automatas

1. Sistemas lógicos y secuenciales Prof. Cesar de Prada Dpt. Ingeniería de Sistemas y Automática Facultad de Ciencias Universidad de Valladolid

2. Indice • Sistemas de eventos discretos • Lógica combinacional • Sistemas secuenciales • Autómatas programables – Arquitectura y Funciones – Programación • Control de procesos batch

3. Sistemas de eventos discretos • Muchos procesos no son continuos • Sus variables solo admiten un número finito de valores • Los valores de las variables no cambian de forma continua en el tiempo, sino en instantes determinados. • Problemas de control lógicos y secuenciales

4. Estados discretos Motor: Depósito: Válvula: En marcha o parado Con líquido o vacio Abierta o cerrada

5. Instrumentación Detector de nivel mínimo: cuando el nivel desciende del valor mínimo se activa / o desactiva la señal del sensor Circuito cerrado Circuito abierto

6. Instrumentación Termostato: Cuando la temperatura supera un límite se activa/desactiva el sensor TS Proceso PS 1 5V Presostato 0 Temp

7. Instrumentación Emisor Detector de presencia Receptor Final de carrera

8. Instrumentación ~ Arrancador de Motor Válvula On/off Electroválvula Válvula de solenoide Válvula neumática 8

9. Sistemas combinacionales • Asociados a alarmas o lógicas de operación • Las respuestas dependen solo de las entradas a través de las funciones lógicas Y, O, NO • SI ( condiciones lógicas ) ENTONCES ( acciones)

10. Lógica combinacional AND 1 0 OR 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 NOT 1 0 A.B AND 0 1 A+B OR A NOT + = Leyes de Morgan ( A B = ) B . A + B . A A B

11. Puertas lógicas A A B A A.B & ≠ 1 A B Nomenclatura DIN A+B ≥ 1 Las expresiones lógicas pueden asimilarse a circuitos eléctricos en que las condiciones cierto o falso corresponden a presencia o ausencia de señal y la conclusión se expresa en términos de la señal de salida

12. Circuitos lógicos C & D A.B + C.D A B ≥ 1 & A A ≠ 1 (C+B).A C & ≥ 1 B

13. Diagramas de contactos - + Si el interrurptor está cerrado circula corriente y se activa la bombilla Corriente Las expresiones lógicas pueden asimilarse a circuitos eléctricos en que las condiciones cierto o falso corresponden a contactos cerrados o abiertos y la conclusión se expresa en términos de circula corriente o no

14. Diagramas de contactos Contactor Contacto normalmente abierto Contacto normalmente cerrado + - Normalmente está abierto pero si se cumple una condición lógica se cierra y se activa la conclusión Normalmente está cerrado y se activa la conclusión, pero si se cumple una condición lógica se abre y se desactiva la conclusión

15. Lógica combinacional con contactos La lampara se enciende si A y B están cerrados A A.B B A La lampara se enciende si A ó B están cerrados B A+B

16. Diagramas de contactos - + A C D B Elemento a activar Función lógica: (A+B).C.D

17. Diagramas de contactos bobina de relé + S1 S2 X1 Normalmente, la corriente que circula por un circuito lógico es muy pequeña como para activar la mayoría de los dispositivos (Bombillas, motores, sirenas, etc.) Por eso se utilizan relés como elementos de activación.

18. Relés Dispositivo que permite implementar acciones lógicas y actuar sobre elementos físicos ~ Carga Mechanico De estado sólido bobina SI (S1= cerrado y S2= cerrado) S1 ENTONCES carga activada S2

19. Diagrama de contactos bobina de relé + - S1 S2 S1 ó S2 no tienen por que ser contactos, sino cualquier otro elemento: temporizadores, contadores, pulsadores, etc. que de una señal lógica 0 - 1 X1 Pulsador normalmente abierto Pulsador normalmente cerrado

20. X2 S2 + - Ejemplo P1 S1 X1 ~ M Relé inverso La botella debe detenerse al final de la cinta y recibir la dosis de producto + - S1 P1 X1 S1 S2 X2

21. Ejemplo: sistema de seguridad X1 TS TT TC Reactante u T Reactor Vapor LS Producto TS X1 - + Se cierra el vapor si la temperatura o el nivel están fuera de límites LS

22. Procesos Secuenciales A M B Sucesión de etapas de operación con acciones específicas y condiciones de transición entre ellas 1 Espera 2 Carga 3 Operación 4 Descarga Descarga

23. Grafos de transición de estados Espera 1 M Arranque A B Tanque vacio Carga 2 Descarga Tanque lleno 4 Operación terminada 3 Operación Estados Transiciones

24. Grafos de transición de estados Las transiciones se formulan como funciones lógicas de las entradas. Una transición se activa cuando se está en el estado y la función lógica asociada tiene un valor cierto. Cada estado lleva asociadas una serie de acciones específicas

25. Procesos síncronos y asíncronos • Síncronos: Los cambios de estado ocurren solo en instantes determinados establecidos por los pulsos de sincronización de un circuito reloj • Asíncronos: Los estados cambian en función del valor de las entradas, sin requerir tiempos específicos

26. IEC SFC • SFC Sequential Function Chart • Lenguaje gráfico para describir secuencias • Antecedentes: Redes de Petri • Muy similar a Grafcet • Puede usarse a distintos niveles • Estados, transiciones y acciones

27. SFC Cuando la condición lógica asociada a una transición es cierta (y el proceso se encuentra en el estado anterior) se desactiva la etapa anterior y se activa la siguiente, ejecutándose las acciones asociadas a esta. La condición lógica puede expresarse en varios lenguajes IEC Llenado Transición Oper1 Variables asociadas a una etapa: etapa.X = 1 si el proceso está en esa etapa, 0 si no está etapa.T = tiempo transcurrido desde que se activa

28. SFC / Grafcet Comienzo Transición Start Condición lógica asociada a una transición Acciones de una etapa Llenado Caminos divergentes y convergentes (solo uno está activo simultáneamente) Oper2 Oper1 Descarga Stop

29. Secuencias simultaneas Start Divergencia simultanea: se activan Oper1 y Oper2 en paralelo Llenado Oper2 Oper1 Convergencia simultanea: cuando Oper3 y Oper4 están activas y se cumple la transición se pasa a Descarga Oper4 Oper3 Descarga

30. Acciones Acción: Nombre único que describe la acción, bien en el SFC, o mediante alguno de los lenguajes IEC Cualificador: indica cuando se ejecuta la acción Variable indicadora opcional Abrir válvula valveA N Etapa ValveA := ON

31. Acciones / Cualificadores Abrir válvula valveA N N Se ejecuta cuando la etapa está activa S Se comienza a ejecutar cuando la etapa está activa y continua hasta un reset R reset de una acción anterior D x Comienza a ejecutarse x sg después de que la etapa esté activa y mientras esté activa L Se ejecuta solo una vez al activarse la etapa

32. A B Ejemplo M C E1 D Arranque = 1 N Válvulas A y B abiertas Tanque vacio =1 E2 Tanque lleno = 1 N Válvula C abierta, Motor M arrancado E3 Temperatura alta = 1 & han trancurrido 20 min N Válvula D abierta E4

33. Autómatas programables Dispositivos programables orientados a implementar funciones lógicas y secuenciales conectados a un proceso Final de los 60 Modicon Autómatas de alta gama con mas funciones •CPU •Comunicaciones •Tarjetas I/O •Alimentación http://www.plcs.net/contents.shtml 33

34. TSX Nano I/O signals Power supply RS232 link Display

35. Arquitectura A RAM ROM bus I CPU O A: Alimentación y Bateria Distintos tipos de tarjetas de entrada/salida

36. Tarjetas de E/S • Las tarjetas de entrada tienen relés de entrada, transistores, etc. (contactos) conectados a dispositivos externos: sensores, switches, etc. y reciben las señales de campo convirtiéndolas en 0/1 en la memoria del PLC según su valor. • Las tarjetas de salida tienen relés de salida, triacs, transistores, etc. (bobinas) conectados a dispositivos externos: solenoides, luces, sirenas, etc. a os que envían señales on/off dependiendo de los valores 0/1 de la memoria del PLC. • El software del PLC contiene relés, contadores, etc. virtuales que se utilizan para implementar las funciones lógicas y secuenciales.

37. PLC networks / buses ASI BITBUS MODBUS UNITELWAY OPC ….. Entre PLCs Con la instrumentación

38. Ciclo de trabajo Memoria de programa Memoria Imagen de las entradas Memoria Imagen de las salidas CPU Memoria de datos Tarjetas de entrada Tarjetas de salida Sensores del Proceso Actuadores del Proceso

39. Programación PC ó consola Programación mediante software de configuración Transferencia al PLC mediante conexión RS-232 o red Distintas formas de ejecución del programa: cíclica, a una hora, por evento, etc Posibilidad de supervisión/ depuración desde el PC

40. PC + autómata

41. Lenguajes IEC 61131-3 • Grafcet (SFC) (estructura la organización interna de un programa). Cuatro lenguajes de programación: • Texto estructurado (ST) ~ Pascal • Diagramas de bloques funcionales (FB) • Diagramas de escalera (LD) • Lista de instrucciones (IL) http://www.plcopen.org/

42. Diagramas de escalera (Ladder Diagrams) • Programación gráfica • Usados por la semejanza con los diagramas de contactos • Los escalones se ejecutan secuencialmente de abajo arriba y de izquierda a derecha S1 P1 Escalera X1 Escalones X1 X2

43. Automantenimiento Arranque y parada de un motor con dos pulsadores A P X X Latching instructions También: SET RES

44. Diagramas de contactos • En procesos secuenciales: – Escalones para activar las etapas – Escalones para activar las transiciones entre etapas – Escalones para implementar las acciones asociadas a cada etapa

45. Ejemplo: etapas Inicialización Etapas A T1 E2 E1 B E1 M T2 E3 E2 C E2 TS T3 E4 E3 D E3 E etapa T4 E1 E4 T condicion de salto de etapa . . . Inicialización E4 E4

46. Salto de etapa . . . Condición de salto de etapa Arranque E1 A T2 B M Depósito lleno E2 T3 TS Termostato E3 T4 Depósito vacío E etapa E4 T1 . . . T condicion de salto de etapa

47. Acciones A . . . B M Válvula E2 A C B TS E3 C D M E4 D E etapa A,B,C,D Electroválvulas

48. Temporizadores TonTof Timer on/off delay. La salida se activa n periodos después de que se active la entrada. El temporizador se resetea si la entrada se desactiva antes de n. e TMR n e La salida se activa n periodos después de que se active e. Si e se desactiva antes de n, el temporizador conserva el tiempo acumulado. El temporizador solo resetea si se activa la entrada de reset. TMRA n reset

49. Contadores e La salida se activa cuando la entrada cambia de falso a cierto n veces. El contador se resetea a cero cuando la entrada de reset se activa. CTU n reset up UDC n down reset

50. Salto de etapa . . . Condición de salto de etapa Arranque E1 A T2 B M Depósito lleno E2 T3 TS Termostato E3 TMR 20 T4 Depósito vacío Se requiere permanecer un cierto tiempo en la etapa 3 antes de iniciar la descarga E4 T1 . . .