introducci.n a los sistemas de automatizaci.n industrial · transición– técnica...

Automatización Industrial

Introducción a los Sistemas deAutomatización Industrial

TEMA - Introducción a los Sistemas de Automatización Industrial

1. - Los Automatismos - Bloques de un Sistema de Automatización

2. - Objetivos de la Automatización

3. - Funciones de los Automatismos

4. - Tecnologías de los Automatismos

4.1 – Transición de Lógica Cableada a Lógica Programada

5. - Introducción a los Autómatas Programables Industriales

5.1 – Historia de los API´s

5.2 – Evolución de la Automatización con API´s

5.3. - Componentes de un Sistema de Automatización Industrial

5.4 - Lenguaje de Programación de Autómatas

5.5 - Gamas de Productos

6. – Introducción a la norma IEC 1131-3

Índice

Automatización de un Proceso

OPERADOR

PROCESO

Acciones Datos

Consignas

- Pulsadores- Interruptores- Codificadores- Potenciometros

Información

- Lámparas- Visualizadores- Contajes- Alarmas

Accionadores

ORGANO DE CONTROL

Captadores

Objetivos de la Automatización

• Producir una calidad constante• Proveer cantidades necesarias en el momento preciso• Incrementar la productividad y flexibilidad de la herramienta

Objetivos de la Automatización

Funciones de los Automatismos I

•Vigilancia• Guía Operador• Mando

Grados de Automatización

Adquisición Tratamiento Acción Estructura Vigilancia Bucle abierto Guía operador Bucle abierto Mando Bucle cerrado

Funciones de los Automatismos II

• Nivel 1 - Elemental - Nivel de Máquina• Nivel 2 - Máquinas simples• Nivel 3 - Proceso• Nivel 4 - Nivel de Gestión Integrada

Niveles de Automatización

Tecnologías de los Automatismos I

FluidicaNeumática

Reles

Sistemasa Proposito

SistemasModulares

ElectronicaEstatica

Electrica

TecnicasCableadas

PC Industrial AutomataProgramable

ControlNumérico

Controlde Robot

Bus deControl

TecnicasProgramadas

Problema deAutomatizacion

Soluciones a los Problemas de Automatización

Tecnologías de los Automatismos II

• Espacio que ocupan• Falta de flexibilidad• Dificultad de dominar problemas complejos• Coste de reutilización de los componentes• Complejidad de búsqueda de averías y reparación• Rentabilidad financiera limitada

Técnicas Cableadas - Limitaciones

Tecnologías de los Automatismos III

• herramientas informáticas

Técnicas Programadas

Informática Industrial: disciplina que conjuga las teorías de la automática y los medios de la informática con el fin de resolver problemas de naturaleza industrial.

Automata Programable Industrial: máquina electrónica programable por un personal no informático y destinada a pilotar o gobernar procedimientos lógicos secuenciales en ambiente industrial y en tiempo real.

Tipos de Lógicas

Reproducibilidad de las situacionesy(t) = f(x;t)

Lógica Combinatoria

Gobierno en función de situaciones anterioresu(t+∆t) = f(x,u;t)

y(t) = g(x,u;t)Lógica Secuencial Asíncrona: propagación atemporalLógica Secuencial Síncrona: propagación periodica

Lógica Secuencial

Tratamientos Paralelos y Secuenciales

Todas las señales concernidas en un instante dado son tenidas en cuenta simultáneamente por el órgano tratamiento

Tratamiento Paralelo

Todas las señales 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

u1

u2

uk

uk+1

un

. . .

. . .

. . .

. . .

Capa 1 Capa 2 Capa q

Sentido de

propagación

Y1

Y2

Y3

Entra

das

Salid

as

INSTRUCCIONES(Memoria Programa)

PROCESADOR

Progr. Interpretadorde Instrucciones

X1

X2

X3

X4Y4

Solu

ción

Pro

gram

ada

Trat

amie

nto

Secu

enci

al

Transición – Procesador Programable

Solu

ción

Cab

lead

aTr

atam

ient

o Pa

rale

lo

X1

X2

X3

X4

Y1

Y2

Y3

Y4

L+

L-

K2 K3 V1H1K1

K1S2

S1 K20

8

9 2

L+

L-

V1H1K1

S2S10

CPU

Tarjetas de Salida

Tarjetas de Entrada

Memoriade Programa

Aparato deProgramación

Técnica Cableada Técnica Programada

Transición – Técnica Cableada/Técnica Programada

Transición – Lógica Programada

• Tarjetas de Entrada/Salida: interface entre los dispositivos de E/S (sensores y actuadores) y el órgano 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 para el control del sistema.

Elementos del Órgano de Mando

Tipos de Dispositivos en el Control Industrial

Controlador deLógica Programable

(PLC)

ControlNumérico (NC)

• Dispositivo de carácter genérico• Amplia utilización en sectores muy diversos• Arquitecturas hardware propietarias • Lenguaje de programación estándar • No dispone, en general, de interfaz hacia el operador

Autómatas Programables

• Dispositivo de aplicación en el sector de la M. H.• Arquitecturas hardware propietarias• Lenguaje de programación (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 y

la supervisión

Controles Numéricos


• Dispositivo de carácter específico para un tipo de robot• Utilización del robot en sectores diversos de la industria• Arquitecturas hardware propietarias • Diversas formas de programación de los dispositivos • Dispone de interfaz de programación para el operador• Tendencia a incluir PCs para comunicaciones y

programación

Controladores de Robot

• Dispositivo de carácter genérico• Arquitecturas hardware:

Bus VME (Motorola). Simicro (Siemens)Arquitectura PC (ISA, PCI, PCI-104,.....

• Lenguajes de programación de alto nivel (C, C++, ...) • Dispone de interfaz para el operador• Mejores prestaciones. Mayor complejidad de

programación

Controles Numéricos

Control deRobot (RC)

Buses deControl


• Dispositivo muy dependientes del fabricante• Utilización en sectores de la industria del proceso

continuo• Arquitecturas hardware propietarias • En general, son sistemas poco “distribuidos” • Programación dependiente del fabricante• Dispone de interfaz para operador• Tendencia a utilizar hardware de PLCs• Tendencia a ser más “distribuidos”

Sistemas de Control Distribuido

• Dispositivo muy dependientes del fabricante• Utilización en sectores de la industria muy automatizados• Sistemas de control (PLC´s o Buses de control) • Tendencia a incrementar la sensorización e inteligencia• Utilización de buses en el control del sistema • Dispone de interfaz simples operador

Vehículos Autónomos Filoguiados (AGV)

Sistemas de Control

Distribuido (DCS)

Vehículos de Transporte

Autónomos (AGV)

Precedentes: controladores programados por conexiones, ordenadores de proceso

Pliego de condiciones: medio industrial perturbado, variedad y número de E/S, simplicidad de manejo y bajo coste

Autómata Programable: controladores electrónicos cuyas funciones se almacenan como programas en un aparato de control

Historia: aparición, empresas origen, realizaciones en Europa

Introducción de los API´s

Perturbaciones Eléctricas

Polución QuímicaAmbiente Físico y Mecánico

Limitaciones del Ambiente Industrial

vibracioneschoqueshumedad

temperatura

gases corrosivosvapores de hidrocarburos

polvos metálicospolvos industriales

f.e.m. termoeléctricaspotenciales voltaicos de unión

parásitos electrostáticosinterferencias electromagnéticas

Automatización con PLC´s (I)

• Disminución del cableado de E/S manejadas en paralelo• Agrupación de E/S en grupos funcionales• Descentralización de E/S y proceso• Mejora de comunicaciones• Fallo limitado al dispositivo

Tendencias en la Evolución

Automatización con PLC´s (II)

Hace 20 años Hace 10 años

Automatización con PLC´s (III)

Situación Actual

Sistema de Comunicaciones de Siemens

CNCPC/VME

VME/PCPLC DCS

Controladorde Área

Ethernet/TCP/IP MAP/MMS Ethernet

PROFIBUS-FMS

PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA

NivelPlantaTiempo de

Ciclo de Bus< 1000 ms

NivelCélulaTiempo de

Ciclo de Bus< 100 ms

Nivel CampoTiempo de

Ciclo de Bus< 10 ms

Internet

Ethernet

ControlNet ControlNet

DeviceNet DeviceNet

RIO

DH+

Sistema de Comunicaciones de Rockwell

Cambio de Paradigma en el Control Distribuido

• Adquisición I/O basada en scan

• Comunicaciones intensivas

• Múltiples caminos de datos

• El fallo permanece al nivel del PLC

• I/O más cercanas al dispositivo de campo

I/O Descentralizadas y Proceso1990’s

Flex I/O

Drive

PBPanel

• Adquisición de datos basada en eventosEvent-Cambio de estado o Peer-Peer)

• Menos comunicaciones intensivas

• Caminos de datos dedicados

• Fallo limitado al dispositivo

Control Distribuido 2000

Multi-disciplinedController

Drive w/PIDAxis Controller

PB Panel

Prox

Flex I/O

O.I.

PackagedController

• Lógica solo en el controlador

• Adquisición I/O basada en scan

• Comunicaciones intensivas

• Unico camino de datos

• Un punto de fallo

Control Centralizado1980’s

Proceso Proceso

Monitorización Supervisión

SupervisiónConjunto de acciones desempeñadas con el propósito de asegurar el correcto funcionamiento del proceso incluso en situaciones anómalas

Supervisión y Monitorización

MonitorizaciónSistema de vigilancia y asistencia al operario en el que se cumplen solo algunas de las etapas de supervisión.

Objetivo FinalFacilitar la tarea del operario encargado de la vigilancia del proceso

Supervisión y Monitorización – Evolución (I)

InicialmenteMediante sinópticos del proceso realizados en “marquetería”:

- La visualización: Lámparas, displays,(mucha imaginación)- Accionamiento: Interruptores, pulsadores, conmutadores, etc.

Década de los 80Mediante tarjetas inteligentes ubicadas en el bus de los PLCs

- Podían controlar de forma autónoma un monitor y un teclado- Intercambiaban datos con la CPU del PLC por el bus del PLC.- Ofrecían herramientas “sencillas” de configuración y programación.- Las prestaciones muy variadas (pantallas alfanuméricas, gráficas, etc.)

Supervisión y Monitorización – Evolución (II)

Actualmente – Interfaces HMI A) Interfaces de Operador (OP´s)

- De fácil programación.- Robustos- Funciones de comunicación con el dispositivo de control

B) Mediante Ordenadores y SCADAS- PC industrial o de sobremesa.- SCADA: Aplicación software diseñada para funcionar en ordenadores

de control de producción, proporcionando comunicación con los dispositivos de control supervisando el proceso desde la pantalla del ordenador

- Ofrece herramientas “sencillas” de configuración para la aplicación- Las prestaciones muy variadas (número de variables, plataforma, S.O....)- Comunicación a través de una amplia gama de buses y redes

Componentes de un Sistema de Automatización

MandoRegulación

AvisoAcoplamiento

Esquema de FuncionesEsquema de ContactosLista de Instrucciones

Gráfico Secuencial

ProgramaciónPrueba

Documentación

Sistema de AutomatizaciónAutómatas

ProgramablesAparatos de

ProgramaciónLenguaje de

Programación

Tarea Planteada

Documentación

Traducción

Retraducción

Mando

Regulación

Aviso

Acoplamiento

Lenguajede

Programación

UsuarioAparato de

ProgramaciónAutómata

Programable

Lenguaje de Programación

Mercado Internacional del PLC

Siemens 26 %Schneider-Autom. 18 %Allen-Bradley 17 %GE Fanuc 8 %

Mitsubishi 11 %Otros 20 %

Islas de automatización dependientes del fabricante

Situación 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 S5-155UAlternativaeconómica yde pocaembergadura

Miniautómata rápido envolumenreducido

Miniautómata con modularidad integral;puede aumentarse en función de lasnecesidades del sistema

Sistema de automatización para gama media que permiteadaptación gradual según las necesidades

Capacidad multiproceso Grancapacidad dememoriapara multip.

CPU 100 CPU 102 CPU 103 CPU 941 CPU 942 CPU 943 CPU 944 CPU 922 CPU 928 CPU 928B C. 946/947MemoriaPrincipal

4KbRAM/EPROM/EEPROM

16Kb (2x8)RAM/EPROM/EEPROM

2KbRAM/EPROM/EEPROM

4KbRAM/EPROM/EEPROM

20KbRAM/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 Analóg (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

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




Instrucciones /DatosMemoria de trabajoDirecc. libreED / SDEA / SATiempo elaboración/1 K inst. binariasMarcas ContadoresTemporizadores

CPU 314

8 K / -24 Kbyte no1024256 0,3 ms

2048 64 128

CPU 313

4 K / -12 Kbyteno 25664 0,6 ms

2048 64 128

CPU 315(CPU 315-2DP)16 (21) K / -48 (64) Kbyte si10242560,3 ms

204864128(Interfase PROFIBUS-DP maestro/esclavopara 64 estaciones DP)

CPU 316-2DP

42 K / -128 Kbytesi1024 2560,3 ms

2048 64128 ( Interfase PROFIBUS-DP maestro/esclavo para 64 estaciones DP)

CPU 318-2

84 K / 256 Kbyte512 Kbytesi1024 2560,1 ms

8192 512512( Interfase PROFIBUS-DP(M/S)125 estaciones

DP;MPI utiliz.como DP (12 MBaud))


CPU 416-2 DP 1,6 Mbyte

CPU 416-3 DP 3,2MbyteCPU 414-2 DP

256 Kbyte

CPU 414-3 DP 768 Kbyte

CPU 412-196 KbyteCPU 412-2144 Kbyte

CPU 417-4 4 Mbyte

CPU 414-H 768 Kbyte

CPU 417-H 4 Mbyte


Código/DatosInstruccionesED / SDEA / SATiemp. ejec. Inst.MarcasTemp./contador.Interfases decomunicación

CPU414-2 414-3128/128KB 384/384KB

42 K 128 K16/16K 32/32K 1/1K 2/2K

a partir de 0,1µs8K

256 / 256MPI/DP

PROFIBUS-DPIFM-SS

CPU416-2 416-3

0,8/0,8MB 1,6/1,6MB

265 K 530 K32/32K 64/64K

4/4Ka partir de 0,08µs

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 0,2µs

4K256 / 256MPI/DP

PROFIBUS-DP

CPU 417-42/2MB *)

660 K

128/128K

8/8Ka partir de 0,1µs

16K512 / 512MPI/DP

PROFIBUS-DP2IFM-SS

CPU

Aportación de los Autómatas Programables

Concepción - Instalaciónherramienta manejable

trabajo independiente del lugaradaptable a nuevas exigenciasmodificable según necesidadestrabajo en paralelo en simulado

formación de usuario rápidaprimera etapa de automatización

-----------dos problemas

conocimiento de posibilidadeselección función de necesidades

Explotación y Mantenimientoadaptada contexto de la empresadifer. niveles de responsabilidadposibilidad de cambiar programa

diagnosis en funcionamientolocalización de averías

Campos de Utilización de los API´s

• Metalurgia y Siderurgia• Mecánica y Automóvil• Industrias Químicas• Industrias Petrolíferas• Industrias Agrícolas y Alimentarias• Transportes y Manutención• Aplicaciones Diversas

introducci.n a los sistemas de automatizaci.n industrial · transición– técnica...

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