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INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGADE ADMINISTRACION INDUSTRIAL
I.U.T.A.AMPLIACION PUERTO PIRITU
DISEO DE UN MANUAL DE OPERACIONES INHERENTES ALTABLERO DE PRUEBA DE CONTROLES DISCRETOS Y
AUTOMATIZACIN INDUSTRIAL UBICADO EN ELLABORATORIO DE TECNOLOGA INSTRUMENTISTA DEL
I.U.T.A. AMPLIACIN PUERTO PIRITU
TUTOR ACAD MICO AUTORES:ING. BRAULIO GONZ LEZ GUERRA FERNANDO
C. I. N 23.346.193LPEZ JOS LUISC. I. N 20.300.723
Puerto Pritu, Julio de 2013
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INTRODUCCIN
Es de gran importancia de los sistemas automatizados y el control de losprocesos industriales, en un mundo que depende en su totalidad de los
avances tecnolgicos para ser aplicados en ciertos procesos productivos. En
los actuales momentos, la tendencia en el campo de automatizacin y el
control de procesos estn orientados a la mejora de las operaciones
ejecutadas por diversas empresas de manufactura, de produccin por lotes,
de produccin continua, entre otras.
Especficamente, las empresas petroleras que se caracterizan por unaproduccin con procesos continuos, necesita el monitoreo y control
permanente en la mayora de sus operaciones, de tal manera de obtener
beneficios optimizando dicha produccin y evitando la ocurrencia de
incidentes y accidentes dentro de las instalaciones que pueden causar daos
materiales y humanos.La automatizacin es un sistema donde se trasfieren tareas de
produccin, realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto
de elementos tecnolgicos. Segn la importancia de la automatizacin, se
distinguen los siguientes grados: Aplicaciones en pequea escala, como mejorar el funcionamiento de una
mquina. Posibilidad de que un hombre trabaje con ms de una mquina.
Coordinar o controlar una serie de operaciones y una serie de
magnitudes simultneamente.
Realizar procesos totalmente continuos por medio de secuencias
programadas.
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El proyecto se basar en formalizar un Manual de Operaciones inherentes
al Tablero de Prueba de Controles discretos y automatizacin industrial
realizado por estudiantes del I.U.T.A. Ampliacin Puerto Pritu, e instalado en
el Laboratorio de Tecnologa Instrumentista de esta entidad as como definirla arquitectura de control que cumpla con las necesidades del mismo.
La siguiente investigacin se realizar de una manera documental y de
conocimiento descriptivo el cual se llevar a cabo mediante el siguiente
orden estructural:
CAPITULO I. EL PROBLEMA: En esta etapa se expondrn el
planteamiento del problema, delimitacin, justificacin e importancia y
finalmente los objetivos de la investigacin.
CAPITULO II. MARCO TERICO: En esta segunda etapa de la
investigacin se expondrn los antecedentes de la investigacin, las bases
tericas y legales la definicin de trminos operativos del campo de
instrumentacin y la operalizacin de la variable.
CAPITULO III. MARCO METODOLGICO: En esta etapa de la
investigacin se expondrn el diseo y el tipo de investigacin, as como la
unidad de anlisis, las tcnicas e instrumentos para la recoleccin de datos
y la bibliografa.
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NDICE
INTRODUCCIN ......................................................................................................................... 2
NDICE ....................................................................................................................................... 4
CAPTULO I ................................................................................................................................ 8
EL PROBLEMA ............................................................................................................................ 8
1.1 Planteamiento del Problema. ................................................................................... 9
1.2 Justificacin e Importancia. .................................................................................... 12
1.3 Objetivos de la Investigacin. ................................................................................. 14
1.3.1 Objetivo General. ............................................................................................ 14
1.3.2 Objetivos Especficos. ..................................................................................... 14
CAPTULO II ............................................................................................................................. 15
MARCO TERICO .................................................................................................................... 15
2.1.- ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIN. ..................................................................... 16
2.2.- BASES TERICAS ......................................................................................................... 18
Automatismo: ................................................................................................................. 18
Automatizacin: .............................................................................................................. 18
Elementos de un sistema automtico............................................................................. 18
Acciones .......................................................................................................................... 19
Fuentes de Energa .......................................................................................................... 19
rganos de Mando/Control ............................................................................................ 19
rganos Sensoriales ........................................................................................................ 19
TCNICAS DE CONTROL Y MANDO.................................................................................. 20
Procesos Continuos ......................................................................................................... 20
PROCESOS DISCRETOS O DISCONTINUOS ....................................................................... 20
PROCESOS POR LOTES..................................................................................................... 21
REGULACIN AUTOMTICA............................................................................................ 21
MANDO DE UN SISTEMA DE AUTOMATIZACIN. CONTROL SECUENCIAL ..................... 21
CONTROL EN BUCLE ABIERTO ......................................................................................... 22
CONTROL EN BUCLE CERRADO ....................................................................................... 22
Tipos de Control Secuencial ............................................................................................ 22
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Asncrono ........................................................................................................................ 22
Sncrono .......................................................................................................................... 22
SISTEMAS PARA LA AUTOMATIZACIN .......................................................................... 23
Sistemas de Automatizacin Mecnica .......................................................................... 23
Sistemas de Automatizacin Neumtica ........................................................................ 23
Sistemas de Automatizacin Hidrulica .......................................................................... 23
Automatizacin Elctrica y Electrnica ........................................................................... 23
Control mediante microprocesador................................................................................ 23
AUTOMATAS EN RED ...................................................................................................... 24
Buses de Campo .............................................................................................................. 24
Acciones .......................................................................................................................... 24
Fuentes de Energa .......................................................................................................... 25
rganos de Mando/Control ............................................................................................ 25
rganos Sensoriales ........................................................................................................ 25
AUTMATAS PROGRAMABLES ....................................................................................... 25
SISTEMAS PLC .................................................................................................................. 31
PLC: .................................................................................................................................. 31
Ciclo de control/tratamiento PLC ................................................................................... 32
Tipo de Operaciones: ...................................................................................................... 32
Memoria:......................................................................................................................... 32
Entrada / Salida: .............................................................................................................. 33
Ciclos de funcionamiento:............................................................................................... 33
Fase de sistema ............................................................................................................... 33
Modos de Activacin:...................................................................................................... 33
Directa: ............................................................................................................................ 33
Sncrona: ......................................................................................................................... 33
Gestin de Entrada / Salida............................................................................................. 34
Programacin .................................................................................................................. 34
Comunicaciones lgicas de un PLC ................................................................................. 37
Tcnicas de automatizacin en los PLC ........................................................................... 40
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Lgica cableada ............................................................................................................... 40
Estados OFF y ON ............................................................................................................ 41
Lgica programada .......................................................................................................... 43
Fuente de poder .............................................................................................................. 44
Bastidor de entrada y salida............................................................................................ 45
Bastidor remoto .............................................................................................................. 45
Direccionamiento de casilleros y grupos [6] ................................................................... 46
PLC en comparacin con otros sistemas de control ....................................................... 47
Seales Analgicas y digitales ......................................................................................... 49
Sistemas de control de lazo cerrado ............................................................................... 51
Automatizacin ............................................................................................................... 51
La Parte Operativa .......................................................................................................... 51
La Parte de Mando .......................................................................................................... 52
Tecnologas cableadas .................................................................................................... 53
2.3 BASES LEGALES. ............................................................................................................ 54
CONSTITUCIN DE LA REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA .................................. 54
NORMAS ISA (Instrumentetin Symbols Identificatin) ................................................. 54
COVENIN 2534-1994. ...................................................................................................... 54
NORMAS ISSA .................................................................................................................. 55
NORMAS ISA S5.1; Smbolos e identificacin ................................................................. 55
NORMAS ISA S5.2. Smbolos Lgicos Programales. ........................................................ 55
NORMAS ISA S5.3. Documentacin e identificacin. ...................................................... 56
NORMA ISA S5.184.......................................................................................................... 56
IEC 61131-3 Controladores Lgicos Programables (PLC). .............................................. 56
2.5 Operacionalizacin de la Variable: .......................................................................... 61
CAPITULO III ............................................................................................................................ 62
MARCO METODOLGICO ....................................................................................................... 62
3.1 MARCO METODOLGICO ....................................................................................... 63
3.2.-TIPO DE INVESTIGACIN. ......................................................................................... 63
3.3.- UNIDAD DE ANLISIS. ............................................................................................. 64
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3.4.- POBLACIN Y MUESTRA. ........................................................................................ 64
Muestra ........................................................................................................................... 65
3.5.- TCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIN DE DATOS. ................................... 65
3.6.- PROCEDIMIENTOS PARA LA RECOLECCIN DE DATOS. .......................................... 66
Revisin Documental ...................................................................................................... 66
Observacin Directa ........................................................................................................ 66
Tormenta de Ideas .......................................................................................................... 67
Matriz de Anlisis ............................................................................................................ 67
REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS ............................................................................................... 69
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CAPTULO I
EL PROBLEMA
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1.1 Planteamiento del Problema.
Establecer la informacin en manuales, es significativo, stos son guas
bsicas para realizar cada una de las actividades que se llevan a cabo en launidad de aplicacin. Los manuales son documentos, donde se especifican
todas y cada una de las operaciones que se realizan dentro de una empresa
o entidad, puede dividirse en varios manuales, como son los de Operaciones,
Seguridad, Gua de preapertura, Recursos Humanos, entre otros. Todos son
importantes, pero hay uno sin el cual, las actividades dentro de la unidad no
podran llevarse a cabo; ste es el Manual de Operaciones.
El Manual de Operaciones es primordial, pues en l se detallan las
acciones que cada uno de los usuarios debe cumplir; es complementado con
otros manuales pues se trata de facilitar el entendimiento para maniobrar de
manera excelente a la hora de utilizar los equipos, entre otros menesteres.
De esta manera, los errores son mnimos, se tiene un recuento
pormenorizado de los mismos, y se brindan soluciones aplicables a cada una
de las situaciones que se presenten. Adems, el tener un Manual de
Operaciones, sirve para consultar informacin sobre la historia de la
empresa, la misin, la visin y los valores de la firma.
Se resalta la importancia de los manuales que viene implcita en el
contenido, ya que al ser documentos de consulta para todos los usuarios,
conocen desde el principio, tanto los quehaceres de cada uno, como lo que
no se debe hacer en la unidad.
De esta forma se tiene, que los manuales de procedimientos, pueden
referirse a tareas y trabajos individuales o de grupo, tal es el caso de
ejemplificar como opera en el ejercicio de su desarrollo, en una determinada
actividad, dentro de un departamento, as como tambin se refieren a la
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ejemplificacin de prcticas tcnicas en la operatividad de los equipos, o
bien, se reflejan prcticas generales de un rea determinada de alguna
actividad.
Ahora bien, mejorar el rea de automatizacin de los Laboratorios de un
instituto universitario a nivel industrial, constituye la motivacin para un
trabajo de investigacin. Se configuran y desarrollan prcticas instructivas
con variacin en los niveles de complejidad para la configuracin y el
aprovechamiento mximo de los mdulos construidos.
En los actuales momentos donde se encuentran sistemas totalmentecomputarizados, controlados a distancias por software, las seales elctricas
han sustituido notablemente a todas fuentes de energas conocidas por el
hombre. Tal ha sido la magnitud del avance tecnolgico, que necesariamente
las reas fundamentales en los procesos industriales se han fusionado, con
el fin de desarrollar nuevos procesos, disminuir los tiempos de produccin,
desarrollar mtodos ms autnomos y tener registros de los mismos.
Los elementos nuevos y/o diferentes que entran en juego estn
constituidos bsicamente para la manipulacin y acondicionamiento de las
seales de voltaje y corriente que debern de ser transmitidas a dispositivos
de conversin de energa elctrica a energa neumtica para lograr la
activacin de los actuadores neumticos.
En la presente generacin tecnolgica, prcticamente todas las
maquinarias en la industria dependen de cierto tipo de automatizacin paraasegurar el buen funcionamiento de estos equipos. De acuerdo al pensum de
estudios en el rea de Tecnologa Instrumentista, es necesario realizar
prcticas de laboratorio relacionadas al rea de Controles Discretos,
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particularmente aquellas aplicaciones con avances tecnolgicos inherentes al
rea industrial en relacin a la digitalizacin, nanotecnologa, y electrnica.
Debido a esto, el Instituto Universitario de Tecnologa de AdministracinIndustrial I.U.T.A., ampliacin Puerto Pritu, cuenta desde hace algunos aos
con el Laboratorio de Instrumentista. Lamentablemente debido al
envejecimiento de los equipos, prdida de vida til y falta de mantenimiento o
renovacin, algunos bancos de prueba han dejado de funcionar o trabajan a
muy bajo rendimiento. Aunado a esto permanece la carencia y/o ausencia de
un Manual de Operaciones inherentes al Tablero de Prueba de Controles
Discretos y Automatizacin Industrial. Es por esto que actualmente seplantea la interrogante
Cmo estara diseado el Manual de Operaciones que permita
recoger en un compendio las instrucciones de uso y manipulacin del
Tablero de Controles Discretos y Automatizacin Industrial, de tal
manera que los estudiantes se manejen bajo las premisas y normativas
que all se reflejen?
Encontrar instrucciones de mando y maniobra es una herramienta muy
valiosa para todo aquel que se inicia en el rea industrial, conocer las bases
reglamentarias que tutelan y dominan estas herramientas brinda seguridad y
destreza que de forma emprica y a ciegas slo se consigue daar y
acrecentar la incertidumbre en el sistema.
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1.2 Justificacin e Importancia.
En los actuales momentos donde se encuentran sistemas totalmente
computarizados, controlados a distancias por software, las seales elctricashan substituido notablemente a todas fuentes de energas conocidas por el
hombre. Tal ha sido la magnitud del avance tecnolgico, que necesariamente
las reas fundamentales en los procesos industriales se han fusionado, con
el fin de desarrollar nuevos procesos, disminuir los tiempos de produccin,
desarrollar mtodos ms autnomos y tener registros de los mismos. El
estudio es el desarrollo de la Electroneumtica, desde su origen, hasta los
beneficios que brinda en los actuales momentos. El manejo de seales, laversatilidad que posee con los diversos sistemas de control.
Los elementos nuevos y/o diferentes que entran en juego estn
constituidos bsicamente para la manipulacin y acondicionamiento de las
seales de voltaje y corriente que debern ser transmitidas a dispositivos de
conversin de energa elctrica a energa neumtica para lograr la activacin
de los actuadores neumticos. El conjunto de elementos que se deben
introducir para lograr el accionamiento de los actuadores neumticos son
bsicamente:
Elementos de retencin:
Interruptores mecnicos.
Relevadores
Vlvulas electro neumticas
Al mismo tiempo de emplearse el banco de prueba para prcticas de
laboratorio, se puede utilizar para investigacin profesional o desarrollo de
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Trabajos Especiales de Grado, especficamente en el rea de procesos
industriales.
Prcticamente todas las maquinarias en la industria dependen de ciertotipo de automatizacin para asegurar el buen funcionamiento de estos
equipos y de acuerdo al pensum de estudios en el rea de Tecnologa
Instrumentista, es necesario realizar prcticas de laboratorio relacionadas al
rea de Controles Discretos, particularmente aquellas aplicaciones con
avances tecnolgicos inherentes al rea industrial en relacin a la
digitalizacin, nanotecnologa, y electrnica.
Es por ello que estudiantes de la carrera crearon un Tablero de Prueba
cuya flexibilidad ha permitido implementar prcticas en el Laboratorio de
Tecnologa Instrumentista inherentes a controles discretos y automatizacin,
no obstante carece de un Manual de Operaciones que sustente el uso y
aplicacin del mismo por estudiantes que se inician en el rea industrial.
Para disear un Manual de Operaciones que contenga los procesos y
normativas con los se trabajara el tablero de prueba automatizado, se tieneque tomar en cuenta el registro de datos y establecimiento de las
condiciones deseadas de operacin, y su modificacin, puede resultar
complejo, dependiendo del nmero de variables a manejar en el problema.
La lectura de los manmetros, termmetros y diversa instrumentacin,
bajo sistemas mecnicos, puede ser problemtica para establecer el valor de
la variable medida y con posibles errores de calibracin, en cambio al usar
mtodos electrnicos bastante exactos, se facilita la recoleccin de datos y
modificacin de las condiciones de operacin de procesos, lo cual es una
ventaja fundamental para la investigacin de campo, pues permite obtener
data tcnica reproducible y verificable.
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1.3 Objetivos de la Investigacin.
1.3.1 Objetivo General.
Disear un Manual de Operaciones inherentes al Tablero de Prueba de
Controles Discretos y Automatizacin Industrial ubicado en el laboratorio de
Tecnologa Instrumentista del I.U.T.A. ampliacin Puerto Pritu, con el fin de
optimizar el desempeo de la comunidad estudiantil.
1.3.2 Objetivos Especficos.
1. Identificar el sistema de operaciones que posee el Tablero de Prueba de
Controles Discretos del Laboratorio de Instrumentista del I.U.T.A., sus
componentes, caractersticas propiedades fsicas y mecnicas
involucradas, y las interacciones que ocurren en las pruebas.
2. Asociar cada herramienta y/o equipo de trabajo con su respectiva
operacin, aplicacin, normativa, y restriccin si existiera.
3. Fundamentar el registro de operaciones inherentes al Tablero de Prueba,
de acuerdo a su importancia y sistema de uso en forma metodolgica y
coherente para ampliar el conocimiento del usuario.
4. Establecer la metodologa y formularios, as como las prcticas
necesarias que se deben utilizar en el esquema del Manual de
Operaciones inherentes al Tablero de Prueba de Controles Discretos del
Laboratorio de Instrumentista del I.U.T.A.
5. Presentar el Manual de Operaciones inherentes al Tablero de Prueba de
Controles Discretos del Laboratorio de Instrumentista.
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CAPTULO II
MARCO TERICO
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2.1.- ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIN.
Pabn L. y Rodrguez F. (2012): en su trabajo de grado titulado: Diseo
de un Banco de Prueba a ser utilizado en las prcticas de Controles
Discretos y Automatizacin para el Laboratorio de Tecnologa
Instrumentista del I.U.T.A. Ampliacin Puerto Pritu.
Concluyeron: La flexibilidad del Banco de Prueba permiti realizar
ejemplos de varias situaciones que ocurren en los sistemas industriales, en la
parte de automatizacin y controles discretos siendo esto una gran ayuda
para los futuros estudiantes que utilizaran este banco, ya que podrn crear o
montar prcticas de situaciones que muy posiblemente se encuentran a lo
largo en la industria. Recomiendan estos autores disear manuales para la
elaboracin, uso y mantenimiento del Banco de Prueba para su correcto
manejo de funcionamiento de las prcticas.
Pino J. (2012) Tesis titulada: Propuesta de Automatizacin y Control
para la Planta de Inyeccin de Agua Salada de la Estacin de descarga
bared8, perteneciente a El distrito Mcura
Concluy: Se encontr que la planta carece de un sistema de control
automatizado el cual trae como consecuencia a la empresa altos costos de
mantenimiento y de operacin. Se procedi a seleccionar los equipos e
instrumentos que mejor se adapten a las necesidades operacionales que se
originaron del diseo de la lgica de control para la Planta de Inyeccin de
Agua Salada. Por ltimo se logr definir la arquitectura de control del sistema
de inyeccin de agua salada, tomando en cuenta parmetros y necesidades
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operacionales en cuanto a comunicacin de datos importantes que generan
los sensores presentes en los procesos que se originan en los subsistemas
que integran a la planta.
Durn D. y Socarras J. Tesis titulada: Automatizacin de un calentador de
crudo bajo la Norma NFPA-85 utilizando controladores lgicos programables,
para la empresa COPLAN, C.A.
Concluyeron: La identificacin de las seales de entrada y salida, tanto del
BMS como del CCS se requieren al momento de programar, estas son lasque permiten establecer condiciones como alamar, paradas del calentador y
rangos de operacin. Adems de esto es importante conocer la arquitectura
del PLC ya que al momento de disear la lgica de automatizacin es
necesario establecer en que mdulo se encuentra la seal.
Aporte:
Estos trabajos apoyan la estructura metodolgica de la investigacin as
como gua y refuerzo para la elaboracin del Manual del Tablero Inherente a
Controles Discretos y Automatizacin Industrial, que fue implantando por
estudiantes en su proyecto de grado, quienes en sus recomendaciones
sugieren la elaboracin de ste.
Es de importancia conocer las investigaciones en el rea de
automatizacin industrial ya que los avances tecnolgicos requieren depersonal formado bajo sus premisas, es por esto que un Manual de
Operaciones apoyado en prcticas es funcional y apreciable para la
enseanza en esta institucin.
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2.2.- BASES TERICAS
Automatismo:
Sistema que permite ejecutar una o varias acciones sin intervencin manual.
Automatizacin:
Aplicacin de sistemas automticos en la realizacin de un proceso.
Elementos de un sistema automtico
Figura N1 Elementos de un Sistema de Mando
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Acciones
Actuacin sobre el medio o proceso, con frecuencia son operaciones que
se pueden repetir indefinidamente. Suelen ser acciones humanas
susceptibles de ser sustituidas por acciones mecnica realizadas por los
rganos de trabajo.
Fuentes de Energa
Las operaciones y movimientos de los sistemas automticos suponen un
gasto energtico que ha de ser aportado por un medio externo. Suele
denominarse fuente de potencia a aqulla que suministra energa a los
rganos de trabajo que actan sobre el proceso. Las funciones propias del
sistema automtico tambin necesitan de un soporte energtico.
rganos de Mando/Control
Representa el sistema que decide cuando realizar las acciones, que
acciones realizar, y en su caso, el valor que han de tener algunos de los
parmetros que definen una accin o tarea.
rganos Sensoriales
Son sistemas cuya misin consiste en captar o medir determinados
valores o magnitudes durante la realizacin del proceso. Estos rganos
proporcionan informacin a los rganos de mando para que estos puedan
dividir consecuentemente.
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TCNICAS DE CONTROL Y MANDO.
Procesos Continuos
Las magnitudes que determinan la evolucin del proceso cambian de
forma continua en el tiempo. Existe una similitud entre los procesos continuos
y los sistemas electrnicos analgicos.
Figura N2 Sistema de llenado de una caldera industrial, se trata de mantener el nivel
un lquido. La altura cambia de forma continua.
PROCESOS DISCRETOS O DISCONTINUOS
Las magnitudes que determinan la evolucin del proceso cambian deforma discreta o discontinua y suelen tomar solo determinados valores. El
sistema evoluciona mediante eventos. Estos procesos son tambin
conocidos como procesos de eventos discretos. En los procesos discretos se
acta sobre objetos concretos tambin llamados elementos discretos.
Figura N 3Una cinta transportadora
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PROCESOS POR LOTES.
Son procesos discretos en los que intervienen ms de un elemento o pieza
inicial para ser transformados en un solo producto.
REGULACIN AUTOMTICA.
Mecanismos que permiten actuar durante un proceso continuo con el fin
de que las magnitudes alcance un valor determinado. Cuando este valor se
mantiene constante en el tiempo se dice que se est ante un problema de
regulacin. Cuando este valor vara en el tiempo se dice que se est ante un
problema de servomecanismo.
MANDO DE UN SISTEMA DE AUTOMATIZACIN. CONTROL
SECUENCIAL
El concepto de Automatizacin industrial suele aplicarse al control de
procesos discretos. Los rganos de mando reciben informacin discreta del
proceso y proporcionan ordenes discretas sobre los rganos de trabajo. Los
sistemas de mando adquieren una estructura secuencial:
El proceso se divide en una serie de estados o estadios.
Cada estado se activa y desactiva de forma secuencial.
Cada estado activo tiene asociada una serie de acciones.
En mltiples ocasiones, en el control de un proceso se ven involucradas
magnitudes de naturaleza continua y magnitudes de naturaleza discreta. En
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estos casos es necesario aplicar estrategias tanto secuenciales como de
regulacin. Es lo que se denomina control hbrido.
CONTROL EN BUCLE ABIERTO
Los rganos de mando o control actan sobre el proceso de acuerdo a
unos objetivos previamente establecidos. No existe transmisin de
informacin desde el proceso a los rganos de mando.
CONTROL EN BUCLE CERRADO
Los sistemas de mando consideran la informacin recibida del proceso
para modificar en funcin de ellas la accin a realizar.
Tipos de Control Secuencial
Asncrono
La transicin de estado se produce nicamente debido a los cambios en
las variables del proceso.
Sncrono
Las transiciones en las variables y en los estados se producen de forma
sincronizada mediante pulsos de un reloj de frecuencia fija.
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SISTEMAS PARA LA AUTOMATIZACIN
Sistemas de Automatizacin Mecnica
Mecanismos habituales: Engranajes,correas de transmisin, palancas etc.
Ejemplos: Tornos, Fresadoras, Relojes Mecnicos etc.
Sistemas de Automatizacin Neumtica
Mecanismos Habituales: Compresores, electrovlvulas, mbolos etc.
Ejemplos: Frenos de Ferrocarriles, mquinas de disparo neumtico etc.
Sistemas de Automatizacin Hidrulica
Presenta caractersticas muy similares a los mecanismos neumticos, solo
que el mando hidrulico tiene un tiempo de respuesta inferior al mando
neumtico. Ejemplos: direccin de automvil, prensas hidrulicas.
Automatizacin Elctrica y Electrnica
Es la ms extendida en la actualidad, los sistemas de actuacin elctrica
son bien conocidos, motores, actuadores electromagnticos, etc. El mando
elctrico suele implantarse mediante rels. El mando electrnico puede ser
implementado mediante componentes electrnicos discretos digitales o
mediante sistemas de lgica programable (FPGA). El mtodo de
automatizacin electrnico ms extendido es el microprocesador.
Control mediante microprocesador
El microprocesador permite la ejecucin de un programa que se ejecuta de
forma secuencial, esta secuencia se realiza de forma cclica ejecutando lo
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que se denomina bucle de control. La ejecucin del bucle est sincronizada
por el reloj del sistema, esta estructura permite la implantacin de sistemas
de mando secuenciales.
AUTOMATAS EN RED
Actualmente se entiende a introducir los autmatas en redes de
comunicaciones. Tambin existen autmatas modulares que se amplan
aadiendo mdulos.
Buses de Campo
Bus AS-I.- Sistema de transmisin de datos y ordenes para sensores y
actuadores.
Profibus.- Permite interconexin en red de autmatas, establecer distintas
jerarquas maestro-esclavo, supervisin de procesos. etc. topologa en bus.
Interbus.- Sistema abierto, con topologa en anillo, permite intercambio deinformaciones entra dispositivos de distintos fabricantes.
Acciones
Actuacin sobre el medio o proceso, con frecuencia son operaciones que
se pueden repetir indefinidamente. Suelen ser acciones humanas
susceptibles de ser sustituidas por acciones mecnica realizadas por los
rganos de trabajo.
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Fuentes de Energa
Las operaciones y movimientos de los sistemas automticos suponen un
gasto energtico que ha de ser aportado por un medio externo. Sueledenominarse fuente de potencia a aqulla que suministra energa a los
rganos de trabajo que actan sobre el proceso. Las funciones propias del
sistema automtico tambin necesitan de un soporte energtico.
rganos de Mando/Control
Representa el sistema que decide cuando realizar las acciones, que
acciones realizar, y en su caso, el valor que han de tener algunos de los
parmetros que definen una accin o tarea.
rganos Sensoriales
Son sistemas cuya misin consiste en captar o medir determinados valores
o magnitudes durante la realizacin del proceso. Estos rganos proporcionan
informacin a los rganos de mando para que estos puedan dividir
consecuentemente.
AUTMATAS PROGRAMABLES
Son equipos electrnicos, en general basados en microprocesadores, que
aceptan seales de entrada para evaluar y generar salidas apropiadas para
controlar mquinas o procesos. Los controladores programables son de
control lgico y su funcin lgica queda determinada por un programa
introducido por el usuario en el que se indica el modo en que los dispositivos
de salida funcionan en respuestas a los de entrada. El programa se
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almacena en una memoria de lectura-escritura, por lo que puede introducirse
una modificacin en el proceso controlado mediante la programacin.
Para NEMA (The Nacional Electrical Manufactures Association), un
autmata programable es un aparato electrnico que opera digitalmente y
usa una memoria programable para el almacenamiento interno de
instrucciones, para implementar funciones especficas tales como lgica,
secuencia, temporalizacin, conteo y aritmtica para controlar mquinas o
procesos por medio de mdulos de entradas o salidas, analgicas o digitales.
Figura 2: Allen Bradley PLC.
Fuente [www.tcgroupinc.com/.../Refinery%20PLC%20Rack.JPG].
Los primeros autmatas pretendan, bsicamente, sustituir a los sistemas
convencionales con rels o circuitos lgicos, con las ventajas evidentes que
supona tener un hardware estndar. Por ello nacieron con prestaciones muy
similares a las que ofrecan dichas tecnologas convencionales y sus
lenguajes de programacin eran muy prximos a los esquemticos
empleados en las mismas.
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Estas limitaciones eran aconsejadas solo por limitaciones de mercado y no
respondan a limitaciones tecnolgicas de aquel momento, ya que las
posibilidades que podan ofrecer eran realmente mayores. Los autmatas
actuales han mejorado sus prestaciones respecto a los primeros en muchosaspectos, pero fundamentalmente a base de incorporarse un juego de
instrucciones ms potente, mejorar la velocidad de respuesta y dotar al
autmata de capacidad de comunicacin. Los juegos de instrucciones
incluyen actualmente, aparte de las operaciones lgicas con bits,
temporizadores y controladores, otra serie de operaciones lgicas con
palabras, operaciones aritmticas, tratamiento de seales analgicas,
funciones de comunicacin y una serie de funciones de control nodisponibles en la tecnologa clsica de rels, todo ello a potenciado su
aplicacin masiva al control industrial.
Unidad central de procesos (CPU)
La CPU (Central Processing Unit), construida alrededor de un sistema
microprocesador, es la encargada de ejecutar el programa de usuario y deordenar la transferencia de informacin en el sistema de entradas/salidas.
Adicionalmente, puede tambin establecer comunicacin con perifricos
externos, como son la unidad de programacin, monitores LED/LCD o TRC,
otros autmatas u ordenadores, etc. Para ejecutar el programa, CPU
adquiere sucesivamente las instrucciones una a una desde memoria, y
realiza las operaciones especificadas en las mismas.
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Figura 3: Unidad central de procesos.
Fuente [www.tinglado.net/.../puzle_cpu/cpu.jpg].
Esta decodificacin puede realizarse mediante un sistema de lgica
estndar con microprocesador ms memoria, o puede estar programada por
hardware (cableada) en el propio procesador, segn diseo propio del
fabricante utilizando tecnologas custom o personalizadas.
La primera solucin, ms barata, es la ms frecuente en autmatas de
gama baja, mientras que la segunda, con mayores costos de diseo y
desarrollo, es propia de autmatas de gama media y alta, donde el
incremento de precios queda compensado por los bajos tiempos de
ejecucin de las instrucciones, muchos menores que en la solucin estndar
(dcimas de microsegundos frente a decenas de microsegundos).
En cualquier caso, esta descodificacin interna de instrucciones, es
transparente al usuario, que no puede modificarla en ninguna forma. Al ser
adems especfica de cada fabricante, que elige el lenguaje de programacin
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que soportara su autmata (instrucciones, contactos o smbolos grficos), y
la forma en que se interpretan sus instrucciones, la descodificacin no solo
limita los lenguajes disponibles de programacin, sino que es la responsable
de que no todas la CPU pueden ejecutar los mismos programas, aunquehayan sido escritos en el mismo lenguaje, impidiendo, en definitiva, el
intercambio de programas entre autmatas diferentes.
Memoria del autmata
La memoria de un trabajo es el almacn donde el autmata guarda todo
cuanto necesita para ejecutar la tarea de control.
Figura 4: Memoria del autmata programable.
Fuente [www.sc.ehu.es/.../MEMORIA/ap73.jpg].
Una memoria de semiconductor es un dispositivo electrnico capaz de
almacenar datos binarios (seales de niveles altos y bajos unos y ceros,
denominadas bits), que pueden ser ledos posicin a posicin (bit a bit), o por
bloques de ocho (byte) o diecisis posiciones (Word).
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La memoria ideal para el autmata debera ser simultnea rpida,
pequea, barata y de bajo consumo de energa. Como ninguna de las
memorias del mercado reune todas las condiciones, los autmatas combinan
distintos tipos de ellas.
Memoria de programa
La memoria de programa, normalmente externa y enchufable a la CPU,
almacena el programa escrito por el usuario para su aplicacin.
Adicionalmente puede contener datos alfanumricos y textos variables, y
tambin informacin parametrizada sobre el sistema, por ejemplo nombre o
identificador del programa escrito, indicaciones sobre la configuracin de E/S
o sobre la red de autmatas, si existe, etc.
Cada instruccin de usuario ocupa un paso o direccin del programa y
necesita, normalmente, para ser almacenada, dos posiciones de memoria de
semiconductor (dos bytes). La capacidad total del programa de usuario
depende del tipo de CPU utilizada, y puede oscilar entre los 1 K pasos de un
autmata compacto hasta algn centenar de K instrucciones en un autmata
de gama alta.
La ejecucin del programa en el mdulo es siempre prioritaria, de modo
que si se da tensin al autmata con un mdulo conectado, la CPU ejecuta
su programa y no el contenido en la memoria RAM interna.
Funcin del autmata programable
El Autmata Programable es un dispositivo de control principal de los
sistemas automatizados en la industria. Controla las secuencias de arranque,
operacin y parada. Mediante el almacenamiento de los programas de
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control del equipo lgico y los datos del monitoreo de la condicin de
funcionamiento y los datos solicitados por el operador, el controlador enva
comando a los dispositivos de control para regular la velocidad, la
temperatura, la carga, el nivel y otras condiciones del sistema.
SISTEMAS PLC
PLC:
Mquina electrnica programable por personal no informtico,destinada a
cumplir en un ambiente industrial y en tiempo real funciones deautomatismos lgicos, combinatorios y secuenciales. (Controlador Lgico
Programable).
Es un equipo electrnico inteligente diseado en base a
microprocesadores, que consta de unidades o mdulos que cumplen
funciones especficas, tales como, una Unidad Central de Procesamiento
(CPU), que se encarga de casi todo el control del sistema, mdulos quepermiten recibir informacin de todos los sensores y comandar todos los
actuadores del sistema, adems es posible agregarle otros mdulos
inteligentes para funciones de pre-procesamiento y comunicacin.
El PLC es utilizado para automatizar sistemas elctricos, electrnicos,
neumticos e hidrulicos de control discreto y anlogo. Las mltiples
funciones que pueden asumir estos equipos en el control, se debe a la
diversidad de operaciones a nivel discreto y anlogo con que dispone para
realizar los programas lgicos sin la necesidad de contar con equipos
adicionales.
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Ciclo de control/tratamiento PLC
Leer entradas
Calcula salidas
Escribir salidas
Tipo de Operaciones:
Entrada / Salida
Lgicas: AND, OR
Temporizadores y cuenta: TIM, CNT
Aritmticas
Salto
Memoria:
SW de explotacin: (ROM) es el que se dedica a las tareas fijas del ciclo.
(Leer entradas, lanzar salida, temporizar).
Memoria de programa: (EPROM /RAM): Almacena variables y asocia
Entradas / Salida.
Memoria de datos: Almacena variables asociadas a las entradas/ salidas
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Entrada / Salida:
Son mdulos de 8/16 seales de E/S. Estos mdulos traducen los valores
de las seales y adems aseguran aislamiento galvnico.
Ciclos de funcionamiento:
Durante el funcionamiento del autmata se pueden distinguir dos fases:
Fase de sistema
Chequeo Entrada / Salida
Chequeo de la memoria
Iniciacin de temporizadores
Iniciacin de Contadores
Fase de tratamiento:
Pueden existir diferentes modos de activacin (comienzo del ciclo)
Modos de Activacin:
Directa:
El programa se ejecuta una y otra vez de forma repetida y cclica.
Sncrona:
Peridicamente se arranca el programa.
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Auto sincronizado:
Exige que las transiciones a la entrada generen interrupciones hacia la
CPU. As solo en cambios de la entrada se recalculan las salidas.
Gestin de Entrada / Salida
Adquisicin bloque, emisin bloque: Se leen todas las entrada a la vez y
luego se escriben todas las salidas a la vez.
Adquisicin bloque, emisin directa: Se leen todas las entrada y lassalidas se van actualizando a medida que se calculan (no necesitan
reservar memoria para los datos de salida, ya que se escribe
directamente).
Adquisicin directa, emisin directa: Se realizan las lecturas se calculan
las ecuaciones y se actualizan las salidas de forma individual. Los
autmatas suelen tener un Watchdog que si no es reseteado antes de
cierto tiempo genera una interrupcin.
Programacin
Se realiza mediante una consola de programacin o mediante un
ordenador. Existen varios lenguajes de programacin:
RLL(Rels Ladder Logic). Es un lenguaje grfico mediante una pantalla.
ENSAMBLADOR: Se dan instrucciones bsicas al autmata.
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LD 200
AND 001
OR 002 OUT 200
END
LENGUAJES ALTO NIVEL: GRAFCET que permiten
Puertas lgicas
Ecuaciones Lgicas
Acciones concurrentes
Programacin de un PLC
Los primeros PLC, en la primera mitad de los 80, eran programados
usando sistemas de programacin propietarios o terminales de programacin
especializados, que a menudo tenan teclas de funciones dedicadas que
representaban los elementos lgicos de los programas de PLC. Los
programas eran guardados en cintas. Ms recientemente, los programas
PLC son escritos en aplicaciones especiales en un ordenador, y luego son
descargados directamente mediante un cable o una red al PLC. Los PLC
viejos usan una memoria no voltil (magnetic core memory) pero ahora los
programas son guardados en una RAM con batera propia o en otros
sistemas de memoria no voltil como las memoria flash.
Los primeros PLC fueron diseados para ser usados por electricistas quepodan aprender a programar los PLC en el trabajo. Estos PLC eran
programados con lgica de escalera (ladder logic). Los PLC modernos
pueden ser programados de muchas formas, desde la lgica de escalera
hasta lenguajes de programacin tradicionales como el BASIC o C. Otro
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mtodo es usar la Lgica de Estados (State Logic), un lenguaje de
programacin de alto nivel diseado para programas PLC basndose en los
diagramas de transicin de estados.
Recientemente, el estndar internacional IEC 61131-3 se est volviendo
muy popular. IEC 61131-3 define cinco lenguajes de programacin para los
sistemas de control programables: FBD (Function block diagram), LD (Ladder
diagram), ST (Structured text), similar al Lenguaje de programacin Pascal),
IL (Instruction list) y SFC (Sequential function chart).
Mientras que los conceptos fundamentales de la programacin del PLC
son comunes a todos los fabricantes, las diferencias en el direccionamiento
E/S, la organizacin de la memoria y el conjunto de instrucciones hace que
los programas de los PLC nunca se puedan usar entre diversos fabricantes.
Incluso dentro de la misma lnea de productos de un solo fabricante, diversos
modelos pueden no ser directamente compatibles.
LA ESTRUCTURA BSICA DE CUALQUIER AUTMATA
PROGRAMABLE
Fuente de alimentacin: convierte la tensin de la red, 110 220V ac a
baja tensin de cc (24V por ejemplo) que es la que se utiliza como tensin de
trabajo en los circuitos electrnicos que forma el autmata.
CPU: la Unidad Central de Procesos es el autntico cerebro del sistema. Es
el encargado de recibir rdenes del operario a travs de la consola de
programacin y el mdulo de entradas. Despus las procesa para enviarrespuestas al mdulo de salidas.
Mdulo de entradas: aqu se unen elctricamente los captadores
(interruptores, finales de carrera...). La informacin que recibe la enva al
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CPU para ser procesada segn la programacin. Hay 2 tipos de captadores
conectables al mdulo de entradas: los pasivos y los activos.
Mdulo de salida: es el encargado de activar y desactivar los actuadores(bobinas de contactores, motores pequeos...). La informacin enviada por
las entradas a la CPU, cuando est procesada se enva al mdulo de salidas
para que estas sean activadas (tambin los actuadores que estn
conectados a ellas). Hay 3 mdulos de salidas segn el proceso a controlar
por el autmata: rels, triac y transistores.
Terminal de programacin: la terminal o consola de programacin esel que
permite comunicar al operario con el sistema. Sus funciones son la
transferencia y modificacin de programas, la verificacin de la programacin
y la informacin del funcionamiento de los procesos.
Perifricos: ellos no intervienen directamente en el funcionamiento del
autmata pero s que facilitan la labor del operario.
Comunicaciones lgicas de un PLC
Las formas como los PLC intercambian datos con otros dispositivos son
muy variadas. Tpicamente un PLC puede tener integrado puertos de
comunicaciones seriales que pueden cumplir con distintos estndares de
acuerdo al fabricante. Estos puertos pueden ser de los siguientes tipos:
RS-232: (tambin conocido comoElectronic Industries AllianceRS-232C)
es una interfaz que designa una norma para el intercambio serie de datosbinarios entre un DTE (Equipo terminal de datos) y un DCE (Data
Communication Equipment, Equipo de Comunicacin de datos), aunque
existen otras en las que tambin se utiliza la interfaz RS-232. En particular,
existen ocasiones en que interesa conectar otro tipo de equipamientos, como
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pueden ser computadores. Evidentemente, en el caso de interconexin entre
los mismos, se requerir la conexin de un DTE (Data Terminal Equipment)
con otro DTE.
RS-485: est definido como un sistema en bus de transmisinmultipunto
diferencial, es ideal para transmitir a altas velocidades sobre largas
distancias (35 Mbps hasta 10 metros y 100 Kbps en 1.200 metros) y a travs
de canales ruidosos, ya que reduce los ruidos que aparecen en los voltajes
producidos en la lnea de transmisin. El medio fsico de transmisin es un
par entrelazado que admite hasta 32 estaciones en 1 solo hilo, con una
longitud mxima de 1.200 metros operando entre 300 y 19200 bps y la
comunicacin half-duplex (semiduplex). Soporta 32 transmisiones y 32
receptores. La transmisin diferencial permite mltiples drivers dando la
posibilidad de una configuracin multipunto. Al tratarse de un estndar
bastante abierto permite muchas y muy diferentes configuraciones y
utilizaciones.
RS-422: su funcin es conectar dispositivos en forma serial, junto con el
RS-423, son los reemplazantes del estndar RS-232, pues soportan mayoresvelocidades de transferencia. Tambin permiten compatibilidad hacia atrs,
pues es posible conectar dispositivos RS-232 en ellos.
Ethernet: es un estndar de redes de computadoras de rea local con
acceso al medio por contienda CSMA/CD. El nombre viene del concepto
fsico de ether. Ethernet define las caractersticas de cableado y sealizacin
de nivel fsico y los formatos de tramas de datos del nivel de enlace de datos
del modelo OSI.
Modbus: es un protocolo de comunicaciones situado en el nivel 7 del
Modelo OSI, basado en la arquitectura maestro/esclavo o cliente/servidor,
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diseado en 1979 por Modicon para su gama de controladores lgicos
programables (PLCs). Convertido en un protocolo de comunicaciones
estndar de facto en la industria es el que goza de mayor disponibilidad para
la conexin de dispositivos electrnicos industriales.
Bus CAN: es un protocolo de comunicaciones desarrollado por la firma
alemana Robert Bosch GmbH, basado en una topologa bus para la
transmisin de mensajes en ambientes distribuidos, adems ofrece una
solucin a la gestin de la comunicacin entre mltiples CPUs (unidades
centrales de proceso).
Profibus: (Process Field Bus) es un bus de campo industrial utilizado en
mbito de automatizacin industrial. Se trata de una red abierta, estndar e
independiente de cualquier fabricante y cuenta con varios perfiles.
Devicenet: consiste en una rama o bus principal -de hasta 500 mts con
mltiples derivaciones -de hasta 6 mts. cada una- donde se conectan los
diferentes dispositivos de la red. En cada red Device Netse pueden conectar
hasta 64 nodos y cada uno puede soportar un nmero infinito de E/S aunquelo normal son 8, 16 32.
Ethernet I/P: Protocolo para la comunicacin en una red a travs de
paquetes conmutados, es principalmente usado en Internet. Los datos se
envan en bloques conocidos como paquetes (datagramas) de un
determinado tamao (MTU). El envo es no fiable (conocido tambin como
best efforto mejor esfuerzo); se llama as porque el protocolo IP no garantiza
si un paquete alcanza o no su destino correctamente. Un paquete puedellegar daado, repetido, en otro orden o no llegar. Para la fiabilidad se utiliza
el protocolo TCP de la capa de transporte.
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Muchos fabricantes adems ofrecen distintas maneras de comunicar sus
PLC con el mundo exterior mediante esquemas de hardware y software
protegidos por patentes y leyes de derecho de autor.
Tcnicas de automatizacin en los PLC
Bsicamente existen dos tecnologas que se emplean en la fabricacin de
automatismo.
Lgica cableada
Se denomina conexin cableada a todos los controladores cuya funcin se
determina mediante la conexin (cableado) de sus elementos individuales de
conexin. As, por ejemplo, se determina la funcin de control de un
contactor mediante la seleccin de los elementos de conexin (abrir o cerrar)
y por las caractersticas de su conexin, (conexin en serie o conexin en
paralelo).
En sistemas mayores se emplea la conexin cableada en autmatas
programables, entre los que se encuentran los PLC controlador lgico
programable, la RTU Unidad Terminal Remota o los rels programables, o
computadoras o servidores de uso industrial. Estos autmatas no se
programan en lenguajes tradicionales como cualquier computador, se
programan en Ladder, lenguaje en el cual las instrucciones no son otra cosa
que lneas de lgica cableada. As el conocimiento de la lgica cableada es
de fundamental importancia para quien programa un autmata programable o
PLC. La lgica cableada ms que una tcnica, hoy en da constituye una
filosofa que permite estructurar circuitos en forma ordenada, prolija y segura,
sea en circuitos cableados o programados.
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La prctica de la lgica cableada ha sido asimilada por otras ramas de la
tecnologa como las telecomunicaciones y la informtica, con la introduccin
del cableado estructurado en edificios, oficinas y locales comerciales, lugares
donde es poco usual el manejo de esquemas y dibujos de las instalacioneselctricas, excepto la de potencia, la elaboracin de proyectos de detalle y el
cableado en forma ordenada mediante el uso borneras y regletas, que
pasaron a llamarse patcheras en el caso de las redes de datos y telefona.
La estructura mecnica as como el cableado en el armario de distribucin
depende de la funcin del controlador.
El montaje y cableado de un controlador programable puede efectuarse
recin despus de que se conozca su programa es decir, sus
documentaciones de conexin. Cada cambio posterior de las funciones del
controlador requiere un cambio de la estructura y del cableado. Estos
cambios son muchas veces costosos y exigen mucho tiempo.
Estados OFF y ON
Desde un punto de vista terico la lgica cableada opera de igual forma
que la lgica tradicional, donde las variables solamente pueden tener dos
estados posibles, verdaderos o falsos. En la lgica cableada verdadero
es igual a un rel energizado o en ON, en el caso de los contactos el estado
verdadero es el contacto CERRADO. En la lgica cableada un falso es
igual a un rel des energizado o en OFF, para los contactos el estado falso
es el contacto ABIERTO o estas puedes ser todas las estradas que cruzanpor el circuito primario las abiertas.
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Figura 5: Estados de la lgica cableada.
Fuente [www.upload.wikimedia.org/wikipedia/domus.23.jpg].
En los circuitos electrnicos digitales o compuerta lgica, se utiliza el
sistema numrico binario; donde verdadero es igual a 1 y falso es igual a
0. Si se trata de un sistema neumtico u leo-hidrulico, verdadero es
igual a una vlvula ABIERTA y falso es igual a una vlvula CERRADA. Si
se trata del mando de la vlvula, verdadero corresponde al mando
accionado y falso corresponde al estado no accionado del mando.
Figura 6: lgica cableada.
Fuente [upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/75/L].
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Lgica programada
En cambio la estructura y el cableado son ampliamente independientes de
la funcin deseada del controlador. Al aparato de automatizacin se conecta
todos los contactos emisores requeridos para la funcin del controlador
(interruptores, pulsadores, barras de luz, etc.) y todos los aparatos
activadores sujetos al controlador (contactores, vlvulas, etc.).
Figura 7: Lenguaje de contactores programada.
Fuente [www.yoreparo.com/.../images/319_image009.gif].
Memoria ROM
La memoria ROM semiconductora slo puede ser leda (no escrita).
Viene en diferentes modalidades:
ROM: Memoria con los datos grabados de fbrica.
PROM: Inicialmente 'Vaca", el usuario programa una vez los datos en lamemoria y estos ya no pueden borrarse o cambiarse ms.
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EPROM: El usuario programa los datos de la memoria, sin embargo
stos pueden borrarse sometiendo el integrado a una dosis de luz
ultravioleta, segn especificacin del fabricante.
EEPROM: Los datos son grabados y borrados elctricamente.
La ventaja de las memorias EPROM y EEPROM es que pueden usarse
para prototipos que deben someterse a correcciones. Una vez que el
programa sea definido, puede parecerse a una memoria ROM o PROM, que
fabricado en grandes cantidades resulta ms econmicas. Las memorias de
tipo ROM son no voltiles, la informacin que contiene no se borra al quitar la
alimentacin del integrado. Las memorias EPROM, no pueden borrarse y
grabarse indefinidamente sino slo un nmero limitado de veces que por lo
general oscila entre 10.000 y 100.000.
Fuente de poder
Este sistema juega uno de los mayores roles de operacin total de
controlador programable ya que su papel fundamental no es solamente la de
suministrar los requerimientos de voltaje DC a los componentes del PLC (es
decir, al procesador> a la memoria y a las Entradas/Salidas), sino tambin, al
monitor. Adems debe regular el voltaje suministrado que permitir operar al
C.P.U.
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Bastidor de entrada y salida
El bastidor de Entrada / Salida comprende el cableado del plano posterior
y los conectores de borde del modulo que se requiere para dirigir la
alimentacin elctrica y las seales de datos de hacia y desde los mdulos
instalados. La determinacin del tamao se refiere al nmero de mdulos de
Entradas / Salidas que pueden ser instalados en el bastidor adems del
modulo del PLC, el cual ocupa una ranura especial en la posicin izquierda
mxima del bastidor.
Figura 8: Entradas y salidas de un PLC.
Fuente [www.ecom.coastal.com/.../PLC003-XXX-ENG.jpg].
Bastidor remoto
Si el nmero necesario de canales de Entradas / Salidas sobrepasa el
cupo mximo de un solo bastidor, puede instalar un segundo bastidor
remoto. En este caso el bastidor remoto debe incluir ya sea otro PLC en un
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modo de ADPTADOR, o un modulo adaptador de Entradas / Salidas
remotas. En el bastidor remoto, la ranura mas a la izquierda se reserva para
el PLC o adaptador de Entradas / Salidas, mientras que en el resto de las
ranuras son para los mdulos de alimentacin elctricas o de Entradas /Salidas.
Direccionamiento de casilleros y grupos [6]
A cada modulo de Entradas / Salidas se les asigna un nmero de casillero
/ grupo de acuerdo con su posicin en el bastidor de Entradas / Salidas. Este
nmero pasa a formar parte de la direccin lgica de cada Terminal de
Entradas / Salidas.
La direccin lgica es una designacin del Software que se utiliza para
identificar y almacenar los datos en la memoria del PLC, y para adquirir o
enviar datos hacia y desde dispositivos externos.
Con el sistema de Direccionamiento de una sola ranura, un bastidor local de
16 ranuras contiene dos casilleros (Racks) numerados casillero 1 y casillero
2. Cada casillero consta de ocho grupos de terminales de Entradas / Salidas,
numeradas 00 hasta 07. Con el mtodo de Direccionamiento de una sola
ranura, cada ranura es equivalente a un grupo. Con el direccionamiento de
dos ranuras, cada grupo comprende dos ranuras. Con el direccionamiento de
media ranura, cada grupo sera equivalente a media ranura.
Con el mtodo de direccionamiento de una sola ranura, cada grupo deEntradas / Salidas puede contener hasta 16 terminales de entradas y 16
terminales de salida. En la seccin de mdulos de Entradas / Salidas discreta
de este cuaderno de trabajo se discutirn mayores detalles del
direccionamiento lgico.
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PLC en comparacin con otros sistemas de control
Los PLC estn adaptados para un amplio rango de tareas de
automatizacin. Estos son tpicos en procesos industriales en la manufactura
donde el coste de desarrollo y mantenimiento de un sistema de
automatizacin es relativamente alto contra el coste de la automatizacin, y
donde van a existir cambios en el sistema durante toda su vida operacional.
Los PLC contienen todo lo necesario para manejar altas cargas de
potencia; se requiere poco diseo elctrico y el problema de diseo se centra
en expresar las operaciones y secuencias en la lgica de escalera (o
diagramas de funciones). Las aplicaciones de PLC son normalmente hechos
a la medida del sistema, por lo que el costo del PLC es bajo comparado con
el costo de la contratacin del diseador para un diseo especfico que solo
se va a usar una sola vez.
Por otro lado, en caso de productos de alta produccin, los sistemas de
control a medida se amortizan por s solos rpidamente debido al ahorro en
los componentes, lo que provoca que pueda ser una buena eleccin en vez
de una solucin "genrica". Sin embargo, debe ser notado que algunos PLC
ya no tienen un precio alto. Los PLC actuales tienen todas las capacidades
por algunos cientos de dlares.
Diferentes tcnicas son utilizadas para un alto volumen o una simple tarea
de automatizacin, Por ejemplo, una lavadora de uso domstico puede ser
controlada por un temporizador a levas electromecnico costando algunos
cuantos dlares en cantidades de produccin.
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Un diseo basado en un micro controlador puede ser apropiado donde
cientos o miles de unidades deben ser producidas y entonces el coste de
desarrollo (diseo de fuentes de alimentacin y equipo de entradas y salidas)
puede ser dividido en muchas ventas, donde el usuario final no tienenecesidad de alterar el control. Aplicaciones automotrices son un ejemplo,
millones de unidades son vendidas cada ao, y pocos usuarios finales
alteran la programacin de estos controladores. (Sin embargo, algunos
vehculos especiales como son camiones de pasajeros para trnsito urbano
utilizan PLC en vez de controladores de diseo propio, debido a que los
volmenes son pequeos y el desarrollo no sera econmico).
Algunos procesos de control complejos, como los que son utilizados en la
industria qumica, pueden requerir algoritmos y caractersticas ms all de la
capacidad de PLC de alto nivel. Controladores de alta velocidad tambin
requieren de soluciones a medida; por ejemplo, controles para aviones.
Los PLC pueden incluir lgica para implementar bucles analgicos,
proporcional, integral y derivadas o un controlador PID. Un bucle PID podra
ser usado para controlar la temperatura de procesos de fabricacin, porejemplo. Histricamente, los PLCs fueron configurados generalmente con
solo unos pocos bucles de control analgico y en donde los procesos
requieren cientos o miles de bucles, un Sistema de Control Distribuido (DCS)
se encarga. Sin embargo, los PLC se han vuelto ms poderosos, y las
diferencias entre las aplicaciones entre DCS y PLC han quedado menos
claras.
Resumiendo, los campos de aplicacin de un PLC o autmata
programable en procesos industriales son: cuando hay un espacio reducido,
cuando los procesos de produccin son cambiantes peridicamente, cuando
hay procesos secuenciales, cuando la maquinaria de procesos es variable,
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cuando las instalaciones son de procesos complejos y amplios, cuando el
chequeo de programacin se centraliza en partes del proceso.
Seales Analgicas y digitales
Las seales digitales o discretas como los interruptores, son simplemente
una seal de On/Off (1 0, Verdadero o Falso, respectivamente). Los
botones e interruptores son ejemplos de dispositivos que proporcionan una
seal discreta. Las seales discretas son enviadas usando la tensin o la
intensidad, donde un rango especifico corresponder al On y otro rango al
Off. Un PLC puede utilizar 24V de voltaje continuo en la E/S donde valores
superiores a 22V representan un On, y valores inferiores a 2V representan
Off. Inicialmente los PLC solo tenan E/S discretas.
Las seales analgicas son como controles de volmenes, con un rango
de valores entre 0 y el tope de escala. Esto es normalmente interpretado con
valores enteros por el PLC, con varios rangos de precisin dependiendo del
dispositivo o del nmero de bits disponibles para almacenar los datos.Presin, temperatura, flujo, y peso son normalmente representados por
seales analgicas. Las seales analgicas pueden usar tensin o
intensidad con una magnitud proporcional al valor de la seal que
procesamos. Por ejemplo, una entrada de 4-20 mA o 0-10 V ser convertida
en enteros comprendidos entre 0-32767.
Las entradas de intensidad son menos sensibles al ruido elctrico (como
por ejemplo el arranque de un motor elctrico) que las entradas de tensin.
Usando solo seales digitales, el PLC tiene 2 entradas digitales de dos
interruptores del tanque (tanque lleno o tanque vaco). El PLC usa la salida
digital para abrir o cerrar una vlvula que controla el llenado del tanque.
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Si los dos interruptores estn apagados o solo el de tanque vaco esta
encendido, el PLC abrir la vlvula para dejar entrar agua. Si solo el de
tanque lleno esta encendido, la vlvula se cerrara. Si ambos interruptores
estn encendidos sera una seal de que algo va mal con uno de los dos
interruptores, porque el tanque no puede estar lleno y vaco a la vez. El uso
de dos interruptores previene situaciones de pnico donde cualquier uso del
agua activa la bomba durante un pequeo espacio de tiempo causando que
el sistema se desgaste ms rpidamente. As tambin se evita poner otro
PLC para controlar el nivel medio del agua.
Un sistema analgico podra usar una bscula que pese el tanque, y una
vlvula ajustable. El PLC podra usar un PID para controlar la apertura de la
vlvula. La bscula est conectada a una entrada analgica y la vlvula a
una salida analgica. El sistema llena el tanque rpidamente cuando hay
poca agua en el tanque. Si el nivel del agua baja rpidamente, la vlvula se
abrir todo lo que se pueda, si el caso es que el nivel del agua esta cerca del
tope mximo, la vlvula estar poco abierta para que entre el agua
lentamente y no se pase de este nivel.
Con este diseo del sistema, la vlvula puede desgastarse muy
rpidamente, por eso, los tcnicos ajustan unos valores que permiten que la
vlvula solo se abra en unos determinados valores y reduzca su uso. Un
sistema real podra combinar ambos diseos, usando entradas digitales para
controlar el vaciado y llenado total del tanque y el sensor de peso para
optimizarlos.
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Sistemas de control de lazo cerrado
Son los sistemas en los que la accin de control est en funcin de la
seal de salida. Sus caractersticas son:
Complejos, pero amplios de parmetros.
La salida se compara con la entrada y la afecta para el control del
sistema.
Estos sistemas se caracterizan por su propiedad de retroalimentacin.
Automatizacin
Es un sistema donde se trasfieren tareas de produccin, realizadas
habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos
tecnolgicos. Un sistema automatizado consta de dos partes principales:
Parte operativa.
Parte de mando.
La Parte Operativa
Es la parte que acta directamente sobre la mquina. Son los elementos
que hacen que la mquina se mueva y realice la operacin deseada. Los
elementos que forman la parte operativa son los accionadores de las
mquinas como motores, cilindros, compresores y los captadores como
fotodiodos, finales de carrera. Los dispositivos encargados de convertir las
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magnitudes fsicas en magnitudes elctricas se denominan transductores.
Los transductores se pueden clasificar en funcin del tipo de seal que
transmiten en:
Transductor todo o nada: Suministran ua seal binaria claramente
diferenciada. Los finales de carrera son transductores de este tipo.
Transductores numricos: Transmiten valores numricos en forma de
combinaciones binarias. Los encoders son transductores de este tipo.
Transductores analgicos: Suministran una seal continua que es fiel
reflejo de la variacin de la magnitud fsica medida.
Accionadores y Preaccionadores
El accionador es el elemento final de control que, en respuesta a la seal
de mando que recibe, acta sobre la variable o elemento final del proceso.
Un accionador transforma la energa de salida del automatismo en otra til
para el entorno industrial de trabajo, pueden ser clasificados en elctricos,
neumticos e hidrulicos. Los accionadores ms utilizados en la industria
son: Cilindros, motores de corriente alterna, motores de corriente continua,
etc.
La Parte de Mando
Generalmente suele ser un autmata programable (tecnologa
programada), aunque hasta hace bien poco se utilizaban rels
electromagnticos, tarjetas electrnicas o mdulos lgicos neumticos
(tecnologa cableada). En un sistema de fabricacin automatizado el
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autmata programable esta en el centro del sistema. Este debe ser capaz de
comunicarse con todos los constituyentes de sistema automatizado.
Tecnologas cableadas
Con este tipo de tecnologa, el automatismo se realiza interconectando los
distintos elementos que lo integran. Su funcionamiento es establecido por los
elementos que lo componen y por la forma de conectarlos.
Esta fue la primera solucin que se utilizo para crear autmatas
industriales, pero presenta varios inconvenientes. Los dispositivos que seutilizan en las tecnologas cableadas para la realizacin del automatismo
son:
Mdulos lgicos neumticos.
Rels electromagnticos.
Tarjetas electrnicas.
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2.3 BASES LEGALES.
CONSTITUCIN DE LA REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
Articulo N 105
La educacin es un derecho humano y un deber social fundamenta, es
democrtica, gratuita y obligatoria. El estado la asumir como funcin
indeclinable y de mximo inters en todos sus niveles y modalidades, y como
instrumento de conocimiento cientfico, humanstico y tecnolgico al servicio
de la sociedad. La educacin es un servicio pblico y est fundamentada en
el respeto a todas las corrientes del pensamiento, con la finalidad dedesarrollar el potencial creativo de cada ser humano y el pleno ejercicio de
su personalidad en una sociedad democrtica basada en la valoracin tica
del trabajo y n la participacin activa, consiente y solidaria en los procesos de
transformacin social consustanciados con los valores de la identidad
nacional, y con una visin latinoamericana y universal. El estado, con la
participacin de las familias y la sociedad, promover el proceso de
educacin ciudadana de acuerdo con los principales contenido de la
Constitucin y la Ley.
NORMAS ISA (Instrumentetin Symbols Identificatin)
RP52.1-1975. Recomendaciones para la proteccin del medio ambiente
para los laboratorios modelos.
COVENIN 2534-1994.
En su primera versin, establece requisitos generales que deben cumplir
un laboratorio de calibracin y ensayo.
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NORMAS ISSA
El fin de las normas ISSA es el de estandarizar la nomenclatura dentro de
un plano de funcionalidad de un instrumento, en donde se expresar cada
elemento o instrumento que conforme el proceso que se est desarrollando,
as como las variables que se controlaran y la seal que los elementos
primarios, transductores y convertidores leern.
NORMAS ISA S5.1; Smbolos e identificacin
Establece un criterio uniforme para designar instrumentos y alarmas deinstrumentacin utilizados para la medicin y control. La simbologa descrita
en esta norma se utiliza para identificar instrumentos y sistemas de medicin
y control en cualquier tipo de documento donde se quiera hacer referencia a
un instrumento, la norma proporciona la identificacin de las funciones
principales de los instrumentos.
NORMAS ISA S5.2. Smbolos Lgicos Programales.
El objetivo de esta norma es proveer un mtodo de diagramacin lgica
de entrelazado y secuencia binaria para el arranque de sistemas, operacin,
alarma , parada de equipos y procesos en la industria qumica, petrolera, de
generacin de potencia, acondicionamiento de aire, refinacin de minerales
y otras numerosas industrias.
Esta norma intenta facilitar el entendimiento de sistemas binarios, y
mejorar la comunicacin entre el personal tcnico, gerencial, de diseo,
operacional y de mantenimiento que tiene que ver con el sistema.
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NORMAS ISA S5.3. Documentacin e identificacin.
El objeto de esta norma es documentar los instrumentos formados por
ordenadores, controladores programables, miniordenadores y sistemas a
microprocesador que disponen de control compartido, visualizacin
compartida y otras caractersticas de interfase.
NORMA ISA S5.184
A cada instrumento se lo puede identificar con un sistema de letras las
cuales deben ser maysculas todas, su identificacin funcional son las
primeras que mximo deben ser 4, las cuales designan la variable, la funcin
secundaria y la funcin principal del instrumento, y por su identificacin de
bucle que tambin va acompaado por un nmero y una letra, si un
instrumento realiza dos o ms funciones puede designarse por todas sus
funciones, existen letras que ya tienen su designacin para cada paso pero
tambin hay letras libres como la N que se puede utilizar para algn proceso
y especificar su funcin, tambin podemos encontrar smbolos que nos
explican instrumentos, variables de medida, vlvulas de control, tipo de
conexin, actuadores, elementos que forman el instrumento, procesos y
operaciones realizadas.
IEC 61131-3 Controladores Lgicos Programables (PLC).
sta parte trata los lenguajes de programacin y define los estndares de
dos lenguajes grficos y dos lenguajes textuales para PLC:
Lenguaje escalera (LD - Ladder Diagram), grfico.
Diagrama de bloque de funciones (FBD - Function Block Diagram),
grfico.
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Texto estructurado (ST - Structured Text), textual.
Lista de instrucciones (IL - Instruction List), textual.
Bloques de funcin secuenciales (SFC - Sequential Function Chart), con
elementos para organizar programas de computacin paralela y
secuencial.
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2.4. DEFINICIN DE TRMINOS OPERACIONALES
Accesible Este trmino se aplica a un dispositivo o funcin que puede serusado o visto por un operador con el propsito de controlar el desempeo de
las acciones de control; como ejemplo: cambios en el set-point, transferencia
auto-manual o acciones de encendido y apagado.
Alarma Es un dispositivo o funcin que detecta la presencia de una
condicin anormal por medio de una seal audible o un cambio visible
discreto, o puede tratarse de ambas seales al mismo tiempo, las cuales
tienen el fin de atraer la atencin.
Controlador Dispositivo con una salida que varia para regular una variable
de control de una manera especfica. Un controlador manual vara su salida
automticamente en respuesta a una entrada directa o indirecta de un
proceso variable. Un controlador manual es una estacin manual de carga y
su salida no depende de una medida de un proceso variable pero puede
variarse solamente por medio de un procedimiento manual.
Convertidor Es un dispositivo que recibe informacin en determinada
manera de un instrumento y transmite una seal de salida en otra forma. Un
convertidor es tambin conocido como transductor, de cualquier forma,
transductor es un trmino general, y su uso para conversin de seales no
es recomendado.
Deriva. Es una variacin en la seal de salida que se presenta en un perodo
de tiempo determinado mientras se mantienen constantes la variable medida
y todas las condiciones ambientales. Se suelen considerar la deriva de cero
(variacin en la seal de salida para el valor cero de la medida atribuible a
cualquier causa interna) y la deriva trmica de cero (variacin en la seal de
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salida a medida cero, debida a los efectos nicos de la temperatura). La
deriva est expresada usualmente en porcentaje de la seal de salida de la
escala total a la temperatura ambiente, por unidad, o por intervalo de
variacin de la temperatura. Por ejemplo, la deriva trmica de cero de uninstrumento en condiciones de temperatura ambiente durante 1 mes fue de
0,2 % del alcance.
Fiabilidad {Reliability). Medida de la probabilidad de que un instrumento
contine comportndose dentro de lmites especificados de error a lo largo
de un tiempo determinado y bajo condiciones especificadas.
Lazo Combinacin de uno o ms instrumentos o funciones de control que
sealan el paso de uno a otro con el propsito de medir y/o controlar las
variables de un proceso.
Linealidad basada en puntos. Falta de linealidad expresada en forma de
desviacin mxima con relacin a una lnea recta que pasa a travs de los
puntos dados correspondientes al cero y al 100 % de la variable medida.
Linealidad. La aproximacin de una curva de calibracin a una lnea recta
especificada.
Montado en panel Trmino aplicado a un instrumento que est montado
sobre un panel o consola y es accesible para un operador en uso normal.
Panel Estructura que tiene un grupo de instrumentos montados sobre ella. El
panel puede consistir de una o varias secciones, cubculos, consolas o
escritorios.
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Relay Dispositivo cuya funcin es pasar informacin sin alterarla o solo
modificarla en determinada forma. Relay es comnmente usado para
referirse a dispositivos de cmputo.
Sensor Parte de un lazo o un instrumento que primero detecta el valor de
una variable de proceso y que asume una correspondencia,
predeterminacin, y estado inteligible o salida. El sensor puede ser integrado
o separado de un elemento funcional o de un lazo. Al sensor tambin se le
conoce como detector o elemento primario.
Switch Dispositivo que conecta, desconecta, selecciona, o transfiere uno o
ms circuitos y no esta diseado como un controlador, un relay o una vlvula
de control.
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2.5 Operacionalizacin de la Variable:
Disear un Manual de Operaciones inherentes al Tablero de Prueba de
Controles Discretos y Automatizacin Industrial ubicado en el laboratorio deTecnologa Instrumentista del I.U.T.A. ampliacin Puerto Pritu, con el fin deoptimizar el desempeo de la comunidad estudiantil.
Fuente: Guerra F.; Lpez J. (2013)
VARIABLE DIMENSIONES INDICADORES FUENTES INSTRUMENTOS
Tablero dePrueba deControles
Discretos yAutomatizacin
Industrial
FuncionamientoControl
SensoresProcesos
Fallasconfiabilidad
Tipos Principio de
Funcionamiento Unidades
Recursohumano
LibrosRevistas
DocumentosTextuales y
BibliogrficosTesis
InternetLaboratorio
Matriz de Anlisis.
Gua deEntrevista
(estructurada)
Desempeo dela comunidad
estudiantil
Calidad de lasprcticas.
EfectividadCumplimiento delas actividades
Formacin recibida Actividades
ejecutadas Desarrollo y
mejoramiento delas actividades.
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CAPITULO III
MARCO METODOLGICO
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3.1 MARCO METODOLGICO
3.1.-DISEO DE LA INVESTIGACIN.
El diseo de la investigacin ser de campo con basamento documental,
ya que para el desarrollo de la misma se requiere de observacin y trabajos
directos en el rea de laboratorio de tecnologa instrumentista, as como
adems, se evaluar un conjunto de referencias bibliogrficas; toda la
informacin recopilada con la observacin estructurada se sustentar
mediante textos, tesis, libros y materiales registrados que sirvan de ayuda
para la realizacin de este trabajo de investigacin.
Segn Hurtado, J. (2000), Algunos de los diseos de
investigacin pueden ser documental y de campo. La primera se
basa en el anlisis de diferentes fuentes de informacin o
documentacin como: Material bibliogrfico y fuentes textuales,
la segunda consiste en la observacin directa del problema y
del objetivo de la investigacin y se basa en la relacin de datos
de fuentes vivas, es decir se desarrollan por medio de
encuestas, en
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