiempo (diseño e
implementación)
– Fácil modificación
– Mínimo espacio
– Menor costo de M.O.
– Mantenimiento
económico
– Posibilidad de control
múltiple (con el mismo
PLC)
• Desventajas:
– Tecnología cambia
rápidamente
– Servicio especializado
– Costo (relativo)
1217/04/2013
Estructura externa• Compacta
– Todos los elementos en un solo bloque
• Modular : Modulos en Chasis
1317/04/2013
Estructura externa
14
Fuente
de poder PLCI/O
mixtoMódulos I/O + otros
17/04/2013
Vistas
15
GE - Series 90
17/04/2013
Estructura
• Básicos:
– Fuente de alimentación
– Interfaz de entrada (A y/o D)
– Interfaz de salida (A y/o D)
– Controlador
• Adicionales
– Consola o terminal de programación (Hoy PCs)
– Interfaces de comunicaciones
– Interfaces inteligentes (Ej. Control de ejes de
motores)
1617/04/2013
Programación
17
Lenguajes de programación
de PLC según IEC 1131-3
Lenguajes
verbales
Lenguajes
gráficos
IL (lista de
instrucciones)ST (texto
estructurado)FBD (diagrama de
función de bloques)LD (diagrama
de escalera)
SFC (diagrama de
funciones secuenciales)
17/04/2013
Ejemplos: PLC ???
18
SattCon OP45
Cuatro funciones:
• PLC
• 8 Algoritmos de control
• Panel de operación
• Display
SattCon 05
• Contadores y timer
• PID
• Comunicaciones
17/04/2013
Computador Personal (PC)
• Aplicaciones:
– Casa
– Oficina
– Fábrica o Industria
– Diseño
– Educación
– Medicina
– etc.
1917/04/2013
La (r)evolución del PC
• Ley exponencial de G.Moore: “El número detransistores se duplicacasi cada dos años”
• Comparación con avión de fuselaje ancho (B747) en los últimos 25 años:
– 3000 - 5000 US$
– 15 - 25 min
– 5 L
– 20000 pax.
2017/04/2013
Arquitectura básica del PC
21
MEMORIA
PROCESADOR
BUS DE DIRECCIONES
BUS DE DATOS
BUS DE CONTROL
DISPOSITIVOS DE
ENTRADA/SALIDA
CONTADOR DE
PROGRAMA
REGISTRO DE
BANDERAS
REGISTRO DE
DATOS
ACCUMULADOR
UNIDAD
ARITMETICA Y
LOGICA
REGISTRO DE
INSTRUCCIONES
DECODIFICADOR
DE INSTRUCCIONES
CONTROL DEL
CPU
REGISTRO DE
DIRECCIONES
BUS DE
DIRECCIONES BUS DE
DATOS
BUS DE
CONTROL
17/04/2013
Partes del PC
• Microprocesador + Memoria
• Interfaces de control para dispositivos
(almacenamiento, teclado, pantalla,
Etc)
• Interfaces de E/S
• Interfaces de comunicaciones
2217/04/2013
23
Adaptador
de video
Bus
PCI
Bus
ISA
Bus
IDE
Memoria
DRAM
Memoria
De Video
Puente sur
Puente Norte
Socket para
procesador
Memoria
Caché niv 217/04/2013
Memoria
• Almacenamiento de datos durante
el procesamiento.
– RAM : Temporalmente
– ROM : Sólo lectura
– PROM : Una sola grabación
– EPROM : Borrable y
reprogramable (UV)
– EEPROM : Borrable y
reprogramable (E)
• Alta velocidad
• Limitada capacidad
2417/04/2013
Dispositivos de almacenamiento• Almacenamiento magnético (superficie
cubierta de sustancias ferromagnéticas)
– Diskettes (floppies) 360 KB – 1.44 MB
– Discos duros GB / TB
– Cintas (DAT) GB
• Almacenamiento óptico
– CD/R/RW: Lectura por reflexiónláser/ Escritura por procesosfotomecánicos, hasta 700 MB/80min.
– DVD/R: hasta 2 lados y 4 capas porlado, hasta 10 GB
• Magneto-óptico
– MOD 650 MB
– ZIP 100/250 MB
– LS-120 120 MB
2517/04/2013
Dispositivos de E/S
• Relación con:
– Usuario
• Impresoras, plotter
• Pantalla o monitor
• Teclado y/o mouse
– Dispositivos dealmacenamiento
• Discos y cintas
– Procesos ycomunicaciones
• Puertos (serial yparalelo,USB)
• Tarjetas (DAC, red,módem, ...)
2617/04/2013
Ejemplos: tarjetas A/D
27
Señales A/D
Señales A/D
Conversión A/D/A
Contadores
Timing
Memoria
Programable
Procesamiento de
señales
17/04/2013
Limitaciones del PC
• Velocidad:
– Co-procesador
– Doble procesador
– 2/4/8… núcleos
– Acelerador de video
– Memoria (Interna,
Cache, RAM, …)
• Sistema operativo
– No siempre robusto
– Grande
• Ambiente hostil:
– Tolerancia a campos
electromagnéticos
– Hermeticidad
(diskettera, teclado,
pantalla)
– UPS, estabilizador
– Montaje en chasis
industrial
• Ambiente adecuado:
– Oficina
– Laboratorio
2817/04/2013
Computador Industrial
2917/04/2013
PC: Usos
• Sala de Control
– Instrumentos
– Controladores
– Logging (adquisición, tratamiento, registro, presentación)
• Supervisión
– Ayuda al operador
– Adquisición y registro
– Alarmas (max. y min.)
3017/04/2013
PC como controlador
• Mediante Puertos
– Serial (RS232, USB)
– Paralelo
• Mediante Tarjetas Incorporables
– Tarjetas Analógicas (ADC)
– Tarjetas Digitales (DDC)
– Mixtas
– Contadores
• “Soft-PLC” (emulación de PLC en software)
3117/04/2013
PACs
• Robustez y confiabilidad del PLC
• Capacidades del software de la PC
• I/O modulares y variadas
17/04/2013 32
Introducción
• Los PACs son el resultado de la convergencia de
tecnologías (PC+ PLC + Soluciones a la medida):
Hardwar
e a
medida
PLCPC
PAC
17/04/2013 33
Multiples Disciplinas – Un solo ambientede software
Bits por Canal
1 bit
8 bits
16 bits
2.4 Mbits
1 Hz 1kHz 1MHzVelocidad de lazo
40 kHz
24 bits
Performance
De PC
Performance
de PLC
Performance de IC a medida
Covertura del SW PAC
Vision artificial
Circuito de control
a medida
Monitoreo de vibraciones
Discreto
Lotes
Procesos
Movimiento
17/04/2013 34
Herramientas para Prototipo
Procesador de tiempo real
(PowerPC y RTOS)I/O Reconfigurable (RIO)
FPGA
I/O Modulos
con
acondiciona
miento de
señal
Conectividad ADCAcondiciona
miento • Fuente DC con entradas redundantes
• 50 G
• – 40 to 70 °CR
eal-
Tim
e
Co
ntr
olle
r
I/O I/O I/O I/O I/O
PPC µC
FPGA
I/O Modules
Real-Time Target/PAC
Dentro del modulo
PCI
17/04/2013 35
Cargando el programa
17/04/2013 36
Comparación PC/PLC
Característica: PC PLC
– Memoria + –
– Almacenamiento + –
– Visualización + –
– Velocidad – +
– Costo ? ?
– Comunicaciones + -
3717/04/2013
Tenemos que cuidarlo esta en nuestras manos!!!!!!!
pcordovam@hotmail.com
Gracias
38
Cel. 956-04124317/04/2013
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