Manual Autómatas Programables 1

7/23/2019 Manual Autmatas Programables 1

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Autmatas

Programables

Introduccin a laautomatizacin

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Autmatas Programables

Introduccin a la automatizacin 1

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ndice

OBJETIVOS .......................................................................................................... 3

INTRODUCCIN .................................................................................................. 4

1.1.

Introduccin a la automatizacin de procesos industriales ................... 5

1.1.1.

Definicin de autmata programable .................................................... 5

1.2.

Objetivos de la automatizacin industrial ................................................ 7

1.3.

Las funciones de la automatizacin .......................................................... 8

1.4.

Niveles de automatizacin ....................................................................... 10

1.5. Tipos de procesos industr iales ............................................................... 12

1.5.1.

Procesos continuos ............................................................................. 121.5.2. Procesos discretos .............................................................................. 13

1.6. Estructura de los sistemas automatizados ............................................ 15

1.7.

Descripcin del funcionamiento de un automatismo ............................ 17

1.8. Campos de empleo de las distin tas tecnologas ................................... 20

RESUMEN .......................................................................................................... 21


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Objetivos

Justificar la automatizacin mediante los objetivos que persigue.

Aclarar las funciones, grados y niveles de automatizacin.

Clasificar los tipos de procesos industriales.

Desglosar los sistemas automatizados en las partes que lo constituyen.

Describir y definir las diferentes tecnologas usadas para la realizacin deautomatismos.


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Formacin Abierta

Introduccin a la automatizacin4

Introduccin

El fin primordial del autmata programable es sin duda la automatizacin de unproceso, cualquiera que sea ste. Ser necesario pues, que contemos con losconocimientos indispensables para abordar el tema.

El tema de autmatas programables es muy extenso y complejo ya que se puedenrealizar aplicaciones del ms alto nivel. Sin embargo, abordaremos los temas con elfin de dar los pasos adecuados para ir entrando en este mundo tan apasionante.

No pretendemos alcanzar un nivel que no logremos entender bien, si no todo locontrario, ir con pasos adecuados para avanzar sin inconvenientes.

Lo que veremos aqu es aplicable a todo tipo de automatismo, desde el mselemental hasta aplicaciones totalmente programadas.


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1.1. Introduccin a la automatizacin deprocesos industriales

No hace falta irse muy lejos para centrar el tema que nos ocupa. Si buscamos enun diccionario los siguientes trminos, encontraremos definiciones como las queaparecen a continuacin:

Automat izac in

Conjunto de procedimientos que tienden a reducir osuprimir la intervencin humana en los procesos de

produccin.

Automt ica

Ciencia que trata de sustituir en un proceso el operadorhumano por dispositivos mecnicos o electrnicos.

Automat izar

Aplicar la automtica a un proceso, a un dispositivo, etc.

Automat ismo

Dispositivo cuyo funcionamiento no requiere laintervencin del hombre.

Est claro pues, que la automatizacin pretende liberar al hombre de la realizacinde procesos mentales o fsicos, en la medida de lo posible. Y decimos liberarporque la automatizacin pretendi desde el principio evitar al hombre trabajosrutinarios y montonos o aquellos en los que se requeran grandes esfuerzosfsicos. En esencia, aquellos procesos que resultaban ms penosos para nosotros.

1.1.1. Definicin de autmata programable

El autmata programable (tambin llamado PLC, siglas en ingls de ProgramableLogic Controler que traducido es Controlador Lgico Programable) es el equipoque en un sistema automtico nos permite elaborar y modificar las funciones quetradicionalmente se han realizado con rels, contactores, temporizadores, etc.

En otras palabras, un autmata programable es un equipo electrnico utilizado paracontrolar automticamente, a travs de secuencias lgicas, mquinas y equipos.Basan su funcionamiento en las tcnicas digitales con microprocesadores,empleando una estructura similar a la de un ordenador domstico.


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Segn IEC 61131 (Comisin Internacional Electrotecnia),un autmata programable (AP) es un sistema electrnicoprogramable diseado para ser utilizado en un entorno

industrial, que utiliza una memoria programable para elalmacenamiento interno de instrucciones orientadas alusuario, para implantar unas soluciones especficas talescomo funciones lgicas, secuencia, temporizacin,recuento y funciones aritmticas con el fin de controlarmediante entradas y salidas, digitales y analgicas,

diversos tipos de mquinas o procesos.

Figura 1.1. Fotografa de un autmata prog ramable de la famili a Siemens.


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1.2. Objetivos de la automatizacinindustrial

Los procesos industriales estn cada vez ms automatizados. Esta tendencia estjustificada por los propios objetivos que persigue la automatizacin. Podemosreunirlos en los siguientes:

Competitividad: exige la bsqueda de costes ms bajos para el producto, pormedio de la reduccin de los gastos de mano de obra, ahorro de material,economizacin de energa, etc.

Seguridad: la supresin de los trabajos peligrosos o pesados por parte delhombre, permite la mejora de las condiciones de trabajo y el ennoblecimiento

del mismo. Calidad: Errar es humano. Al limitar el factor humano en la realizacin del

producto, conseguiremos un mejor acabado para el mismo y una calidadrelativamente constante.

Evitar las limitaciones humanas: realizando operaciones imposibles decontrolar intelectual o manualmente.

Disponibilidad del producto: mejorando la disponibilidad de los productos,pudiendo proveer las cantidades necesarias en el momento preciso.

Flexibilidad de la herramienta: significa, poder modificar de forma sencilla yrpida los medios de los que disponemos para la fabricacin de distintosproductos o para modificar el proceso de elaboracin.


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1.3. Las funciones de la automatizacin

Supongamos un proceso sin automatizar en el que una persona recoge las cajas

que le entrega el puesto anterior cuando le avisan. Segn el tamao de estas cajas,pequeas o grandes, deber pintarlas de un color u otro (rojo para las grandes yverde para las pequeas).

Para realizar este trabajo, la persona debe pasar por tres etapas, a saber:

1. Adquisicin de datos: el operario deber identificar sensorialmente (con elsentido de la vista o el del tacto, por ejemplo), si se trata de una caja grandeo pequea.

2. Tratamiento de los datos: una vez determinado el tamao de la caja, deber

decidir (proceso mental) si la pinta de rojo (caja grande) o si por el contrariodebe ser pintada de verde (caja pequea), en funcin de las instruccionesque le hayan dado.

3. Ejecucin de lo decidido: cuando ya haya decidido lo que debe realizar,pasar a la accin cogiendo la brocha y pintura adecuada (trabajo manual).Al terminar de pintar la caja esperar a que vuelvan a avisarle de la llegadade una nueva caja.

Segn todo esto, la labor de este operario engloba la adquisicin de datos, eltratamiento de los mismos, y la ejecucin de lo decidido.

Pintado de cajaen rojo

Pintado de cajaen verde

Tratamiento de datos(Toma de decisiones)

Adquisicin de datos

Figura 1.2. Toma de decisiones y discriminacin de color.


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Si nos planteramos automatizar totalmente este proceso, deberamos cubrir lasmismas funciones que tena encomendadas el operario. Por lo tanto, las funcionesde la automatizacin son las siguientes:

Adquirir datos con algn tipo de sensor, de forma que sepa discriminar eltipo de caja que tiene en ese momento (caja grande o pequea)

Tratar o procesar los datos adquiridos con algo que tenga algn poder dedecisin, en base a una herramienta programada que contenga los casosposibles del proceso productivo.

Ejecutar lo decidido mediante algn actuador que sea capaz de sustituir eltrabajo manual, de forma que se pinte la caja con el color adecuadodependiendo de la informacin de entrada.


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1.4. Niveles de automatizacin

La automatizacin existente en una empresa o fbrica puede abarcar distintos

niveles. Nosotros los hemos clasificado de la siguiente forma:

Figura 1.3. Niveles de automatizacin.

Nivel 1

Automatizacin de una mquina sencilla o parte de una mquina.

El proceso necesitar de la utilizacin de un equipo de gama baja en el que seprocesarn pocas seales de entrada y de salida. Por ejemplo pequeos autmatasmodulares.

Nivel 2

Automatizacin de un conjunto de mquinas sencillas o de una mquina mscompleja.

El proceso constar de varios equipos de gama baja interconectados entre s o de

un equipo de gama media (que puede gestionar mayor nmero de entradas /salidas). La utilizacin de una configuracin u otra depender principalmente de lasnecesidades del proyecto en s y del coste de inversin.


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Nivel 3

Automatizacin de un proceso de produccin completo.

En este caso estamos tratando ya un problema complejo en el que adems deautomatizar el proceso de fabricacin se requieren datos del estado del mismo(supervisin del sistema). De esta forma utilizaremos equipos de gama media oalta y equipos de intercambio de informacin hombre-mquina.

Nivel 4

Es el nivel de automatizacin llamado de gestin integrada, en el que se pretendeefectuar la unin entre la produccin y la gestin de la empresa.

En este caso se utilizarn equipos de gama media o alta interconectados entre sy equipos de supervisin de donde se obtendrn datos de productividad, almacn,pedidos, facturacin, etc.

Autmatagama alta PC

Autmatagama media

Autmatagama media Supervisin

Generacinde informes

Figura 1.4. Ejemplo de automatizacin de nivel 4.


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1.5. Tipos de procesos industriales

Los procesos industriales pueden ser de dos tipos bsicos, en funcin de su

evolucin con el tiempo. Estos dos tipos bsicos son: los procesos continuosy losprocesosdiscretos.

Los primeros se suelen tratar con disciplinas como la regulacin y losservomecanismos; mientras que los discretos, son los que tradicionalmente hanvenido tratando la automatizacin Industrial clsica.

Sin embargo, dado que cada vez contamos con elementos de control ms potentes,no debemos olvidarnos de los procesos continuos. Actualmente, muchos autmatascuentan con reguladores PID integrados que nos permiten regular de forma muyfina la velocidad de un motor asncrono por ejemplo.

Los controladores PID (Proporcional Integral Derivativo)son los tipos de dispositivos de electrnica de controlcuya tecnologa intenta mantener su salida en un nivel

predeterminado.

Se utiliza en aplicaciones tales como control de presin,flujo, qumica, fuerza, velocidad y otras variables.Adems es utilizado en reguladores de velocidad de

automviles.

Queremos hacer notar adems, que, cualquier proceso industrial podr sercontinuo, discreto o una mezcla de ambos.

1.5.1. Procesos continuos

En los procesos continuos, los valores del proceso se recogen continuamente parapoder compararlos con el valor de referencia o consigna, y variar las salidas delproceso tambin de forma continua.

En un aparato de aire acondicionado, el sistema decontrol recibe continuamente el valor de la temperaturade la habitacin para compararlo con el valor quenosotros deseamos, y obrar en consecuencia.


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Caractersticas de los sistemas continuos

Todos los valores del proceso son funcin de un tiempo continuo t. El valor deproceso no ser igual ahora, que dentro de cinco minutos, an sin haber tocado

nada, o sin haber introducido ningn tipo de consigna.Las variables empleadas en el proceso y el sistema de control son de tipoanalgico, por ejemplo presiones de temperaturas, volumen, etc. La temperatura deun proceso pueden tomar infinitos valores (22, 22.1, 22...).

Sistema de control de temperatura

Temperatura dereferencia deseada

Temperatura controlada

Figura 1.5. Esquema de sis tema de control de temperatura.

1.5.2. Procesos discretos

En los procesos discretos, la recogida de valores del proceso slo se efecta en

instantes muy puntuales.

En el circuito de marcha - paro, el sistema de control tan solo se interesa por losvalores del proceso cuando cambian las consignas del operario, es decir, cuandopulsamos el botn de marcha o el de paro.


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Caractersticas de los procesos discretos

Los valores de proceso son conocidos por el sistema de control slo en instantesdiscretos (determinados) de tiempo.

Las variables empleadas en el proceso y el sistema de control son de tipo todo -nada (activado o desactivado, conectado o desconectado, 1 0...)

Figura 1.6. Ejemplo de proceso discreto (marcha paro de un motor).

Cuando encadenamos varios procesos discretos uno detrs de otro, de forma quela ejecucin del siguiente depende de si ha concluido ya el anterior, hablamos deprocesos por lotes (o en ingles batch).


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1.6. Estructura de los sistemasautomatizados

Podemos desglosar los sistemas automatizados en dos partes bien diferenciadas,la Parte Operativa (P.O.), y la Parte de Mando (P.M.).

Parte operativa Parte de mando

Parte operativa Parte de mando

Mquina A

Mquina B

Operario

Actuadores

Sensores

Actuadores

Sensores

Figura 1.7. Figura 1.6. Estructura de los sistemas automati zados.

Parte Operativa

Engloba la parte del sistema que opera sobre la mquina y el producto. En generalcomprende lo siguiente:

tiles y medios diversos que se aplican en el proceso de fabricacin como puedenser moldes, tiles de estampar, herramientas de corte, bombas, prensas, etc.

Accionadores destinados a mover el proceso automatizado, como un motorelctrico para accionar una bomba, un cilindro hidrulico para cerrar un molde, etc.

Parte de Mando

Como su propio nombre indica, es la que manda o enva las rdenes hacia la ParteOperativa y recibe las seales de retorno para coordinar sus acciones (si se trata deun control en lazo cerrado).


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La Parte de Mando puede recibir o enviar informacin (comunicarse) con tresposibles interlocutores:

1. Con la Parte Operativa de la mquina o proceso que controla:

Recibe informacin de la mquina o proceso mediante los captadores osensores (finales de carrera, detectores de nivel, de proximidad, etc.)

Enva informacin a los accionadores (motores, cilindros, etc.) por medio delos preaccionadores (contactores, electrovlvulas, etc.).

2. Con la persona que est al cargo de la mquina o proceso:

Recibe informacin del operario en forma de consignas o instrucciones parala ejecucin del proceso de una forma u otra, para el ajuste del proceso omquina, para su reparacin, etc.

Enva informacin al operario de la situacin o estado del proceso medianteindicadores luminosos, sonoros, de panel, etc.

3. Con la Parte de Mando de otras mquinas o procesos:

Cuando varias mquinas cooperan en una misma produccin, lacoordinacin entre todas ellas debe realizarse mediante la comunicacinentre las Partes de Mando de las mismas.


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1.7. Descripcin del funcionamiento deun automatismo

Cuando nos enfrentamos a la automatizacin de un proceso, debemos conseguirrealizar una descripcin de la estructura del mismo de la forma ms clara posible. Silo conseguimos, la realizacin, explotacin, mantenimiento o reparacin del mismo,siempre ser mucho ms sencilla.

Cuando el cliente nos pide la automatizacin de un proceso es muy probable que lohaga mediante un lenguaje corriente:

Quiero que cuando la pieza que va sobre la cinta transportadora llegue a

Despus de prestar atencin a todas sus indicaciones y ponerlas en comn con elcliente, ser trabajo nuestro el desarrollar todo lo pedido hasta el ms bajo nivel,teniendo en cuenta cmo y cundo deben trabajar los actuadores y captadores paraplasmarlo sobre papel de una forma clara.

Si hablamos de automatismos sencillos, la descripcin literal del funcionamientoquiz pudiera bastar, junto con algn esquema o diagrama, pero cuando losprocesos comienzan a ser ms complejos, tenemos que buscar mtodos grficosque nos permitan trabajar ms fcilmente.

Los mtodos de los que disponemos para desarrollar estas especificaciones son los

diagramas de contactos, representacin mediante funciones lgicas, losorganigramas o flujogramas, cronogramas o diagramas de tiempo, el Grafcet, etc.

Ejemplos de diagramas de contactos y funciones lgicas


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Ejemplo de organigrama

Inicio

Funciona?

Lo has tocado?

Lo sabealguien?

Tralo

Ocltalo

No lotoques!

Puedesculpar a

otro?

Justificable conpalabrejostcnicos

incomprensibles

Te traerproblemas?

Ningn problema

Fin

NONO

NO

NO

S

S

S

S

NO

Ejemplo de cronograma


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Ejemplo de Grafcet. Desarrollo de etapas o acciones de un procesoproductivo

PULSADOR PARO Y NO FALLO

E 1

E 0

E 3

E 2

5sg T 2 Y NO FALLO

PULSADOR MARCHA Y NO FALLO

5sg T 1 Y NO FALLO

Sistema OK

ARRANCAR

MOTOR A

NO HAY FALLO

ARRANCAR

TEMPORIZACIN

T 1 5sg

ARRANCAR

TEMPORIZACIN

T 2 5sg

ARRANCAR

MOTOR B

ARRANCAR

MOTOR C

5sg T 3 Y NO FALLO

E 4

ARRANCAR

TEMPORIZACIN

T 3 5sg

E 5

5sg T 4 Y NO FALLO

ARRANCAR

TEMPORIZACIN

T 4 5sg

PARAR

MOTOR A

E 6

5sg T 5 Y NO FALLO

ARRANCAR

TEMPORIZACIN

T 5 5sg

ARRANCAR

MOTOR B

E 7

MOTOR PARADO Y NO FALLO

PARAR

MOTOR C

E 8

NO FALLO

FALLO

FALLO

FALLO

FALLO

FALLO

FALLO

FALLO

FALLO

GRAFCET NIVEL 1GRAFCET NIVEL 1

Sistema Ok

Grafcet Nivel 1

Arrancarmotor A

Arrancar temporizacinT1 5sg

Arrancar

motor B

Arrancar temporizacin

T2 5sg

Arrancar motor C


Pararmotor A


Pararmotor B


Parar motor C

E0

E1

E2

E3

E4

E5

E6

E7

E8PararMotor

A

PararMotor

B

PararMotor

C

Parartemporizacin

T1,T2,T3,T4,T5


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1.8. Campos de empleo de las distintastecnologas

Tecnologas cableadas

Los rels electromagnticos siguen siendo muy utilizados en aquellosautomatismos muy sencillos, ya que pueden trabajar directamente con tensiones dela red, y el coste de material e instalacin en estos casos no justifica el uso de otrosmtodos.

El mando neumtico, es sumamente atractivo en las mquinas de produccinequipadas con cilindros neumticos.

Placas electrn icasEl uso de estas tarjetas queda relegado a los automatismos que pueden realizarseen serie, por el gran volumen de produccin. Como ya comentamos, estndiseadas para dar solucin a un problema muy concreto.

Ordenadores industriales

Si bien la adquisicin de datos, control y monitorizacin de procesos medianteordenador est dando grandes avances, el empleo de los mismos, se encuentrareducido, en la actualidad, a las aplicaciones cercanas a la gestin que requieren

grandes volmenes de programas o de datos.Cada vez es ms frecuente encontrar al ordenador como maestro en un nivelsuperior al de los autmatas programables.

Autmatas programables

Se requiere su uso tan pronto como el automatismo se vuelve excesivamentecomplejo, o exige una gran flexibilidad y capacidad de evolucin, circunstanciascada vez ms frecuentes.


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Resumen

La automatizacin tiende a reducir la intervencin humana en los procesos deproduccin.

Los objetivos que persigue la automatizacin son: ser ms competitivos, laseguridad, la calidad, evitar limitaciones humanas, la disponibilidad delproducto y la flexibilidad.

Las funciones de la automatizacin son: la adquisicin de datos, el tratamientode los mismos y la ejecucin de decisiones.

Los procesos industriales pueden ser continuos, discretos o una mezcla deambos.

Un sistema automatizado consta de parte operativa (P.O.) y parte de mando(P.M.).

Los elementos de un sistema automatizado son: accionadores ypreaccionadores, captadores o sensores, elementos de procesamiento,elementos de dilogo hombre-mquina, elementos de comunicacin entre

mquinas.

Para describir y documentar un automatismo usaremos diagramas decontactos, de funciones lgicas, organigramas, cronogramas, el Grafcet.

Dependiendo de las necesidades del proceso a desarrollar, emplearemostecnologas cableadas, placas electrnicas, ordenadores industriales oautmatas programables.

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