Automatización

Es el estudio de técnicas o métodos para la substitución del operador humano por un operadorartificial en la generación de una tarea física o mental previamente programada. Por lo tanto,dependiendo del tipo de tarea a realizar, el sistema tendrá una configuración y característicasdeterminadas para el control del proceso.

Control en lazo abierto

La información o variables que controlan el proceso, van en una sola dirección, desde elsistema de control al proceso. El sistema de control no recibe la confirmación de que lasacciones realizadas por los elementos actuadores se realizan correctamente.

Control en lazo cerrado

Existe una realimentacion desde los elementos actuadores que permite conocer si el procesoha sido realizado correctamente.

En la industria, la majoría de procesos de control se realizan en lazo cerrado, porque elproducto a obtener necesita un control continuo en función de unos determinados parámetrosde entrada, o bien, porque el proceso a controlar se subdivide en una serie de accioneselementales de tal forma que, para realizar una determinada acción sobre el proceso, esnecesario que previamente se hallan realizado otra serie de acciones elementales.

Tipos de procesos de control

Son clasificados como:

- Continuos - Discretos - Discontinuos o por lotes

Hay que saber que los procesos discretos y los discontinuos o por lotes están relacionados conla automatización, en cambio, los continuos son mas utilizados en la regulación y control.

Procesos continuos

La materia prima entra constantemente por un extremo del sistema, mientras por el otroextremo se extrae de forma continua el producto acabado. Ej: Regulación de la temperatura deuna sala para que esta sea de 20ºC.

Procesos discretos

El producto obtenido en la salida se obtiene a través de una serie de operaciones, en quemuchas de ellas son de gran similitud. La materia prima se trabaja de forma individual. Ej: Losprocesos anteriores han de haberse realizado correctamente antes de pasar al siguiente.

SISTEMA DECONTROL

ACTUADORES

ENTRADAPRODUCTO

OPERARIO

PROCESOPRODUCTOACABADO

SENSORES

frfr

OPERARIO

La activación de los elementos de entrada y salida que actúan dependen de:- La actuación de los sensores.- Variables que indican el estado anterior.

Procesos discontinuos o por lotes:

Se reciben en la entrada del proceso las cantidades de las diferentes piezas que se necesitanpara realizar el proceso. Sobre este conjunto se realizan las operaciones necesarias paraobtener un producto acabado o no acabado.

El proceso se realiza secuencialmente. La activación de los elementos de entrada i salida queactúan, dependen de:- Actuación de los sensores.- Variables que indican el estado anterior.

El proceso puede descomponerse en:

- Posicionar piezas C, D, E.

- Posicionar piezas B.

- Posicionar pieza A.

- Ajustar los cilindros superiors C, D, E.

El proceso puede serdescompuesto en:

- Corte de la pieza.

- Realizar agujero A.

- Realizar agujero B.

- Evacuar la pieza.

Autómata programable (PLC)

Un PLC es una unidad de control programable que ejecuta un programa insertado por elusuario o técnico, ubicado en su unidad central basado en un lenguaje de programación yrealizando con ello una serie de funciones lógicas dependiendo del estado lógico de lasentradas y las condiciones que forma el programa del autómata programable, obteniendo enlas salidas el resultado en forma de activación i/o desactivaron de dispositivos. Su unidadcentral esta formada por una unidad de control central (CPU); constituido por un generador deimpulsos, un contador síncrono, una memoria pasiva y un circuito combinacional que generalas señales de control de la unidad operativa, además de diversos módulos deentradas/salidas de señales fácilmente ampliables según las necesidades de la automatización.La periferia y el lenguaje de programación están orientados a las necesidades de la técnica decontrol.

Variables externas

Las variables externas de entrada pueden ser de dos tipos:- Variables todo/nada, como por ejemplo la señal procedente de un final de carrera. Los

autómatas trabajan en lógica positiva. Los módulos de entrada/salida todo/nada permitentrabajar con señales de tensión alterna o continua en los márgenes establecidos en laindustria, siendo los mas comunes 220Vca, 24Vca i 24Vcc.

- Variables analógicas, como por ejemplo la señal proporcionada por un sensor detemperatura. Las señales de este tipo son interpretadas por el autómata como señales 4-20mA o 0-10V.

Cuando en un autómata programable se ilumina el led correspondiente a una entrada o unasalida, significa que se halla habilitada, es decir, Ej: en el caso de una entrada el detector hasido activado, en cambio, en una salida ha sido activada una electro-valvula.

Dispositivos de entrada

En las entradas, los autómatas programables pueden recibir señal de:- Temporizadores.- Encoders.- Fotocelulas.- Convertidores.- Sensores.- Paneles operadores.- Etc.

O de dispositivos manuales como:- Interruptores.- Pulsadores.- Finales de carrera.- Teclados.- Etc.

AUTÓMATAPROGRAMABLE

SENSORES

SALIDAS

PROCESO

ENTRADAS

SISTEMA DECONTROL

Dispositivos de salida

En las salidas, los autómatas programables pueden controlar dispositivos como:- Motores.- Electroimanes.- Electroválvulas.- Alarmas.- Indicadores luminosos.- Etc.

Campos de aplicación de los Automatismos

Las características de diseño que ofrece el PLC, da la posibilidad de ser aplicado en muchoscampos de la industria ya que su utilización en procesos de maniobra, control, señalización,etc, ofrece flexibilidad en el cambio de programa de control, eficacia en los sistemas defabricación, facilidad de montaje.- Espacio reducido.

Procesos de producción periódicamente canviantes.Procesos secuenciales.Maquinária de procesos variables.Instalaciones de procesos complejos y amplios.

Verificacin de programación centralitzada de las partes del proceso.Ejemplos de aplicaciones generales:

a) Maniobras de máquinas- Maquinária industrial del mueble i madera.- Maquinária en procesos de grava, tierra y cemento.- Maquinária en la industria del plastico.- Máquinas-herramienta complejas.- Maquinária en procesos textiles y de confección.- Maquinária de ensamblaje.- Máquinas transfer.

b) Maniobras de instalaciones- lnstalaciones de aire acondicionado, calefacción, etc.- lnstalaciones de seguridad.- Instalaciones de frio industrial.- lnstalaciones de almacenamiento i empaquetado de cereales.- lnstalaciones de plantas embotelladoras.- lnstalaciones en la industria de la automoción.- lnstalaciones de tratamientos térmicos.- lnstalaciones de plantas depuradoras de residuos.- lnstalaciones de cerámica.

c)Senyalitzación y control- Verificación de programas.- Senyalitzación del estado de procesos.

Diagrama de contactos

Expresa las relaciones entre señales binarias como una sucesión de contactos en serie y en paralelo.Adoptado por muchos fabricantes de autómatas como lenguaje base de programación, el diagrama decontactos " Ladder Diagram " puede ser introducido directamente en la unidad de programación medianteun editor de símbolos gráficos. Normalmente este editor incluye restricciones en cuanto al numero decontactos o bobinas a representar en cada línea, la ubicación de los mismos, la forma de las conexiones,etc.Mediante los contactos se representa el funcionamiento de los detectores, relés, marcas u otroscomponentes que forman el sistema de automatización los cuales solamente pueden representar dosestados (1=activo, 0=inactivo).Un diagrama de contactos puede representar un álgebra de Boole, denominado usualmente álgebra decontactos. Esto significa que cualquier función lógica puede ser transcrita directa e inmediatamente adiagrama de contactos y viceversa.Por esta razón, los diagramas de contactos incluyen desde sus orígenes bloques funcionales que yaaparecían como elementos propios en aquellos esquemas, los temporizadores y los contadores.Utilizando estos bloques sobre los cuales pueden definirse la base de los tiempos y el tiempo final en elcaso de temporizadores y el módulo de contaje y condiciones de paro y reset en el caso de contadores, ellenguaje de contactos permite programar directamente cualquier esquema eléctrico.Sin embargo, y al igual que ocurría en los lenguajes Booleanos, también en este se desarrollan bloquesfuncionales complejos que permiten la manipulación de datos y las operaciones con variables digitales devarios bits.La presencia de estos bloques de ejecución dependiente de una o más condiciones binarias, multiplica lapotencia de programación sin dejar de mantener las ventajas de la representación gráfica del programa. Así,pueden programarse situaciones de automatización compleja que involucren variables digitales, registros,transferencias, comparaciones, señales analógicas, etc.

El automata representa graficament los contactos como interruptors abiertos o cerrados, segun estenestablecidos en el programa diseñado por el programador.

Símbolos de función de salida interna o externa

Contacto abierto “ 0 ”

Contacto cerrado “ 1 ”

Normativa DIN Normativa NEMA

Símbolos de variable de entrada interna o externa

-Secuencias lógicas. Las diferentes funciones lógicas pueden ser representadas en el lenguaje decontactos. Esquema de contactos de algunas de las funciones logicas mas importantes:

Función de selección de un contacto normalmente abierto

Función de selección de un contacto normalmente cerrado

Función lógica OR con contactos Función lógica AND con contactos

Función AND lógica de funciones OR

Función OR lógica de funciones AND

Función conteo Función de temporización

X1 = Y1

X1 = Y1

X1 + X2 + X3 = Y1 X1 * X2 * X3 = Y1

(X1+X4) * (X2*X3) = Y1

(X1*X2*X3)+(X4*X5*X6) = Y1

Diagrama de funciones

El diagrama de funciones representa las tareas de automatización utilizando los símbolos normalizados,correspondientes a las funciones más frecuentes. Habitual entre los técnicos en electrónica digital, incluyecomo bloques normalizados algunas funciones secuenciales típicas en automatización comotemporizadores y contadores, e incluso algunos bloques combinacionales y de tratamiento numéricos, comomultiplexores, demultiplexores, sumadores, multiplicadores, etc., pero no alcanza la multitud de funcionesque han ido añadiéndose a las listas de instrucciones y diagramas de contactos, como extensiones a estoslenguajes.Por esta razón, y en sentido estricto, la programación por diagramas lógicos queda reservada a aplicacionesen las que solo intervengan variables booleanas todo - nada, y algunos bloques secuenciales elementales:temporizadores, contadores, registros de desplazamiento, etc. Este lenguaje es implementado tambien porel lenguaje de contactos.

X0 = Y0Función de selección de unavariable de entrada directa

X0 = Y0Función de selección de unavariable de entrada invertida

X0 + X1 = Y0Función OR lógica

Función AND lógicaX0 * X1 = Y0Función AND lógica

(X0 * X1 * X2) + (X3 * X4 * X5) = Y0Función OR lógica de funciones AND

Función de temporización Función de conteo Función biestable

Grafcet (Gráfico funcional de control de etapas i transiciones)

El Grafcet es un método para resolver problemas de automatización de forma sistematizada. Una vezplanteado el problema y diseñado ya el Grafcet, la adaptación a la solución tecnológica concretadeseada, se realiza mecánicamente. (hay programas que lo hacen de forma directa)Aún que podemos implementar el Grafcet sobre cualquier tecnología, es un método muy indicado paracircuitos integrados programables o en los autómatas programables.El Grafcet describe los procesos a automatizar, remarcando las acciones y condiciones para llevar acabo el objetivo de la tarea propuesta, ya que es una representación directamente relacionada a laevolución del proceso. En la reparación de averías, una vez ya está en funcionamiento los problemasquedan delimitados sobre una etapa y entre unas transiciones.

- Sístema de Control o automatismo: Cualquier sistema que recibe una de senyals d´entradaelaborando una serie de ordenes o señales de salida.- Estado de un dispositivo: Situación en la que se encuentra un elemento respecto a algunas de laspropiedades físicas (resisténcia, tensión ,circuito abierto o cerrado, etc).- Sistema Combinacional: Aquel en que el estado de las señales de salida depende constantementede las señales recibidas en las entradas.- Sistema secuencial: Aquel en que las señales de salida dependen en un instante determinado de delas de entrada y de las que anteriormente han habido.

Pasos a seguir

- Descomponer la tarea en las diferentes etapas elementales que han de ser ejecutadas de formasecuencial. Cada una de estas etapas sera representada por un cuadro.- La sucesion entre etapas ha de ser representada por una linea de transicion que las una.Perpendicularmente a estas lineas, seran descritas mediante simbolos, la condicion o condiciones quehan de suceder para poder pasar de una etapa a otra.- La estructura final ha de ser desarrollada de arriba ( Inicio de la secuencia) hacia abajo (Fin de lasecuencia). Siempre ha de haber una condicion entre dos etapas.

Elementos básicos de un Grafcet

Etapa: La etapa resulta ser el lugar durante la ejecucion del ciclo en el que han de activarse loselementos conectados a las salidas sean uno o varios, siendo motores, electrovalvulas, imanes, alarmas(de luz o sonido), etc. La etapa de inicio de un proceso en el Grafcet ha de ser señalada mediante undoble recuadro.

10 Etapainicial

Etapa

K

K

0

1 Encender bombilla

Ejemplo de estructura en Grafcet

Transición: Lugar durante la ejecucion del ciclo en el que ha de cumplirse una o varias condicionespara poder pasar a la etapa siguiente. Los elementos condicionantes estan conectados en las entradas,siendo detectores, pulsadores, encoders, etc.

Lineas de evolucion: Son las lineas que unen las condiciones secuencialmente.

Reenvio: En control de lazo cerrado, son las flechas que indican la direccion desde la ultima condicion alprincipio del Grafcet cerrando el bucle.

Condiciones del Grafcet

- Cada etapa tiene asignada una marca de estado.

- Cada etapa puede experimentar 2 estados posibles: activa o inactiva. Se considerara activa cuandola variable de la marca asignada este en “1”.

- Denominaremos arranque en frío a la inicialización, cuando esta no dependa del estado almacenadoen memoria de un estado anterior. El sistema puede ser puesto en marcha mediante un pulsador osistema automático.

- Denominaremos arranque en caliente a la reinicialización, cuando esta dependa del estadoalmacenado en memoria de un estado anterior.

- Durante la marcha normal del proceso secuencial, la activación de una etapa no inicial se efectuaracuando se halle activa la etapa y condición o condiciones anteriores.

- Solamente podrá ser franqueada una transición, si las condiciones han sido validadas.

- Si hay varias transiciones franqueables, serán franqueadas simultáneamente.

- El franqueo de una transición implica la desactivación de la etapa anterior.

- Si en el transcurso de funcionamiento de un automatismo una etapa ha de ser simultáneamenteactivada y desactivada, esta etapa quedara activada. (Regla de convencionalismo para resolvercasos de indeterminación).

- Un Grafcet ha de ser siempre cerrado sin dejar ningún camino abierto, sino, mostraría incoherencia.

Tipos de Grafcet

Condiciónde transición

PP activado y PM desactivado

PM activado y PP desactivado

0

1 Arrancar motor

Ejemplo de estructura en Grafcet de nivel 1

PP*PM

0

1 Motor

Ejemplo de estructura en Grafcet de nivel 2

PP*PM

Ejemplo de implementación por Grafcet

Los accionamientos el sistema son los siguientes:A+ (Empujar alimentador) B- (Abre pinza)A- (Retroceso del alimentador) C+ (Giro brazo derecha)B+ (Cerrar pinza) C- (Giro brazo izquierda)

Los sensores del sistema son los siguientes:S1 (Final retroceso alimentador) S4 (Brazo en posición derecha)S2 (Final avance alimentador) S5 (Pinza abierta)S3 (Brazo en posición izquierda) S6 (Pinza cerrada)

E0.0*E0.1

0

1 A1.0

Ejemplo de estructura en Grafcet de nivel 3

E0.0*E0.1

Entradas0.0 Pulsador de marcha

0.1 Pulsador de paro

Salidas1.0 Activar-desactivar

contactor dearranque de motor

Pieza introducida

Mecanismo de posición

Pinza cerrada

Brazo en posición derecha

Dejar pieza

Brazo en posición izquierda

Final del retroceso

Posicionamiento inicial

Avance alimentador piezas

Coger pieza

Giro brazo derecha

Dejar pieza

Retroceso brazo izquierda

Retroceso alimentador pieza

Diseño y estructura del Grafcet

Estructuras básicas

a) Secuencia única: Un Grafcet de secuencia única es aquel en el que las etapas son activadas unatras de otra, después de verificarse las transiciones que las separa. Ej: Ejercicio anterior.

b) Secuencia con convergencia y divergencia en “O” (Subprocesos alternativos): Lugar en el diseñode un automatismo en el que se cumplen dos o más posibles alternativas, debiéndose cumplir una uotra.

c) Secuencia con convergencia y divergencia en “Y” (Subprocesos simultáneos): Lugar en el diseñode un automatismo en el que se cumplen dos o más acciones simultáneamente. La condición parasalir de la “Y” es 20*26*23 mediante contactos colocados en serie.

Divergencia “O”

Convergencia “O”

Convergencia “Y”

Divergencia “Y”

Etapas de espera

Otros elementos básicos

a) Saltos de etapas: En situaciones en las que se pueda dar, o no una condición, aplicaremos unabifurcación en “O”

b) Bucles: Una o varias etapas pueden repetirse varias veces, (controladas por un temporizador,contador, hasta que no se cumpla una condición, etc).

c) Subrutinas: El problema puede ser estructurado, formado por un diagrama principal y un conjuntode acciones, en que una vez realizadas poder seguir en el diagrama principal.

d) Macro etapas: Es la representación mediante una única etapa de un conjunto de etapas ytransiciones llamadas expansión de la macro-etapa. Esta, es la secuencia de etapas y transicionesque respeta las reglas del Grafcet, pero tiene una etapa de entrada (EE), y una de salida.

_Si H saltaremos las etapas 6.........11

El Grafcet evolucionara en la etapa12 directamente

Las etapas 11 y 12 se repitenmientras se cumpla b

e) Programas paralelos: Sistema de resolución de automatismos en el que pueden descritosdiagramas paralelos que van evolucionando cada uno por separado y a su ritmo, podiendo tener ono relación entre sí.

Consideraciones sobre los paros de emergencia

a) Por inhibición de las acciones: Condicionamiento de las acciones asociadas a las etapas sin lapresencia de la emergencia.

b) Por congelación del automatismo: Inclusión en todas las transiciones de la negación de lacondición de emergencia.

Etapa de entrada a lamacro-etapa

Etapa de salida de lamacro-etapa

La 2ª etapa de este Grafcet esuna macro-etapa

Implementación de este tipode emergencia con básculas

Acciones 1

Acciones 2

ACI = Arranque de ciclo CI = Condiciones iniciales PCI = Paro fin de ciclo

c) Por combinación de los anteriores: Se incluye la negación de la condición de emergencia tantocomo condicionamiento de las acciones como de las transiciones.

d) Por retorno a la etapa inicial: Utilización de un Grafcet paralelo de emergencia.

e) Por activación de una secuencia especial de emergencia: Al entrar en situación de emergencia,activación de un proceso o secuencia de emergencia.

(Grafcet paralelo de emergencia)

Situación normal

Situación deemergencia

Situaciónnormal

GRAFCET PARALELO DE EMERGENCIA

Este método presenta el problema desolo detectar la emergencia en lastransiciones. Mientras, las accionescorrespondientes a las etapas encurso continúan su proceso.