Sistemas de Automatización Industrial

1. Sistemas de Automatización Industrial M.C. Fco. Javier de la Garza S. Cuerpo Académico Sistemas Integrados de Manufactura Gama.fime.uanl.mx/~jdelagar Fime_tareas@yahoo.com

2. Presentación del curso • Filosofía de los sistemas de control y su arquitectura • Diseño de sistemas de automatización industrial • Métodos de programación • Interfase con el operador • Intercambio de información con otros sistemas • Selección de equipo y programas

3. Automatización • Realizar una actividad o proceso sin la necesidad de una supervisión directa

4. Dinámica • Formar equipos y apuntar las ventajas de automatizar un proceso • Discutir las ventajas planteadas • Ahora hacer una lista con las desventajas • Enlistar lo que podría hacer que no funcione la automatización realizada

5. Objetivo de la Automatización • Reducir la variabilidad de un proceso. • Mejorar la productividad. • Mejorar la calidad. • Reducir los desperdicios. • Evitar riesgos a operadores. • Mejorar la seguridad del personal, instalaciones y vecinos.

6. Descripción de un sistema de control • Controlador. Contiene el algoritmo de control, se encarga de manejar la salida de control para obtener el valor deseado. • Entrada. Medición de la variables de proceso que se quiere controlar, ésta señal proviene del sensor instalado. • Salida. Señal que actúa sobre el elemento final de control. • Set Point. Valor en que se desea mantener a la variable de proceso.

7. Modos de Control • La salida de control solo puede estar encendida o apagada: • ON-OFF • La salida de control puede ser modulada en valores desde 0 a 100% • PID

8. Dinámica • Formar equipos y escribir la filosofía de control del sistema descrito • Definir las entradas y salidas del sistema • ¿Cuáles serían las perturbaciones que podrían afectar la operación del sistema?

9. Controladores • Controles unilazo (una sola variable de control). • Controladores Lógicos Programables (PLC). • Sistemas de Control Distribuido.

10. Controles para un sólo lazo • Sistemas que controlan una sóla variable • Cuentan con pantalla para observar los parámetros de operación • Algunos cuentan con pantalla gráfica • Cuentan con salidas de alarmas

11. Controladores Lógicos Programables • Aplicables a diversos procesos • Reprogramables • Manejo eficiente de señales On/Off • Aplicaciones pequeñas hasta grandes • Modulares

12. Sistemas de Control Distribuido • Utilizados principalmente en procesos contínuos • Altamente confiables • Manejo eficiente de señales analógicas • Costosos, para aplicaciones grandes a muy grandes • Modulares

13. Estrategia de Control • Lazo abierto • El parámetro que se controla no se mide por el sistema de control. • Lazo cerrado • El parámetro que se controla se mide y retroalimenta al sistema de control.

14. Estrategia de Automatización • ¿Qué parámetro (variable de proceso) se quiere controlar? • ¿Se puede medir directa o indirectamente la variable de proceso? • ¿Cómo se puede controlar la variable de proceso? • Dosificar • Agitar • Calentar • Enfriar • Posicionar

15. Estrategia de Automatización • ¿Se quiere controlar dentro de un rango o en un valor específico? • ¿Se requiere observar el valor delavariable de proceso? • ¿Qué tipo de sensor es adecuado para la aplicación específica?, ¿Se encuentra dentro de nuestro presupuesto? • ¿Qué tipo de actuador es adecuado para la aplicación específica?, ¿Se encuentra dentro de nuestro presupuesto?

16. Estrategia de Automatización • ¿Se instalará como un control local o cómo parte de un sistema de control de planta?

17. Dinámica • Cuál sería el mejor método para solucionar el sistema que esta planteando su equipo y porqué

18. Corriente • La corriente fluye por un cable para llevar la electricidad • Se representa por una “I” • La unidad de medida es el Amper (A ó Amp) • En electrónica se utilizan normalmente miliamperes (mA). • 1 A = 1000 mA • 0.1 A = 100 mA

19. Voltaje • El voltaje es el nivel de potencial en un punto específico • El voltaje se mide en Volts (V) • Si un punto tiene 5V y otro 0V y se conecta un cable entre ellos, entonces la corriente fluirá desde el punto en 5V hacia el punto en 0V • 0V se conoce como Tierra (Ground)

20. Voltaje • El voltaje se transmite de dos formas: • Corriente Directa (CD) • Corriente Alterna (CA) • En la CD el voltaje se mantiene siempre constante • En la CA el voltaje varía en forma senoidal cruzando por cero y la frecuencia de la onda se mide en Hertz (Hz)

21. Tierra • La tierra es GND • Tierra es donde no hay diferencia de potencial con 0V • Todos los dispositivos deben compartir la misma tierra • Aunque se utilizan fuentes de diferentes voltajes todas deben compartir la misma tierra • Cuando se utilizan baterías (CD), el negativo es la tierra

22. Resistencia • Es la cantidad de resistencia que encuentra la electricidad • La unidad de medida es el Ohm (Ω) • Se utiliza la nomenclatura de K (kilo-1,000), M (Mega-1,000,000) 4700 Ω = 4.7 KΩ

23. Circuito Abierto • Cuando un circuito se encuentra abierto no puede fluir a través de él la energía eléctrica y no sucede nada

24. Circuito Cerrado • Un circuito cerrado permite el flujo eléctrico entre los elementos • La corriente circula y el foco se enciende

25. Conexión en Serie • Cuando dos o más elementos se unen sin derivación entre ellos • En el ejemplo hay tres luces en serie conectados a la batería

26. Conexión en Paralelo • Cuando dos o más elementos se unen con la misma polaridad • En el ejemplo hay tres luces en paralelo conectados a la batería

27. Ley de Ohm • La ley de Ohm describe la relación que existe entre corriente, voltaje y resistencia V = I R • Resolviendo para I y R obtenemos: I = V / R R = V / I

28. Ley de Ohm • El voltaje de alimentación es de 12 VCD • La corriente que fluye por el led es de 200mA • Encontrar la resistencia utilizando la fórmula R = V / I R = 12 / 0.2 R = 60 Ω

29. Potencia • La potencia es la cantidad de energía que se utiliza para operar un equipo • La potencia se mide en Watts y se representa por con la letra W ó P P = V I ó P = I2 R • Despejando para V y para I V = P / I I = P / V

30. Potencia • El voltaje de alimentación es de 12 VCD • La corriente que fluye por el led es de 200mA • Encontrar la potencia utilizando la fórmula P = V I P = 12 * 0.2 P = 2.4 W

31. Potencia • El voltaje de alimentación es de 120 VCA • La potencia del foco es de 100 Watts • Encontrar la corriente utilizando la fórmula I = P / V I = 100 / 120 I = 0.83 A

32. Entradas y Salidas • Las entradas son las señales que llegan al PLC provenientes de sensores • Las salidas son señales que salen del PLC y van hacia un actuador

33. Entradas Digitales • Selectores • Botones • Interruptores de límite • Interruptores de proximidad • Contacto auxiliar de motor (estado) • Relevadores • Encoders

34. Entradas Analógicas • Transductores de temperatura • Transductores de presión • Celdas de carga • Transductores de humedad • Transductores de flujo • Potenciómetros • Mediciones de PH, ORP, Conductividad • Corriente, Voltaje

35. Salidas Digitales • Relevadores de control • Solenoides • Arrancadores de motor • Alarmas sonoras • Indicadores

36. Salidas Analógicas • Válvulas de control • Actuadores • Variadores de velocidad

37. 1001110001010111 1110011101010100 MOV A,F4E8h ADD A,B JMP for (i=1; i<10; i++) printf (“hello/n”); Evolución del Software • Lenguaje máquina • Interruptores y botones • Ensamblador • Lenguaje máquina • Programación con nemotécnicos • Lenguajes de alto nivel (Fortran, C…) • Brindan portabilidad • Compiladores e interpretes • Diagramas escalera (LD ó RLL) • Esquemático orientado al control discreto • Sin lógica para estrategia de control • Herramientas CASE con diagramas de flujo • Orientada a la aplicación • Enfasis en productividad no en programación

38. Requerimientos actuales de Software • Reducir el ciclo de desarrollo • Diseño, depuración, implementación, arranque • Reducir el mantenimiento a largo plazo del Software • Simplificar la documentación, cambios sencillos • Mayor Apertura, Flexibilidad y Capacidad • Integrar funciones, características y aplicaciones • Integrar a todo el negocio • Conectividad corporativa desde el piso de producción hasta los sistemas administrativos

39. El estándar IEC 1131 óIEC 61131-3 • Una combinación de métodos de programación • IL Lista de instruccionesInstruction List • ST-Texto estructuradoStructured Text • FBD-Bloques de funcionesFunction Blocks • LD Diagramas escaleraLadder Diagram • SFC-Diagramas secuencialesSequential Function Charts

40. Aplicaciones del estándarIEC 61131-3 • Las principales compañías de software han desarrollado herrramientas amigables para reducir el tiempo de desarrollo y arranque (tiempo al mercado). • Todos los fabricantes de software basado en diagramas escalera estan buscando la manera de mejorar sus herramientas de programación que fueron diseñadas principalmente para control digital. • Aún los fabricantes de software FBD y SFC han sido forzados a modificar sus técnicas de programación para mantenerse competitivos en el mercado. • Los diagramas de flujo son utilizados por muchos fabricantes de software como la herramienta de configuración más sencilla de utilizar.

41. Los elementos de un PLC Circuito de entrada Relevadores de entrada Relevadores de salida Contadores CPU Memoria Relevadores internos Área para datos Timers Circuito de salida

42. Los Elementos • Relevadores de entrada(Entradas)Están conectados físicamente a los dispositivos del sistema. Reciben su señal de interruptores, selectores o relevadores.El tipo de señal que se recibe se conoce como digital, es decir, solo pueden manejar dos estado hay o no señal (ON-OFF).El rango de voltaje que manejan depende del modelo seleccionado.

43. Los Elementos • Relevadores internosEstos no se encuentran conectados físicamente ni reciben señales. Son relevadores simulados dentro del PLC que ayudan a construir la lógica de control y permiten trabajar sin la necesidad de relevadores externos. El tipo de señal que se manejan se conoce como digital, es decir, hay o no señal (ON-OFF). Se siguen conociendo en algunos casos como señales ON-OFF solo por los dos estados que pueden tener.

44. Los Elementos • ContadoresEstos tampoco existen físicamente. Son contadores simulados que pueden ser programados para contar pulsos. Normalmente estos contadores tienen capacidad de contar hacia arriba, abajo y en ambas direcciones.

45. Los Elementos • TimersNo existen físicamente. La forma de trabajo y resolución puede variar entre fabricantes. Se utilizan para retardar el encendido o apagado de una señal, ya sea física o interna. El tipo más común es retardo encendido (on delay). Los incrementos pueden variar de 1mseg a 1seg.

46. Los elementos • Relevadores de salida (Bobinas o Salidas)Están conectados físicamente al sistema. Envían señales de encendido/apagado (On-Off) a solenoides, luces, etc.El tipo de salida varia de acuerdo a la construcción física y la capacidad de manejo de voltaje y corriente. Pueden ser transistores, relevadores o triacs dependiendo del modelo seleccionado.

47. Los Elementos • Área para datosEsta es un lugar especial de la memoria dentro del PLC organizado por registros asignados a almacenar información. Se utilizan como almacenamiento temporal para operaciones matemáticas y manipulación de datos. También pueden almacenar información importante de la operación cuando se desconecta el PLC.

48. Operación de un PLC Fase 1: Lectura de señales Fase 2: Ejecución del programa Fase 3: Escritura de señales Fase 4: Memory Word Zero

49. Operación del PLC • Lectura de señalesEl PLC lee cada entrada para determinar si se encuentra apagada o encendida. • Ejecución del programaEl PLC ejecuta nuestro programa una instrucción a al vez. Una vez que ya conoce el estado de las entradas se pueden tomar decisiones en la lógica del programa y almacenar el resultado para su posterior uso.

50. Operación del PLC • Ejecución del programaEl PLC ejecuta el programa una instrucción a al vez. Una vez que ya conoce el estado de las entradas se pueden tomar decisiones en la lógica del programa y almacenar el resultado para su posterior uso.