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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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• Mecánico: Ruedas dentadas, poleas, levas, palancas, correas, …

Tipos de mando (I)

– Complicado.

– Poca flexibilidad.

– Sincronización compleja.

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• 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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• 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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• 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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• 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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• 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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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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• 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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• 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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• 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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• 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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• 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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• 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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• 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

tema_1-_introducciûn_a_la_automatizaciûn_industrial

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