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Grao en Enxeñería Mecánica Fundamentos de Automática
• Introducción a la automatización de tareas.
• Tipos de mando.
• El Autómata Programable Industrial.
– Diagrama de bloques.
– Elementos.
– Ciclo de funcionamiento.
– Tiempo de ciclo.
• Modos de operación.
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL
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Grao en Enxeñería Mecánica Fundamentos de Automática - Introducción a la Automatización Industrial
• AUTOMATIZACIÓN: Sustitución de la acción humana por mecanismos
autónomos capaces de realizar ciclos completos de operaciones, repetidos
indefinidamente:
– Fuente de energía.
– Órganos de mando / Parte de control.
– Órganos de trabajo / Parte operativa.
Automatización de tareas
• Captadores: Recoger información.
• Órgano de control: Elaborar órdenes.
• Actuadores: Ejecutar órdenes.
Proceso
operativo
Captadores
Actuadores
Órgano
de control Trabajo Consignas
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Grao en Enxeñería Mecánica Fundamentos de Automática - Introducción a la Automatización Industrial
• Mecánico: Ruedas dentadas, poleas, levas, palancas, correas, …
Tipos de mando (I)
– Complicado.
– Poca flexibilidad.
– Sincronización compleja.
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Grao en Enxeñería Mecánica Fundamentos de Automática - Introducción a la Automatización Industrial
• Neumático: Cilindros, electroválvulas, motores, …
Tipos de mando (II)
• Hidráulico: Componentes similares al neumático.
– Lento.
– Potente.
– Mantenimiento del aceite.
– Sencillo.
– Rápido.
– Mantenimiento del aire.
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Grao en Enxeñería Mecánica Fundamentos de Automática - Introducción a la Automatización Industrial
• Eléctrico: Pulsadores, interruptores, contactores, relés, …
– Presente en cualquier tipo de mando.
Tipos de mando (III)
• Electrónico: Puertas lógicas, transistores,
microprocesadores, autómatas, …
– Barato.
– Flexible.
– Funciones complejas.
– Programable.
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Grao en Enxeñería Mecánica Fundamentos de Automática - Introducción a la Automatización Industrial
• Denominación en inglés: Programmable Logic Controller (PLC).
• Definición: Dispositivo electrónico digital, programable en lenguaje no
informático, diseñado para controlar en tiempo real y en ambientes industriales
procesos lógico-secuenciales.
• Funcionamiento: El autómata actúa sobre las señales de salida en función del
programa de control y a partir de los valores de las señales de entrada.
• Campos de aplicación: Fundamentalmente en procesos con necesidades como
– Espacio reducido.
– Procesos de producción periódicamente cambiantes.
– Procesos secuenciales.
– Instalaciones de procesos complejos y amplios.
– Maniobra de máquinas.
– Maniobra de instalaciones.
– Señalización y control.
Autómata Programable Industrial - API (I)
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Grao en Enxeñería Mecánica Fundamentos de Automática - Introducción a la Automatización Industrial
• Ventajas:
– Flexibilidad: Cambio de programa.
– Funciones complejas: Balances, estadísticas, regulación.
– Abaratamiento coste: Módulos a medida.
– Control descentralizado: Comunicación vía red.
– Lenguajes programación sencillos.
– Robustos frente a condiciones ambientales adversas.
– Adaptación y protección de entradas/salidas.
– Disminución del tiempo para la puesta en funcionamiento.
– Aumento de la fiabilidad: Detección de averías.
• Inconvenientes:
– Adiestramiento del personal.
– Coste inicial.
Autómata Programable Industrial - API (II)
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Grao en Enxeñería Mecánica Fundamentos de Automática - Introducción a la Automatización Industrial
• Estructura compacta: Presenta en un único bloque todos sus elementos.
Autómata Programable Industrial - API (III)
• Estructura modular: Módulos independientes para funciones específicas.
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Grao en Enxeñería Mecánica Fundamentos de Automática - Introducción a la Automatización Industrial
APIs: Diagrama de bloques
CPU
Memoria
Programas
Buses de datos, direcciones y control
Memoria
Variables
Memoria
Imagen E/S
Controlador
Periféricos
Interface E/S
Sensores Actuadores
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Grao en Enxeñería Mecánica Fundamentos de Automática - Introducción a la Automatización Industrial
• Unidad Central (CPU):
– Basada en microprocesador ( P) o en red de puertas lógicas.
– Ejecuta el programa de usuario.
– Transfiere información en el sistema de entradas/salidas.
– Establece comunicación con periféricos externos.
– Supervisa el estado de la ejecución del programa y de todos los elementos.
– División en parte de control y parte operativa:
• Parte de control: Extrae de la memoria de programa las instrucciones, las
interpreta y las ejecuta → registros Contador de Programa (CP) y Registro de
Instrucciones (RI).
• Parte operativa: Realización de operaciones lógicas y aritméticas → Unidad
Aritmético-Lógica (UAL), Registro/s Acumulador/es (RA) de 1 bit/16 bits/32
bits e indicadores de resultado de operación (Flags).
APIs: Elementos (I)
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Grao en Enxeñería Mecánica Fundamentos de Automática - Introducción a la Automatización Industrial
• Memoria:
– Fabricada con semiconductores: Almacena datos binarios que pueden ser
leídos posición a posición (bit a bit) o en bloques de 8/16/32 posiciones.
– Combinación de distintos tipos:
• RAM: Lectura/escritura, volátil.
• ROM: Sólo lectura, no reprogramable, no volátil.
• EPROM, EEPROM: Sólo lectura, reprogramable, no volátil.
– Organización en áreas definidas:
• Memoria de programa del sistema: ROM/EPROM, almacena la configuración y
programas ejecutivos del autómata (sistema operativo).
• Memoria de usuario: RAM, almacena el programa del usuario.
• Memoria de variables: RAM, almacena datos numéricos y variables internas,
como contadores, temporizadores, marcas, étc.
• Memoria de imagen de E/S: RAM, almacena el valor de los estados de las
entradas y salidas.
• Memoria externa: EPROM, almacena programa externo.
APIs: Elementos (II)
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Grao en Enxeñería Mecánica Fundamentos de Automática - Introducción a la Automatización Industrial
• Interfaces de E/S:
– Filtran, adaptan y codifican las señales procedentes de los elementos de
entrada, de forma comprensible para la CPU.
– Decodifican y amplifican las señales generadas durante la ejecución del
programa, antes de enviarlas a los elementos de salida.
– Clasificación:
• Tipo de señal: Digital/Analógica.
• Tensión de alimentación: Continua/Alterna/Por relé.
• Comunicación con CPU: Serie/Paralelo.
• Aislamiento: Separación galvánica/Acoplamiento directo.
• Ubicación: Locales/Remotas.
APIs: Elementos (III)
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Grao en Enxeñería Mecánica Fundamentos de Automática - Introducción a la Automatización Industrial
• Controlador de periféricos: Función similar a los interfaces de E/S para
– Impresora.
– Monitor.
– Teclado.
– Conexión a red.
– Módulos especiales: Contaje rápido, gráficos dinámicos, alarmas, …
• Fuente de alimentación:
– Adapta la tensión de la red eléctrica a la de funcionamiento de los circuitos
internos del autómata.
– División en 2 fuentes independientes:
• Alimentación del autómata: CPU, memorias e interfaces.
• Alimentación de los circuitos de entrada y salida.
– Inclusión batería tampón para el mantenimiento de tensión en memoria
RAM.
APIs: Elementos (IV)
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Grao en Enxeñería Mecánica Fundamentos de Automática - Introducción a la Automatización Industrial
• Proceso secuencial y cíclico mediante el cual el autómata genera las salidas, en
función de las entradas y del programa de control, para conseguir el control
actualizado del proceso.
• División en 3 fases:
– Lectura de señales desde la interfaz de entradas.
– Escritura de señales en la interfaz de salidas.
– Procesado del programa para obtención de las señales de control.
• Orden de las fases variable: Una vez comenzado el ciclo es indiferente.
• Ciclo de inicialización previo:
– Comprobaciones: Unidades de entrada/salida, nivel de batería (si existe),
conexión de las memorias internas, módulo de memoria exterior (si existe).
– Inicializaciones: Borrado de las memorias imagen de E/S, borrado de
variables, contadores y temporizadores (excepto los protegidos por batería).
– Tiempo de ejecución ≤ 1 seg.
APIs: Ciclo de funcionamiento
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Grao en Enxeñería Mecánica Fundamentos de Automática - Introducción a la Automatización Industrial
• Definición: Tiempo total empleado en realizar un ciclo de operación.
• Dependencia: Nº de entradas/salidas, longitud del programa de usuario, número
y tipo de periféricos.
• Duración: Autómata de gama media con un programa de 1000 instrucciones ≈
20 mseg.
APIs: Tiempo de ciclo
• “Perro guardián” (Watchdog): Comprobación de que no se supera un tiempo
máximo (establecido por el fabricante). En caso contrario se suspende la
ejecución del programa.
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Grao en Enxeñería Mecánica Fundamentos de Automática - Introducción a la Automatización Industrial
• Definición: Cada uno de los estados de funcionamiento en que puede
mantenerse el autómata.
– RUN: El autómata ejecuta el programa de usuario en condiciones normales.
– STOP: La ejecución del programa se detiene por orden del usuario
• Las salidas se desactivan.
• Las variables internas (marcas, contadores, temporizadores) mantienen su valor
en la memoria.
• En el paso a RUN todas las posiciones internas, excepto las protegidas, pasan a
estado OFF.
• En este modo se introduce o modifica el programa de usuario.
– ERROR: Se detiene la ejecución del programa debido a un error y queda
bloqueado hasta que se corrija.
• Las salidas se desactivan.
• Corregido el error el autómata sale de este modo bien por puesta en tensión o
bien por comando desde la unidad de programación.
APIs: Modos de operación