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8/8/2019 Introduccin a los Sistemas de Automatizacin Industrial
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Automatizacin Industrial
Introduccin a los Sistemas deAutomatizacin Industrial
TEMA - Introduccin a los Sistemas de Automatizacin Industrial
1. - Los Automatismos - Bloques de un Sistema de Automatizacin
2. - Objetivos de la Automatizacin
3. - Funciones de los Automatismos
4. - Tecnologas de los Automatismos
4.1 Transicin de Lgica Cableada a Lgica Programada5. - Introduccin a los Autmatas Programables Industriales
5.1 Historia de los APIs
5.2 Evolucin de la Automatizacin con API s5.3. - Componentes de un Sistema de Automatizacin Industrial
5.4 - Lenguaje de Programacin de Autmatas
5.5 - Gamas de Productos
6. Introduccin a la norma IEC 1131-3
ndice
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Automatizacin de un Proceso
OPERADOR
PROCESO
Acciones DatosConsignas
- Pulsadores- Interruptores- Codificadores- Potenciometros
Informacin
- Lmparas- Visualizadores- Contajes- Alarmas
Accionadores
ORGANO DE CONTROL
Captadores
Objetivos de la Automatizacin
Producir una calidad constante Proveer cantidades necesarias en el momento preciso Incrementar la productividad y flexibilidad de la herramienta
Objetivos de la Automatizacin
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Funciones de los Automatismos I
Vigilancia Gua Operador Mando
Grados de Automatizacin
Adquisicin Tratamiento Accin EstructuraVigilancia Bucle abiertoGua operador Bucle abiertoMando Bucle cerrado
Funciones de los Automatismos II
Nivel 1 - Elemental - Nivel de Mquina Nivel 2 - Mquinas simples Nivel 3 - Proceso Nivel 4 - Nivel de Gestin Integrada
Niveles de Automatizacin
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Tecnologas de los Automatismos I
FluidicaNeumtica
Reles
Sistemasa Proposito SistemasModulares
ElectronicaEstatica
Electrica
TecnicasCableadas
PC Industrial AutomataProgramable
ControlNumrico
Controlde Robot
Bus deControl
TecnicasProgramadas
Problema deAutomatizacion
Soluciones a los Problemas de Automatizacin
Tecnologas de los Automatismos II
Espacio que ocupan Falta de flexibilidad Dificultad de dominar problemas complejos Coste de reutilizacin de los componentes
Complejidad de bsqueda de averas y reparacin Rentabilidad financiera limitada
Tcnicas Cableadas- Limitaciones
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Tecnologas de los Automatismos III
herramientas informticas
Tcnicas Programadas
Informtica Industrial : disciplina que conjuga las teoras de la automtica y los mediosde la informtica con el fin de resolver problemas de naturaleza industrial.
Automata Programable Industrial : mquina electrnica programable por un personalno informtico y destinada a pilotar o gobernar procedimientos lgicossecuenciales en ambiente industrial y en tiempo real.
Tipos de Lgicas
Reproducibilidad de las situacionesy(t) = f(x;t)
Lgica Combinatoria
Gobierno en funcin de situaciones anterioresu(t+ t) = f(x,u;t)
y(t) = g(x,u;t) Lgica Secuencial Asncrona: propagacin atemporal Lgica Secuencial Sncrona: propagacin periodica
Lgica Secuencial
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Tratamientos Paralelos y Secuenciales
Todas las seales concernidas en un instante dado son tenidas en cuenta simultneamente por el rgano tratamiento
Tratamiento Paralelo
Todas las seales concernidas en un instante dado son tratadas sucesivamente, en un orden previamente definido
Tratamiento Secuencial
Circuito(1,1)
(1,2)
(1,p)
...
(2,1)
(2,2)
(2,r)
...
(q,1)
(q,2)
(q,s)
...
y1
y2
ym
u1u2
uk uk+1
un
. . .
. . .
. . .
. . .
Capa 1 Capa 2 Capa q
Sentido de
propagacin
Y1
Y2
Y3
E n
t r a
d a s
S a
l i d a s
INSTRUCCIONES(Memoria Programa)
PROCESADOR
Progr. Interpretador de Instrucciones
X1
X2
X3
X4Y4
S o l u c i
n P r o g r a m a d a
T r a
t a m
i e n
t o S e c u e n c i a l
Transicin Procesador Programable
S o l u c i
n C a b
l e a d a
T
r a t a m
i e n
t o P a r a l e l o
X1
X2
X3
X4
Y1
Y2
Y3
Y4
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L+
L-
K2 K3 V1H1K1
K1S2
S1 K2
L+
L-
V1H1K1
S2S1
CPU
Tarjetas de Salida
Tarjetas de Entrada
Memoriade Programa
Aparato deProgramacin
Tcnica Cableada Tcnica Programada
Transicin Tcnica Cableada/Tcnica Programada
Transicin Lgica Programada
Tarjetas de Entrada/Salida: interface entre los dispositivos de E/S (sensores yactuadores) y el rgano de mando.
Unidad de Proceso: Sustituye los diferentes elementos de mando, por un sistema basado en un procesador.
Programa de Mando: Secuencia de instrucciones que ejecuta la unidad de proceso parael control del sistema.
Elementos del rgano de Mando
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Tipos de Dispositivos en el Control Industrial
Controlador deLgica Programable
(PLC)
Control Numrico (NC)
Dispositivo de carcter genrico Amplia utilizacin en sectores muy diversos Arquitecturas hardware propietarias
Lenguaje de programacin estndar No dispone, en general, de interfaz hacia el operador
Autmatas Programables
Dispositivo de aplicacin en el sector de la M. H. Arquitecturas hardware propietarias Lenguaje de programacin (bastante) estandarizado Dispone, en general, de un interfaz para el operador Las prestaciones de este interfaz son muy diversas
Cierta tendencia a incluir PCs para las comunicaciones yla supervisin
Controles Numricos
Tipos de Dispositivos en el Control Industrial
Dispositivo de carcter especfico para un tipo de robot Utilizacin del robot en sectores diversos de la industria Arquitecturas hardware propietarias Diversas formas de programacin de los dispositivos Dispone de interfaz de programacin para el operador Tendencia a incluir PCs para comunicaciones y
programacin
Controladores de Robot
Dispositivo de carcter genrico Arquitecturas hardware:
Bus VME (Motorola). Simicro (Siemens)Arquitectura PC (ISA, PCI, PCI-104,.....
Lenguajes de programacin de alto nivel (C, C++, ...) Dispone de interfaz para el operador Mejores prestaciones. Mayor complejidad de
programacin
Controles Numricos
Control deRobot (RC)
Buses deControl
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Tipos de Dispositivos en el Control Industrial
Dispositivo muy dependientes del fabricante Utilizacin en sectores de la industria del proceso
continuo
Arquitecturas hardware propietarias En general, son sistemas poco distribuidos Programacin dependiente del fabricante Dispone de interfaz para operador Tendencia a utilizar hardware de PLCs Tendencia a ser ms distribuidos
Sistemas de Control Distribuido
Dispositivo muy dependientes del fabricante Utilizacin en sectores de la industria muy automatizados Sistemas de control (PLC s o Buses de control)
Tendencia a incrementar la sensorizacin e inteligencia Utilizacin de buses en el control del sistema Dispone de interfaz simples operador
Vehculos Autnomos Filoguiados (AGV)
Sistemas deControl
Distribuido (DCS)
Vehculos deTransporte
Autnomos (AGV)
Precedentes : controladores programados por conexiones, ordenadores de proceso
Pliego de condiciones : medio industrial perturbado, variedad y nmero de E/S,simplicidad de manejo y bajo coste
Autmata Programable : controladores electrnicos cuyas funciones se almacenancomo programas en un aparato de control
Historia : aparicin, empresas origen, realizaciones en Europa
Introduccin de los APIs
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Perturbaciones Elctricas
Polucin Qumica Ambiente Fsico y Mecnico
Limitaciones del Ambiente Industrial
vibracioneschoqueshumedad
temperatura
gases corrosivosvapores de hidrocarburos
polvos metlicos polvos industriales
f.e.m. termoelctricas potenciales voltaicos de unin
parsitos electrostticosinterferencias electromagnticas
Automatizacin con PLCs (I)
Disminucin del cableado de E/S manejadas en paralelo Agrupacin de E/S en grupos funcionales Descentralizacin de E/S y proceso Mejora de comunicaciones
Fallo limitado al dispositivo
Tendencias en la Evolucin
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Automatizacin con PLCs (II)
Hace 20 aos Hace 10 aos
Automatizacin con PLCs (III)
Situacin Actual
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Sistema de Comunicaciones de Siemens
CNCPC/VME
VME/PCPLC DCS
Controlador de rea
Ethernet/TCP/IP MAP/MMS Ethernet
PROFIBUS-FMS
PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA
NivelPlantaTiempo de
Ciclo de Bus< 1000 ms
NivelClulaTiempo de
Ciclo de Bus< 100 ms
NivelCampoTiempo de
Ciclo de Bus< 10 ms
Internet
Ethernet
ControlNet ControlNet
DeviceNet DeviceNet
RIO
DH+
Sistema de Comunicaciones de Rockwell
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Cambio de Paradigma en el Control Distribuido
Adquisicin I/O basada en scan
Comunicaciones intensivas
Mltiples caminos de datos
El fallo permanece al nivel del PLC I/O ms cercanas al dispositivo decampo
I/O Descentralizadas y Proceso1990s
Flex I/O
Drive
PBPanel
Adquisicin de datos basada eneventosEvent-Cambio de estado o Peer-Peer)
Menos comunicaciones intensivas
Caminos de datos dedicados
Fallo limitado al dispositivo
Control Distribuido2000
Multi-disciplinedController
Drive w/PIDAxisController
PB Panel
Prox
Flex I/O
O.I.
PackagedController
Lgica solo en el controlador
Adquisicin I/O basada en scan
Comunicaciones intensivas
Unico camino de datos
Un punto de fallo
Control Centralizado1980s
Proceso Proceso
Monitorizacin Supervisin
SupervisinConjunto de acciones desempeadas con el propsito de asegurar el correcto funcionamientodel proceso incluso en situaciones anmalas
Supervisin y Monitorizacin
MonitorizacinSistema de vigilancia y asistencia al operario en el que se cumplen solo algunas de las etapasde supervisin.
Objetivo Final
Facilitar la tarea del operario encargado de la vigilancia del proceso
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Supervisin y Monitorizacin Evolucin (I)
InicialmenteMediante sinpticos del proceso realizados en marquetera:
- La visualizacin: Lmparas, displays,(mucha imaginacin)- Accionamiento: Interruptores, pulsadores, conmutadores, etc.
Dcada de los 80 Mediante tarjetas inteligentes ubicadas en el bus de los PLCs
- Podan controlar de forma autnoma un monitor y un teclado- Intercambiaban datos con la CPU del PLC por el bus del PLC.- Ofrecan herramientas sencillas de configuracin y programacin.- Las prestaciones muy variadas (pantallas alfanumricas, grficas, etc.)
Supervisin y Monitorizacin Evolucin (II)
Actualmente Interfaces HMI A) Interfaces de Operador (OP s)
- De fcil programacin.- Robustos- Funciones de comunicacin con el dispositivo de control
B) Mediante Ordenadores y SCADAS - PC industrial o de sobremesa.- SCADA: Aplicacin software diseada para funcionar en ordenadores
de control de produccin, proporcionando comunicacin con losdispositivos de control supervisando el proceso desde la pantalla del ordenador
- Ofrece herramientas sencillas de configuracin para la aplicacin- Las prestaciones muy variadas (nmero de variables, plataforma, S.O....)- Comunicacin a travs de una amplia gama de buses y redes
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Componentes de un Sistema de Automatizacin
MandoRegulacin
AvisoAcoplamiento
Esquema de FuncionesEsquema de ContactosLista de Instrucciones
Grfico Secuencial
ProgramacinPrueba
Documentacin
Sistema de Automatizacin
AutmatasProgramables
Aparatos deProgramacin
Lenguaje deProgramacin
Tarea Planteada
Documentacin
Traduccin
Retraduccin
Mando
Regulacin
Aviso
Acoplamiento
Lenguajede
Programacin
Usuario Aparato de
Programacin Autmata
Programable
Lenguaje de Programacin
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Mercado Internacional del PLC
Siemens 26 %Schneider-Autom. 18 %Allen-Bradley 17 %GE Fanuc 8 %
Mitsubishi 11 %Otros 20 %
Islas de automatizacin dependientes del fabricante
Situacin Actual del Mercado del PLC
MITSUBISHIMITSUBISHISIEMENSSIEMENSALLEN-BRADLEY........
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Gamas de Productos Simatic S5
S5-90U S5-95U S5-100U S5-115U S5-135U S5-155UAlternativaeconmica yde pocaembergadura
Miniautmata rpido envolumenreducido
Miniautmata con modularidad integral; puede aumentarse en funcin de lasnecesidades del sistema
Sistema de automatizacin para gama media que permiteadaptacin gradual segn las necesidades
Capacidad multiproceso Grancapacidad dememoria
para multip.CPU 100 CPU 102 CPU 103 CPU 941 CPU 942 CPU 943 CPU 944 CPU 922 CPU 928 CPU 928B C. 946/947
MemoriaPrincipal
4KbRAM/EPROM/EEPROM
16Kb (2x8)RAM/EPROM/EEPROM
2KbRAM/EPROM/EEPROM
4KbRAM/EPROM/EEPROM
20KbRAM/EPROM/EEPROM
18KbRAM/EPROM/EEPROM
42KbRAM/EPROM/EEPROM
48KbRAM/EPROM/EEPROM
96KbRAM/EPROM/EEPROM
64 Kb R/EP22 Kb RAM
64 Kb R/EP46 Kb RAM
64 Kb R/EP46 Kb RAM
896Kb R/EP
T Proceso 2ms 2ms 70ms 7ms 0,8ms 1,6ms 1,6ms 0,8ms 0,8ms 20ms 1,1ms 0,6ms 1,4msMarcas 1024 2048 1024 1024 2048 2048 2048 2048 2048 2048 2048 2048/8192 2048/32768Temp/Cont 32/32 128/128 16/16 32/32 128/128 128/128 128/128 128/128 128/128 128/128 256/256 256/256 256/256F. Aritm. +,- +,-,x,: +,- +,-,x,: +,-,x,: +,-,x,: +,-,x,: +,-,x,: +,-,x,: +,-,x,: +,-,x,: +,-,x,: +,-,x,:E/S Digitales 10/6 (48) 16/16 (256) 128 128 256 256 4096 4096 4096 518152 518152 518152 518152E/S Analg (8) 8/1 (16) 8 16 32 256 256 256 256 32130 32130 32130 32130Redes Loc. L1 L1,L2 L1 L1 L1,L2,H1 L1,L2,H1 L1,L2,H1 L1,L2,H1 L1,L2,H1 L1,L2,H1 L1,L2,H1 L1,L2,H1
Gamas de Productos Simatic S5
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Gamas de Productos Simatic S7-300
CPU 312 IFM6 kbyte
CPU 31312 kbyte
CPU 31424 kbyte
CPU 314 IFM32 kbyte
CPU 31548 kbyte
CPU 315-2 DP64 kbyte
CPU 316-2 DP128 kbyte
CPU 318-2 DP512 kbyte
Gamas de Productos Simatic S7-300
Instrucciones /DatosMemoria de trabajo
Direcc. libre
ED / SD
EA / SATiempo elaboracin/1 K inst. binarias
Marcas
Contadores
Temporizadores
CPU 314
8 K / -24 Kbyte
no
1024
2560,3 ms
2048
64
128
CPU 313
4 K / -12 Kbyte
no
256
640,6 ms
2048
64
128
CPU 315(CPU 315-2DP)
16 (21) K / -48 (64) Kbyte
si
1024
2560,3 ms
2048
64
128
(InterfasePROFIBUS-DPmaestro/esclavopara 64
estaciones DP)
CPU 316-2DP
42 K / -128 Kbyte
si
1024
2560,3 ms
2048
64
128
( InterfasePROFIBUS-DPmaestro/esclavopara 64
estaciones DP)
CPU 318-2
84 K / 256 Kbyte512 Kbyte
si
1024
2560,1 ms
8192
512
512
( InterfasePROFIBUS-DP(M/S)
125 estacionesDP;MPI utiliz.comoDP (12 MBaud))
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Gamas de Productos Simatic S7-400
CPU 416-2 DP1,6 Mbyte
CPU 416-3 DP3,2MbyteCPU 414-2 DP
256 Kbyte
CPU 414-3 DP768 Kbyte
CPU 412-196 KbyteCPU 412-2144 Kbyte
CPU 417-44 Mbyte
CPU 414-H768 Kbyte
CPU 417-H4 Mbyte
Gamas de Productos Simatic S7-400
Cdigo/Datos
InstruccionesED / SD
EA / SA
Tiemp. ejec. Inst.
Marcas
Temp./contador.
Interfases decomunicacin
CPU
414-2 414-3
128/128KB 384/384KB
42 K 128 K16/16K 32/32K1/1K 2/2K
a partir de 0,1s8K
256 / 256MPI/DP
PROFIBUS-DPIFM-SS
CPU
416-2 416-3
0,8/0,8MB 1,6/1,6MB
265 K 530 K32/32K 64/64K
4/4Ka partir de 0,08s
16K512 / 512MPI/DP
PROFIBUS-DPIFM-SS
CPU
412-1 412-2
48/48KB 72/72KB
16 K 24 K8/8 K
512/ 512a partir de 0,2s
4K256 / 256MPI/DP
PROFIBUS-DP
CPU 417-4
2/2MB *)660 K
128/128K
8/8Ka partir de 0,1s
16K512 / 512MPI/DP
PROFIBUS-DP2IFM-SS
CPU
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