Automatización Industrial - Roberto Sanchis, Julio Romero, Carlos Ariño

 

Automatización industrial Roberto Sanchis Llopis Julio Ariel Romero Pérez Carlos Vicente Ariño Latorre INGENIERÍA DE SISTEMAS INDUSTRIALES Y DISEÑO

  Codi d’assignatura 345

R. Sanchis / J. A. Romero / C. V. Ariño - ISBN: 978-84-693-0994 978-84-693-0994-0 -0

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Edita: Publicacions de la Universitat Jaume I. Servei de Comunicació i Publicacions   Campus del Riu Sec Sec.. Edifci Rectorat i Serveis Centrals. 12071 Castelló de la Plana   http://www.tenda.uji.es http://www.tenda.uji.es e-mail: [email protected] Col·lecció Sapientia, 31 Primera edició, 2010 www.sapientia.uji.es ISBN: 978-84-693-0994-0  

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´ Indice general

´ Indice general

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1. Introducc Introducci´ i´ on on a los Automatismos

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1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1. 6.

Introdu Introducci cci´´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Defi Definic nici´ i´ on de Automatismo . . . . . . . . . . . . Cla Clasifi sificaci caci´´oon n tecnol´ogica . . . . . . . . . . . . . La segu gurridad en los au auto tom mati tissmos . . . . . . . . Repres Representac entaci´ i´oon n de los automatismos . . . . . . Au Autom tomati atism smos os com combi binac nacio iona nale less y secu secuenc encia iale less .

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2.1. Des Descripc cripci´ i´ oon n tecnol´ogi o gica del au auto tom mati tissmo . . . . . . . . . . . . 2.2. Detectores de proximidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3. Finales de carrera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4. Caracter Caracter´´ıstic ısticas as de los detectore detectoress sin contacto. Tipos de salid salidaa . 2.5. Con Conexi exi´on ´o n de detectores en serie y en paralelo . . . . . . . . . . 2.6. Det Detecto ectores res ´oopti ptico coss o foto fotoel el´´ectr e ctric icos os . . . . . . . . . . . . . . . . 2.7. 2.7. De Dete tect ctor ores es de pr prooximi mida dad d in indu duct ctiivos . . . . . . . . . . . . . . 2.8. 2.8. De Dete tect ctor ores es de pr prooximi mida dad d ccap apac aciiti tiv vos . . . . . . . . . . . . . . 2.9. Otros ros dete tecctore ores de prox roximidad . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.10. Otros detectores (de nivel, de presi´on, o n, de te tempe mpera ratu tura ra)) . . . . 2.11. Transductores de posici´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.12. Otros transductores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.13. Actuadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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3. Modelado Modelado de sistemas sistemas de evento eventoss discretos. discretos... .. GRAFCET GRAFCET

Sistemas de eventos tos discre rettos . . . . . . . . . . . . . . . . Mod odel elad adoo m med edia ian nte di diag agra ram ma de esta estado doss . . . . . . . . . . Las redes de Petri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dia Diagram gramaa de etap etapaa trans transici ici´on: ´o n: El Grafcet . . . . . . . . . . Ejemplos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dise˜ Dise˜ n noo estructurado de automatismos . . . . . . . . . . . . Forzado de Grafcets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Je Jera rarq rqu u´ıa entr entree Gr Graf afce cets ts pa parc rcia iale less . . . . . . . . . . . . . .

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2. Tecnolog´ ecnolog´ıa de la Automatizaci´ on on Industrial

3.1. 3.2. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6. 3. 6. 3.7. 3.8. 3.8.

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4. Gu´ Gu´ıa de estudio estudio de los modos de marcha marcha y paro: paro: GEMMA GEMMA

4.1. 4.2. 4.3. 4.4.

Introduc Introducci´ ci´ on . . . . . . . . . . . . Des Descri cripci´ pci´ on de la Gu´ıa GEMMA Uti Utiliz lizaci aci´´on de la Gu´ıa GEMMA . Ejemplos . . . . . . . . . . . . . .

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5. El Aut Aut´ omata omata Programable Industrial ´

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5.1. Defi Definic nici´ i´ on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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55.3. .2. 5.4. 5. 5.5. 5. 5.6. 5.7. 5.8. 5.9.

A rqustituci ittuci´ ectu´orna fd´ıseilcA Con Consti a PI. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. Des Descri cripci´ pci´ on funcional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . M´ oodulos dulos de entrada/salida y m´oodulos dulos de comunicaci´on . . . Uni Unidade dadess de progr programac amaci´ i´ on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prog Programa ramaci´ ci´ oon n de los aut´oomatas matas pro program gramabl ables es ind indust ustrial riales es . . Cri Criteri terios os de se selec lecci´ ci´ oon n de un aut´oomata mata pro programable gramable indus industrial trial Caracter Caracter´´ıstic ısticas as de un PLC comerci comercial. al. CQM CQM11 de OMRO OMRON N . .

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Introduc Introducci´ ci´ on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Imple Implemen mentaci´ taci´ oon n del algo algoritm ritmoo de cont control rol a parti partirr del Grafc Grafcet et . Imple Implemen mentaci´ taci´ oon n del al algori goritmo tmo d dee con control trol ccuand uandoo ha hay y forz forzados ados Imple Implemen mentaci´ taci´ oon n del alg algorit oritmo mo de con control trol en ot otras ras pla platafo taformas rmas

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7. Sistemas Sistemas de control control distribuid distribuido o

7.1. 7.2. 7. 2. 7.3. 7.4. 7.5. 7.6. 7. 6. 7.7. 7.8.

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6. Impleme Implementa ntaci´ ci´ o on n de sistemas de control secuencial...

6.1. 6.2. 6.3. 6.4.

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Introduc Introducci´ ci´ on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Niv Niveles eles de un sist sistem emaa d dee ccon ontr trol ol di dist stri ribu buid idoo . . . . Rede Redess de com comuni unicac caci´ i´ on . . . . . . . . . . . . . . . . Enl Enlace acess eest´ st´ anda a ndare ress p par araa ccom omun unic icac acio ione ness d dig igit ital ales es . Buses de campo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Et Ethe hern rnet et co como mo red red d dee cam campo: po: Et Ethe hern rnet et co conm nmut utad adaa Rede Redess Inal Inal´a´ m b r i c a s . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistemas SCADA . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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A. Ejercicios sobre sensores y actuadores

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B. Problemas de dise˜ no no de automatismos

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Bibl Bi blio iogr graf´ af´ ıa

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CAP´ ITULO 1 ´ INTRODUCCION A LOS AU AUTOM TOMA ATISM TISMOS OS

´ 1.1 INTROD INTRODUCCI UCCION

En las u ultimas ´ltimas d´eecadas cadas se ha seguido la tendencia de aut automatizar omatizar de manera progresiva procesos productivos de todo tipo. Esta tendencia ha sido y sigue siendo posible p osible gracia graciass al desarrollo y abara abaratamiento tamiento de la tecno tecnolog log´´ıa necesaria. La automati automatizaci´ zaci´ oon n de los procesos de producci´on on persigue los objetivos: Mejorar la calidad y mantener un nivel de calidad uniforme. Producir las cantidades necesarias en el momento preciso. Mejorar la productividad y reducir costes. Hacer m´aass flexible el sistema productivo (facilitar los cambios en la producci´oon). n). Estos objetivos se han convertido de hecho en requisitos indispensables para mantener mant ener la competitiv competitividad, idad, por lo que el aumento del nivel de automati automatizaci´ zaci´ oon n de los procesos es simplemente una necesidad para sobrevivir en el mercado actual. Se pue pueden den dis distin tingui guirr vario arioss niv nivele eless en la auto automati matizaci zaci´´oon n de un proceso productivo: 1. Nivel de m´aaquina. quina. En este nivel se considera la automatizaci´on on de una m´aquina aquina que realiza una tarea productiva simple determinada. 2. tizado Niv Nivel el de eelula lula (de grupo). En este nivel se consid considera era el control automadec´ un conjunto de m´aaquinas quinas que trabajan conjunta y coordinadamente para realizar un proceso de producci´oon n m´aass complejo. 3. Niv Nivel el de planta. En este nivel se considera el control control automatizado de toda la planta de producci´oon n que trabaja de forma coordinada para cumplir unos objetivos de producci´oon n global de la f´abrica. abrica. 4. Nivel de empresa. En este nivel se considera el conjunto de la empresa (gesti´oon, n, ventas, producci´oon). n).

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Los niveles 3 y 4 requieren de una red inform´aatica tica que permita el flujo de todos los datos de la empresa relacionados con la producci´oon n y la gesti´oon. n. En esencia estos niveles se implementan mediante ordenadores conectados entre s´ı y con las c´eelulas lulas de producci´oon n del nivel 2. En el nivel 2 puede haber una red local de comunicaci´oon n entre los distintos elementoss d elemento dee un unaa c´eelula lula (si las m m´´aaquinas quinas est´ aan n muy separadas). La implementaci´on on de los niveles 1 y 2 se realiza mediante sensores, accionadores y equipos de control. automatismo es en esencia unalosm´ aaquina quina 1o yun2.proceso automatizado. LosUn automatismos definen, por tanto, niveles ´ 1.2 DEF DEFINICI INICION DE AUTO AUTOMA MATISMO TISMO

Se define un sistema (m´aaquina quina o proceso) automatizado como aquel capaz de reaccionar de forma autom´aatica tica (sin la intervenci´oon n del operario) ante los cambios que se producen en el mismo, realizando las acciones adecuadas para cumplir la funci´oon n para la que ha sido dise˜n nado. ado. La figura 1.1 muestra la estructura t´ıpica de un sistema automatizado. Actuadores

  Proceso

Sensores

Sistema de control

Información   Consignas Operador 

Figura 1.1: Estructura de un sistema automatizado.

Como se observa, se trata de un sistema en bucle cerrado, donde la informaci´oon n sobre los cambios del proceso captada por los sensores es procesada dando lugar a las accione accioness necesar necesarias, ias, que se impl implemen ementan tan f´ısic ısicamen amente te sobre el proceso por medio de los actuadores. Este sistema de control se comunica eventualmente even tualmente con el operador operador,, recibiendo de ´eeste ste consignas de funcion funcionamienamiento, tales ta les como marcha, paro, cambio de caracter caracter´´ısticas de producci´on, on, etc... y comunic´ aandole ndole informaci´on on sobre el estado del proceso (para la supervisi´oon n del correcto funcionamiento). Se denomi denomina na automatismo automatismo al sistem sistemaa comple completo, to, aunque con este t´eermino rmino suele hacerse hacer se refer referencia encia ffundamentalmente undamentalmente al sistema de control, ya que es ´eeste ste el que produce de forma autom´aatica tica las acciones sobre el proceso a partir de

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la informaci´oon n captada por los sensores. Las se˜ n nales ales de entrada y de salida pueden ser de cualquier tipo, sin embargo el concepto tradicional de automatismo se utiliza pa para ra sistemas de even eventos tos discretos ((tambi´ tambi´ een n llamados sistemas secuenciales) en los que esas se˜ n nales ales son binarias, es decir, solo pueden tomar 2 valores, activa o inactiva (estos valores suelen representarse como un 1 ´o un 0). En ese caso el sistema de control implementa el algoritmo de l´oogica gica binaria que relaciona los valores que van tomando en cada instante las entradas (1 ´o 0) con los valores que deben ir tomando en cada instante las salidas (tambi´een n 1 o´ 0) para que el sistema funcione adecuadamente. ´ ´ 1.3 CLASIFICACION TECNO TECNOL LOGICA

En funci´oon n de la tecnolog tecnolog´´ıa empleada para la implementaci´ oon n del sistema de control, se puede distinguir entre automatismos cableados y automatismos programados. Automatismos cableados.

Se implementan por medio de uniones f´ıısicas sicas entre los elementos que forma forman n el sistema sist ema d dee contr control ol (p (por or ej ejemplo, emplo, contact contactores ores y rel´eess un unidos idos entre s´ı p por or cables ca bles el´eectricos). ctricos). L Laa estr estructura uctura de cone conexionado xionado entre los distintos elementos da lugar a la funci´oon n l´oogica gica que determina las se˜ n nales ales de salida en funci´oon n de las se˜n nales ales de entrada. Se pueden distinguir tres tecnolog tecnolog´´ıas diferentes: Fl Flu u´ıdi ıdica ca (neu (n eum´ m´aatica tica o hidr´aaulica). ulica). El´ectric ect ricaa (re (rel´ l´eess o cont contact actor ores) es).. Electr´oonica nica est´aatica tica (puertas l´oogicas gicas y biestables). Los inconvenientes fundamentales de los automatismos cableados son: Ocupan mucho espacio. Son muy poco flexibles. La modificaci´oon n o ampliaci´oon n es dif di f´ıcil. ıci l. Solo permiten funciones l´oogicas gicas simples. No sirven para implementar funciones de control o de comunicaci´oon n complejas. Las ventajas de los automatismos cableados son: Pueden ser muy robustos. Bajo coste para sistemas muy sencillos. Es una tecno tecnolog log´´ıa muy f´aacil cil de entender por cualquier operario. En general se puede afirmar que los automatismos cableados solo tienen utilidad para resolver problemas muy sencillos (por ejemplo un arranque estrellatri´aangulo ngulo de un motor de inducci´oon). n).

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Automatismos programados.

Se implementan por medio de un programa que se ejecuta en un microprocesador. Las instrucciones de este programa determinan la funci´oon n l´oogica gica que relaciona las entradas y las salidas. Se pueden distinguir 3 formas de implementaci´ oon: n: Aut´oomata mata programable industrial. Hoy por hoy es el que m´aass se utiliza en la industria. Es un equipo electr´oonico nico programable en un lenguaje espec esp ec´´ıfic ıfico, o, dise dise˜ nado n ˜ado para controlar en tiempo real y en ambiente de tipo industrial procesos secuenciales. Se utilizan para el control de m´aaquinas quinas y procesos. Ordenador (PC industrial). Cada vez se utilizan m´aas. s. Son ordenadores compatibles con los PC de sobremesa en cuanto a software, pero cuyo hardware est´a especialmente dise˜ n nado ado para ser robusto en entornos industriales. Microcontrolador. Son circuitos integrados (“chips”) programables, que incluyen en su interior un micropro microprocesador cesador y la memoria y los p perif´ erif´eericos ricos necesarios. Para utilizarlos, normalmente se dise˜n naa una tarjeta electr´onionica espe especc´ıfica para la aaplicac plicaci´ i´oon, n, que incluye el propio microcontrolador y los circuitosyelectr´ oonicos nicos de para sistemas poder conectarse los sensores actuadores. Se interfaz utilizan necesarios sobre todo para de controla de m´aquinas aquinas de las que se van a fabricar muchas unidades, de forma que la reducci´oon n de coste por el n´ u umero mero de unidades fabricadas justifica la mayor dificultad (y mayor coste) del dise˜n no. o. Las ventajas m´as as importantes de los automatismos programados son: Permiten una gran flexibilidad para realizar modificaciones o ampliaciones. Permiten implementar funciones de control y de comunicaci´oon n complejas. Ocupan poco espacio. Los inconvenientes respecto de los sistemas cableados son fundamentalmente el mayor coste (solo si el sistema es muy sencillo), la menor robustez y la mayor may or comple complejidad jidad de la tecnolo tecnologg´ıa. Sin embargo embargo estos incon inconve venien nientes tes cada vez lo son menos, pues el coste se reduce continuamente, cada vez se disen nan ˜ an equipos m´as as robustos, y los sistemas de programaci´oon n son cada vez m´aass sencillos. En resumen, se puede afirmar que la tecnolog´ııaa progr programada amada (y en esp especial ecial los aut´oomatas matas programables) es superior a la tecnolog tecnolog´´ıa cablead cableada, a, salv salvoo en automatismos automati smos que sean extrema extremadamen damente te simpl simples. es.

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Las naturaleza f´ısica de las se˜n nales ales de entrada y salida depende de la tecnolog´´ıa del automatismo. Por ejemplo, un automatismo puramente n nolog neum´ eum´aatico tico tiene como entradas se˜ n nales ales de presi´oon n de aire, y dan como salida se˜ n nales ales de presi´oon n de aire. Lo m´aass habitual en la industria son los automatismos de naturaleza el´eectrica ctrica (cableados o prog programados). ramados). En este caso las se se˜ n nales ˜ales de entrada y de salida son se˜nales nales el´eectricas. ctricas. Los sensores se encargar´an an de convertir las magnitudes magnit udes f´ısicas en se˜n nales ales el´eectricas, ctricas, mientras los actuadores transforman las se˜ n nales ales el´eectricas ctric as en acciones accio nes f´ısicas sobre el pro proceso. ceso. 1.4 LA SEGURID SEGURIDAD AD EN LOS AU AUTOM TOMA ATISM TISMOS OS

Un aspecto que tiene especial importancia en la implementaci´oon n de auto  ´ matismos es la seguridad. Esta se debe tener en cuenta de dos formas. Por una parte se debe definir la secuencia de operaciones del proceso de forma que se garantice en todo momento la seguridad de los operarios. Por ejemplo, una prensa en la que el op operario erario introduce una chapa chapa para despu´es es darle al pulsador de marcha. La secuencia del auto automatismo matismo deb deber er´´ıa p permitir ermitir la puesta en marcha de la prensa solo cuando el operario pulsa de forma simult´aanea nea dos pulsadores separados. De esta forma se garantiza que las dos manos quedan fuera de la prensa cuando ´eesta sta act´u ua. a. Tener en cuenta la seguridad en la secuencia del automatismo no es, sin embargo suficiente, ya que si por alguna raz´oon n falla el sistema de control pueden producirse situaciones de peligro. En funci´oon n del nivel de riesgo puede ser necesario utilizar en la implementaci´oon n una tecnolog tecnolog´´ıa adecuada que garantice la seguridad. Por ejemplo, si el automatismo se implementa mediante un aut´oomata mata programable y se quiere garantizar que la apertura de una puerta produzca la parada instant´aanea nea de la m´aaquina, quina, no basta con definir la secuenciaa para que as cuenci as´´ı sea, sino que hay que utili utilizar zar un int interruptor erruptor y un rel rel´´e de seguridad que corte la alimentaci´oon n de la m´aaquina quina independientemente del aut´oomata mata programable que la controla. La tecnolog tecnolog´´ıa utilizada en la implementaci´ oon n del automatismo deber´a tener en cuenta la seguridad, pudiendo ser necesaria la utilizaci´oon n de elementos especiales para implementar alguna de las funciones del automatismo. 1.5 REPRESENTA REPRESENTACI CION ´ DE LOS AUT AUTOMA OMATISMOS TISMOS

La funci´oon n l´ogica ogica implementada por un automatismo se puede representar de diversas formas. Las 2 formas tradicionales son la l´oogica gica de contactos y las puertas l´oogicas, gicas, que p permiten ermiten represen representar tar funcio funciones nes l´oogicas gicas sencillas. Hay otras formas de representaci´oon n del automatis automatismo mo que est´ aan n a un nivel superior. Sirven para definir funcionalmente un automatismo secuencial completo. Entre ellas se pueden destacar los diagramas de flujo y el GRAFCET.

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L´ ogica ogica de contactos (de rel´ e es). s). Las variables binarias se representan mediante contactos que est´aan n cerrados o´ abiertos seg´ u un n est´e activa (1) o inactiva (0) la variable en cuesti´oon. n. La combinaci´oon n (conexi´oon) n) de contactos en serie y paralelo permite representar una funci´oon n l´oogica. gica. Por ejemplo, la figura 1.2 representa la funci´oon n l´oogica gica y  =  a · b+ c. a

 

y

b

c

Figura 1.2: Funci´ o on n l´ ogica ogica  y  =  a  · b  +  c.

La l´ınea vertical izquierda representa tensi´oon n (por ejemplo 24 V) mientras la l´ınea ver vertical tical derec derecha ha represe representa nta la masa (0 V). Si   a   y   b   est´an an activas los contactos est´aan n cerrados, y la salida (bobina)  y  queda sometida a 24 V, con lo que se activa. Lo mismo sucede si   c  est´   est´a activa. El origen de esta representaci´oon n est´a en la implementaci´on on f´ısic ısicaa med median ian-te contactores, que fue la primera forma que se utiliz´o para implementar los automatismos. automati smos. De hec hecho ho la represe representaci ntaci´´oon n del diagrama de contactos es directamente el ccablea ableado do de los ccontact ontactores. ores. Hoy en d´ıa la mayor mayor´´ıa d dee au automat tomatismos ismos son programados, pr ogramados, sin embargo ´eesta sta sigue siendo la fo forma rma m´as as habitual de representar las ecuaciones l´oogicas gicas de los automatismos. La representaci´oon n de cont contactos actos suele utilizar los s´ım ımbolos bolos de la figura 1.3, en lugar de los interruptores. a

b

 

y

Figura 1.3: Representaci´ on on en diagrama de contactos de   y  =  a  ·  b  +  c.

Puertas l´ o ogicas. gicas. La funci´oon n l´oogica gica se representa mediante compuertas l´oogicas gicas (puertas AND, NAND, OR y NOR). Por ejemplo, la la figura 1.4 representa la funci´oon n l´oogica gica y  =  a  ·  b  +  c . Es la representaci´oon n utilizada cuando el automatismo se implementa con circuitos electr´oonicos nicos digitales.

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a b

y

c Figura 1.4: Representaci´ on on medi mediant antee puert puertas as l´ o ogicas gicas de  y  =  a  · b  + c.

Diagrama de flujo.

Es una forma de representaci´oon n de m´aass alto nivel que las dos anteriores. Consiste en un diagrama con dos tipos de elementos, los nodos de decisi´on on y los nodos de actuaci´oon n o tratamiento. Por ejemplo, el diagrama de flujo de un arrancador estrell estrella-tri´ a-tri´ angulo angulo se puede representar mediante diagrama de flujo tal y como muestra la figura 1.5. Inicio

 NO

¿Pulsador M activado? SI

Conectar en estrella. Poner en marcha el temporizador 

 NO

¿Temporizador  finalizado? SI Conectar en triángulo.

 NO

¿Pulsador P activado? SI Desconectar el motor.

Figura 1.5: Diagrama de flujo del arrancador estrella tri´ a angulo. ngulo.

Esta forma de representaci´oon n de alto nivel explica el funcionamiento del automatismo. Sin embargo, para la implementaci´oon n final en el equipo de control (aut´oomata mata programable por ejemplo) es necesario traducir el diagrama de flujo a una representaci´oon n de bajo nivel (como el diargama de contactos, por ejemplo).

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GRAFCET.

Tambi´een n se trat trataa d dee una repr representaci´ esentaci´oon n de alto nivel de los automatismos. Se llama tambi´ een n diagrama de etapa-transici´oon. n. En esta representaci´oon n se tienen cuadrados que representan las etapas del automatismo, y transiciones entre ellas. El ejemplo del arrancador anterior se puede representar como se muestra en la figura 1.6:

Motor desconectado Motor  desconectado

0

M activo Activa temporizador Conexión en estrella

1

Fin temporizador Conexión en triángulo

2

P activo

Figura 1.6: Diagrama Grafcet del arrancador estrella tri´a angulo. ngulo.

Estas form Estas formas as de repr represe esent ntaci aci´´oon n del automatismo de alto nivel son muy utiles u ´tiles para explicar el funcionamiento del proceso y facilitar el dise˜n no. o. La implementaci´ on on final, sin embargo, se hace generalmente con la representaci´oon n de contactos, por lo que es necesario traducir estos diagramas a esa forma de representaci´oon n de bajo nivel. Algunos aut´oomatas matas programables industriales permiten ser programados utilizando diagramas GRAFCET de alto nivel, realiz´aandose ndose de forma autom´aatica tica la traducci´oon n al lenguaje de bajo nivel de forma transparente para el usuario. 1.6 AUT AUTOMA OMATISMOS TISMOS COMBINAC COMBINACIONALES IONALES Y SECUENCIALES

Un automatismo combinacional es aquel en el que el valor de las salidas en un instante depende ´u unicamente nicamente del estado en ese mismo instante de las entradas (y no de los valores pasados). Los m´eetodos todos para dise dise˜ n nar ˜ar estos automatismos son los propios de la electr´oonica nica digital combinacional: tablas de verdad y m´etodos eto dos de simplific simplificaci´ aci´on on (Karnaugh). Estos automatismos son muy limitados y rara vez sirven p por or s´ı solos para resolv resolver er problem problemas as de automati automatizaci´ zaci´ oon n reales. Un automatismo secuencial es aquel en el que el valor de las salidas en un instante depende del valor de las entradas no solo en el instante actual, sino del valor que han ido tomando en instantes anteriores, es decir, las salidas actuales dependen dep enden de la historia del proceso. Existen m´eetodos todos tradicionales en electr´oonica nica digital para dise˜ n nar ar circuitos que implementen esos automatismos

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secuencia secuen ciales les.. En ese esenci nciaa se trat trataa de des descri cribir bir el auto automati matismo smo med median iante te un diagrama de estados. A cada estado se le asigna una combinaci´oon n de variables binarias. El valor de los estados sirve para memorizar la historia pasada del proceso. A continuaci´oon n se construye la tabla de transiciones, y a par partir tir de ´esta esta se obtienen los circuitos combinacionales que completan el sistema. El esquema final es el representado en la figura 1.7

Entradas

Circuito

Salidas

combinacional

Biestables

Figura 1.7: Esquema Automatismo combinacional-secuencial.

Los biestables memorizan el estado actual del proceso, y el circuito combinacional determina las salidas hacia el proceso y el cambio de esos estados en funci´oon n de las entradas y los propios estados. El circuito combinacional tiene, por tanto dos partes. Una de ellas se encarga de ir cambiando los valores de los biestables seg´ u un n va cambiando el proceso (para saber en todo momento el estado del mismo). La otra parte se encarga de activar las salidas hacia los actuadores en funci´oon n de las entradas y del estado actual. Los m´eetodos todos de dise˜n noo de circuitos secuenciales utilizados en electr´oonica nica digital son u utiles ´tiles para resolver problemas sencillos. Si el automatismo es muy complejo el circuito que se obtiene puede llegar a ser complicado, con la consiguiente dificultad en su dise˜ n noo e implementaci´oon, n, aunque en la pr´actica actica el mayor inconveniente es la falta de flexibilidad para realizar modificaciones o ampliaciones posteriores. Los automatismos secuenciales implementados habitualmente en la industria son programados. Los m´eetodos todos de dise˜n noo de estos automatismos son, en cierta forma, parecidos al anterior. En primer lugar se realiza una descripci´oon n de alto nivel del automatismo (mediante el GRAFCET, por ejemplo), y a partir de ´eell se definen las funciones l´oogicas gicas necesarias para implementarlo. El estado del proceso se memoriza en una serie de variables, siendo esas funciones l´oogicas gicas las que determinan los cambios de esas variables (para actualizar el estado del proceso conforme ´eeste ste evoluciona) y de las salidas. Sin embargo, hay diferencias importantes que simplifican en gran medida el dise˜n noo y la implementaci´ oon n de automatismos complejos en dispositivos programables. Adem´aas, s, la modificaci´oon n o ampliaci´on on del automatismo resulta muy sencilla.

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CAP´ ITULO 2 ´ TECNOLOG´ IA DE LA AUTOMATIZACION INDUSTRIAL

´ TECNOLOGICA ´ 2.1 DESCRIPCION DEL AUTOMATISMO

La descripci´oon n tecnol´oogica gica del automatismo es el conjunto de elementos f´ısicos que lo for forman. man. En concreto, estos elementos son los sensores, los actuadores y el sistema de control. Por otra parte est´a la descripci´oon n funcional, que se refiere refier e a las car caracter acter´´ısticas de funcionamiento del sistema auto automatizado. matizado. Los sensores son los elementos que permiten obtener informaci´oon n de lo que sucede en el proceso. Se pueden distinguir dos tipos de sensores, seg´u un n la informaci´oon n que proporcionan: Detectores. Son los sensores que proporcionan una salida binaria (activa

o inactiva). Son los que m´aass se utilizan en los automatismos secuenciales. Los m´as as frecuentes son los detectores de proximidad, que normalmente detectan la presen presencia cia de un objeto, aunque tambi´ een n son frecuen frecuentes tes los detectores de nivel, de temperatura o de presi´oon. n. Captadores. Son los sensores que proporcionan una salida continua pro-

porcional a una magnitud f´ıısica. sica. Esta salida puede ser anal´oogica gica (en tensi´oon n o en corriente), o digital (codificada en binario, o en forma de pulsos). Los captadores se utilizan en los sistemas de control continuo (como los PID), en los que se controla una variable continua. En automatismos secuenciales tambi´ een n son frecuentes, utiliz´aandose ndose el valor continuo para obtener un valor binario mediante comparaci´oon n con un l´ımite determinado (la temperatura es superior o inferior a 70 , por ejemplo). o

Los actuadores son los elementos que permiten traducir las se˜ n nale a less el´eectr ctric icas as de salida del sistema de co control ntrol en actuaciones f´ısicas sobr sobree el proceso. Fundamentalmente pueden ser neum´aaticos, ticos, hidr´aaulicos ulicos o el´eectricos. ctricos. En los tres casos se distingue entre preactuadores y actuadores actuadores.. Los preactuadores neum´ aticos aticos e hidr´aaulicos ulicos son las electrov´aalvulas, lvulas, mientras los actuadores son principalmente los cilindros cilin dros ((aunque aunque tambi´een n hay aactuad ctuadores ores de giro n neum´ eum´aaticos ticos o hidr´aaulicos). ulicos). Los preactuadores el´eectricos ctricos pueden ser los rel´es es o contactores, o equipos m´aass

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complejos como co mo variadores de ffrecuencia, recuencia, mientras que los act actuadores uadores el´eectrictricos por excelencia excelencia son las m´aaquinas quina s el´eectricas ctri cas (p (princip rincipalmente almente rota rotativas tivas aunque tambi´een n las hay de movimiento lineal lineal). ). Tambi´een n son actua actuadores dores el´eectricos ctr icos las resistencias calefactoras. El sistema de control est´a formado normalmente por un aut´oomata mata programable industrial (aunque tamb tambi´ i´een n puede ser un PC indust industrial rial o una tarjeta basada en microcontrolador). 2.2 DETECTO DETECTORES RES DE PRO PROXIMIDA XIMIDAD D

Definici´oon: n: los detectores de proximidad son aquellos que se activan o desactivan en funci´oon n de la presencia o ausencia de un objeto. Clasificaci´on: on: los detectores de proximidad se pueden clasificar por el principio f´ısico en que se basan en: Final de carrera (mec´aanico). nico). Fotoel´ Foto el´eectr ctric icoo ((´´ooptico). ptico). Inductivo. Capacitivo. Magn Ma gn´´etic et ico. o. Ultrasonidos. Los m´as as simples son los finales de carrera, ya que se basan en la apertura o cierre de un interruptor p por or el contacto f´ısico del ob objeto jeto a d detectar. etectar. El resto de detectores no necesitan el contacto del objeto, pero en cambio requieren de una electr´oonica nica adicional que procesa la se˜n nal al correspondiente para decidir si hay o no un objeto en la proximidad, activando en su caso la salida correspondiente. En el caso de los finales de carrera, la salida del detector es siempre un contacto que abre o cierra, mientras que el resto de detectores puede tener una salida de contacto (o rel rel´´ee), ), o bien de otros tipos (transi (transistor stor o triac, por ejempl ejemplo). o). 2.3 FINA FINALES LES DE CARR CARRERA ERA

Son interruptores que se abren o cierran debido al contacto f´ısico del objet objetoo a detectar. Pueden tener un solo contacto, o varios de ellos. Es habitual que tengan un contacto normalmente cerrado y otro normalmente abierto. Estos contactos suelen tener una tensi´on on nominal de 240V, y una corriente de varios amperios. Se pueden conectar entre la alime alimentaci ntaci´´oon n y la carga, o entre la carga y masa. La carga puede ser la bobina de un contactor contactor o rel rel´´ee,, o cualqu cualquier ier elemento elemento que se active al conectar sus bornes a una diferencia de tensi´oon. n. Un ejemplo t´ıpico de carga es la entrada digita digitall de un aut´oomata mata programable. La figura 2.1 muestra una entrada digital a 24 V de un aut´oomata mata programable y la bobina de un contactor o electrov´aalvula lvula representando la carga est´aandar. ndar.

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Figura 2.1: Representaci´ o on n de una carga est´ a andar. ndar.

La carga se activar´a cuando quede sometida a su tensi´ oon n nominal. La entrada del aut´oomata mata se activa a 24 V, tanto de tensi´oon n continua como de alterna. La bobina puede activarse a 24 V de continua, 24 V de alterna o 220 V de alterna, seg´ u un n el tipo de bobina. El circuito de salida del detector ser´a el que, al activarse, pondr´a la carga a tensi´oon n tal y como muestra la figura 2.2. Vcc

 

Vcc

LOAD

LOAD

Figura 2.2: Activaci´ on on de la carga.

La forma de actuaci´oon n (el elemento de mando con el que el objeto contacta) puede ser: Pulsador. Pulsador con roldana. Palanca. Palanca con roldana. Palanca flexible.  

Figura 2.3: Finales de carrera con diferentes elementos de mando, de Schneider Electric.

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Los finales de carrera pueden tener un u unico ´ nico contacto NO o NC, pero normalmente incorporan al menos dos contactos tal y como se muestra en la figura 2.4

Figura 2.4: Contactos NO y NC.

Seg´ un un la forma en que se produce la apertura y cierre de los contactos se pueden distinguir dos tipos: De ruptura lenta. Es el movimiento del objeto detectado el que direc-

tamente produce el movimiento de los contactos provocando su apertura o cierre. Funciona bien si el objeto no se mueve a una velocidad demasiado baja. El diagrama de funcionamiento es el indicado en la figura 2.5

A

Contacto 1 Contacto 2 B C

Figura 2.5: Contacto de ruptura lenta: A = carrera total, B = carrera de accionamiento/desaccionamiento del Contacto 1, C = carrera de accionamiento/desaccionamiento del Contacto 2.

A = carrera total. B = carrera de accionamiento/desaccionamiento del contacto 1. C = carrera de accionamiento/desaccionamiento del contacto 2. En la posici´on on del extremo izquierdo (donde el objeto no toca el final de carrera), el Contacto 1 est´a cerrado y el 2 abierto. Cuando el objeto ha desplazado al elemento de mando una distancia B, el Contacto 1 se abre, y el 2 permanece abierto. Cuando el objeto desplaza al elemento de mando una distancia C, el Contacto 2 se cierra, permaneciendo abierto el Contacto 1. Cuando el objeto se retira, el proceso de activaci´ oon/desactivaci´ n/desactivaci´ oon n sigue el mismo esquema: al llegar a C se abre el Contacto 2, y al llegar a B se cierra el Contacto 1.

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De ruptura brusca. El mecanismo de apertura y cierre dispone de unos

muelles, de forma que cuando el objeto sobrepasa una posici´oon, n, estos muelles saltan y producen el cierre (o apertura) brusca de los contactos. Funcionan bien aunque el objeto a detectar se mueva muy despacio.

A Contacto 1 Accionamiento

Contacto 2 Contacto 1

Desaccionamiento

Contacto 2 B C

D

Figura 2.6: Contacto de ruptura brusca: A = carrera total, B = carrera de accionamiento, C = carrera de desaccionamiento, D = hist´ eresis. eresis.

En este caso, hay un diagrama de apertura para el accionamiento (cuando el objeto se aproxima al elemento de mando) y otro para el desaccionamiento (cuando el objeto se aleja del elemento de mando), ya que la posici´on on en que saltan los muelles es distinta en los dos casos tal y como se muestra en la figura 2.6. En el momento en que saltan los muelles, un contacto se abre y el otro se cierra de forma instant´anea. anea. Los finales de carrera se utilizan normalmente para detectar el movimiento de mecanismos (el final de carrera de un mecanismo), es decir, para detectar la posici´oon n de una parte m´oovil vil de una m´aaquina, quina, no para detectar objetos (productos) que se manipulan, aunque en alguna ocasi´oon n pueden utilizarse para detectar objetos (por ejemplo, cajas grandes que se manipulan). 2.4 CARACTER´ ISTICAS DE LOS DETECTORES SIN CONTACTO. TIPOS DE SALIDA

El final de carrera es el ´u unico nico elemento que necesita que el objeto a detectar contacte conta cte f´ısic ısicamen amente te con el senso sensor. r. Los dem´ aass tipos detectan el objeto sin contacto conta cto f´ısic ısico. o. Para estos detector detectores es sin cont contacto acto se definen dos conjun conjuntos tos fundamentales funda mentales de carac caracter´ ter´ıısticas: sticas : Caracter Carac ter´ ´ısticas ısti cas de detecci´ dete cci´ on on. Materiales que puede detectar, distan-

cia de detecci´oon, n, hist´eeresis. resis. Estas carac caracter´ ter´ıısticas sticas dep dependen enden mucho de dell ttipo ipo de detector, por lo que se describir´aan n para cada tipo por separado. n nal al de salida Caracter´ Caracter ´ısticas de salida y alimentaci´ on on. Tipo de se˜ que proporcionan prop orcionan (t (transistor, ransistor, rel´ee,, triac, etc.), frecuencia (o reta retardo) rdo) de

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conmutaci´ oon, n, tensi´oon n de alimen alimentaci´ taci´ oon. n. E Estas stas cara caracter´ cter´ısticas ıstica s so son n comunes co munes para todos los tipos (excepto los finales de carrera). Respecto a las ca caracter racter´´ısticas de salida y aalimentaci´ limentaci´ oon, n , ´eesta s tass est´ est ´aan n relacionadas con la forma de conexi´oon n de la carga sobre la que act´u uaa la salida del detector. En el mercado hay muchos modelos con salidas y alimentaci´oon n diferentes. diferentes. Los siguientes tipos son los m´aass utili utilizados: zados: 3 hilos NPN, con alimentaci´oon n continua (normalmente 24 V). 3 hilos PNP, con alimentaci´oon n continua (normalmente 24 V). n continua. NPN / PNP programable con programable  con alimentaci´oon 2 hilos con alimentaci´on on continua o alterna. Con salida a rel´ee.. Alimenta Alimentaci´ ci´oon n alterna o continua. Salida anal´oogica. gica. 2 hilos NAMUR. Otros. Salida triac, salida MOSFET, etc. 3 hilos NPN, con alimentaci´ o on n continua Vcc

L

Figura 2.7: Detector con salida tipo NPN.

La carga se conecta tal y como muestra la figura 2.7 entre el colector del transistor y Vcc (que suele ser 24 Vdc), de forma que cuando el transistor est´a cortado, la carga est´a en circuito abierto, mientras que cuando el transistor satura, la carga queda sometida pr´acticamente acticamente a la tensi´oon n de alimentaci´on on (la ca´ıda ıda de ten tensi´ si´oon n del transistor es menor de 1 V en saturaci´oon). n). Normalmente suele ser NO. En ese caso el transistor satura cuando se detecta el objeto, estando en corte cuando no se detecta. T Tambi ambi´´een n puede ser NC, actuando al contrario, o tener dos salidas (en ese caso tiene 4 hilos), una NO y otra NC. El tiempo de retardo de este tipo de salida (tiempo transcurrido entre que se detecta el objeto y se satura el transistor) es muy bajo, estando en el rango de 30   µs   a 1   ms.

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La corriente m´aaxima xima que puede conducir el transistor en saturaci´on on suele ser del orden de 100 mA. Evidentemente la carga debe consumir una corriente inferi inf erior or a ´eesta. st a. La ca ca´´ıda de ten tensi´ si´oon n en saturaci´oon n es muy baja (menor de 1 V), por lo que a efectos de la carga se puede considerar como un cortocircuito. 3 hilos PNP, con alimentaci´ o on n continua Vcc

L

Figura 2.8: Detector con salida tipo PNP.

La carga se conecta tal y como muestra la figura 2.8 entre el colector del transistor y masa, de forma que cuando el transistor est´a cortado, la carga est´a en circuito abierto, mientras que cuando el transistor satura, la carga queda sometida pr´aacticamente cticamente a la tensi´oon n de alimentaci´ n, normalmente (la ca´´ıda de ca ten tensi´ si´oon n del transistor es menor de 1 Voon, en saturaci´oon). n). de 24 Vdc Existen modelos NO, NC y ambos (con 4 hilos), exactamente igual que en los NPN. Las dem´aass ca caracter racter´´ısticas ((tiempo tiempo de retardo y co corriente rriente m´aaxima) xima) son iguales a los NPN. NPN / PNP programable con alimentaci´ o on n continua Tiene dos transistores de salida, uno NPN y otro PNP, de forma que se puede seleccionar seleccionar cu´ aall de ellos se satura cuando se produce la detecci´on. on. Tiene 4 hilos: los 2 de alimentaci´on, on, el de salida y el de configuraci´oon. n. En funci´oon n de que el hilo de configuraci´oon n se conecte a masa o a tensi´oon, n, se posibilita la activaci´ oon n del transistor NPN o del PNP, con lo que la salida es NPN o PNP. 2 hilos con alimentaci´ o on n continua o alterna La carga se conecta tal y como se muestra en la figura 2.9 en serie (en el hilo que va a tensi´oon n o en el hilo que va a masa, indistintamente). El detector a 2 hilos trata de asemejarse al m´aaximo ximo a un contacto que se abre o se cierra (como el final de carrera). La diferencia con aquel es que cuando est´a en estado abierto (no detecta objeto) necesita consumir una corriente residual para que los circuitos electr´oonicos nicos internos de detecci´oon n funcionen. Por otra parte,

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Vcc

L

Figura 2.9: Detector con salida de 2 hilos.

cuando est´a en estado cerrado (se detecta un objeto) neces necesita ita tener una ca ca´´ıda de tensi´oon n m´ınima para que los circuitos funcionen. De esta forma se define: Corriente residual en estado abierto: suele ser del orden de 1 a 2 mA. Tensi´oon n residual en estado cerrado: suele ser del orden de 4 a 10 V. Hay que comprobar que tanto la tensi´oon n como la corriente residual son compatibles con la carga, es decir, si el detector est´a abierto, la corriente residual no debe activar la carga, mientras que si est´a cerrado, la tensi´oon n residual debe ser lo bastante baja para que la carga se active con la tensi´oon n que le queda (la alimentaci´oon n menos la tensi´oon n residual en estado cerrado). En el caso de alimentaci´oon n alterna a 240 Vac, eso no suele ser un problema. Cuando la alimentaci´ oon n es de 24 Vdc, po podr dr´´ıa haber un problema, p por or lo que es necesar necesario io comprobar que lo anterior se cumple. El elemento interno que produce la conmutaci´oon n puede ser un transistor, en cuyo caso el tiempo de respuesta es r´aapido pido (menor de 1 ms). Si el detector se alimenta en alterna a 240 V y el elemento que conmuta es un triac o un tiristor, el retardo es mayor (del orden de 10 ms) debido a que la conmutaci´on se produce en el paso por cero (retardo m´aaximo ximo de medio ciclo). Con salida a rel´ e. e. Alimentaci´ o on n alte alterna rna o con contin tinua ua

Suele tener 5 hilos, 2 de ellos son para la alimentaci´oon n del sensor, y los otros 3 son los ter terminales minales del contacto del rel´e (que est´a aislado de la alimentaci´oon). n). Cuando se detecta el objeto, el cont contacto acto del rel´e conm conmuta. uta. La carga se puede conectar como en una salida PNP (figura 2.11) o como en una salida NPN (figura 2.10). Adem´aas, s, se puede elegir conectarlo como NO o NC. Una caracter caracter´´ıstic ısticaa importan importante te es el aislamien aislamiento to galv´ aanico nico que hay entre la salida y la alimentaci´oon. n. La ventaja de este tipo de salida es que puede conmutar conm utar corrien corrientes tes de int intensid ensidad ad elev elevada ada (t´ (t´ıpicam ıpicamente ente hasta 5 A a 240 V), por lo que puede atacarse directamente una carga de bastante potencia. El inconveniente fundamental es que el n´ u umero mero de operaciones est´a limitado por el desgaste de los contactos, por lo que se debe sustituir cada cierto tiempo. Otro inconveniente es el elevado tiempo de retardo, que es del orden de 15 ms.

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Vcc

L

Figura 2.10: Detector con salida a rel´ e conectado como NPN, NC. Vcc

L

Figura 2.11: 2.1 1: Detector con salida a rel´ e conectado como PNP, NO.

Salida anal´ ogica ogica

La salida sa lida var var´´ıa de forma continua seg seg´ u un ´n cambia la magnitud detectada (que depende del tipo de sensor). Seg´u un n esto, ya no se tratar tratar´´ıa de un det detector ector sino de un captador. Sin embargo, se clasifican dentro de los detectores porque su objetivo no es medir la magnitud (no tienen precisi´on on para ello), sino simplemente dar una salida variable que permita distinguir entre varios objetos detectados. Por ejemplo, un detector inductivo con salida anal´oogica gica da una salida mayor cuanto m´aass cerca est´e el ob jeto a detectar detectar.. Esta salida se puede utilizar para distinguir si se trata de un objeto u otro. La salida puede ser en tensi´oon n o en corriente: Tensi´oon n 0 -10 V. La salida requiere una impedancia impedancia de carga m´ m´ınima ınima.. Un valor t´ıpico m´ınimo puede ser de 1   K Ω. Ω. El esquema de conexi´oon n es el indicado en la figura 2.12. Vcc

Salida R>R min

Figura 2.12: Detector con salida anal´ ogica ogica de tensi´ o on. n.

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Corriente 4 - 20 mA. La salida en corriente requiere una impedancia de carga menor que un valor m´aaximo ximo admisib admisible. le. Un valor t´ıpico ıpico m´aaximo ximo es de 500 Ω. El esquema de conexi´on on es el indicado en la figura 2.13. Vcc

Salida R=  t f inal else lse bit fin t  1 = 0; if    (E 2&( inal   2)&(t anterior < t final   2))   bit fin t  2 = 1; 2&(t actual >=  t f inal else lse bit fin t  2 = 0; t anterior  =  t actual ;

Donde se ha supuesto que se quiere contar un tiempo   t a contar 1   desde que se activa la etapa E1 hasta que se activa el bit  bit fin t 1, que se desactiva una vez se desactiva la etapa E1. De la misma manera, se cuenta un tiempo t a contar 2  asociado   aso ciado a la etapa E2. El bit de salida se ut utilizar ilizar´´ıa para la transici´oon n de salida de la etapa, por ejemplo. Se supone que  t actual  se   se incrementa

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por hardware cada cierto periodo. La detecci´oon n del flanco de la variable E1 es necesaria para que la variable   t final 1  solo se defina una vez en el momento que se activa E1. La utilizaci´oon n de la variable   t anterior   es necesaria debido a que   t actual  vuelve a 0 cuando alcanza su valor m´aaximo, ximo, por lo que po podr dr´´ıa darse el caso de que al definir   t final 1  se produjera un desbordamiento en la suma, quedando   t final 1   menor que   t actual . Consid´eerese rese por ejemplo, que   es un contador de 16 bits, es decir, pasa a 0 despu´eess de llegar a 65535. t actual  es Si en un momento dado,   t actual  = 60000, y se quiere contar 10000 periodos, la 1suma dar dar´´ıa 70000, es decir, desbordar´ ıa ıa los 1166 bits quedando un valor t final  = 4465. Evidentemente,   t actual    >t final 1, por lo que si simplemente se hace esta comparaci´oon, n, el bit  bit fin t 1   se activar activar´´ıa inmedia inmediatamente tamente.. La condici´oon n que se propone, en cambio, es que   t actual  haya pasado de ser menor a ser mayor que  t final 1, por lo que el desbordamiento en la suma no da problemas. El c´oodigo digo anterior po podr dr´´ıa servir para tantos retardos de tiempo en un Grafcet como fuera necesario, utilizando ´u unicamente nicamente un temporizador hardware. Ejemplo de implementaci´ on on en otra plataforma

El siguiente c´oodigo digo en C muestra c´omo omo se p podr odr´´ıa implementar el ejemplo 1 por el m´ etodo etodo 1 en un PC, utilizando lenguaje C++ de Borland Borland.. Para impl impleementar el temporizador se usa la funci´oon n clock(), que devuelve el n´u umero mero de ciclos de reloj transcurridos desde que se puso en marcha el ordenador. El n´uumero de ciclos de reloj por segundo est´a en la constante del sistema sistema CLK TCK. #include   boolean C, D, I, A, R, P, Q, bitT, E0, E1, E2, E3, E4, CE3; clock t t final, t a contar, t anterior; void main() { /* Inicializaci´oon n */ E0=1; E1=0; E2=0; E3=0; E4=0; t a contar=1*CLK TCK; while (1) { /* Activaci´oon n y desactivaci´oon n de etapas*/ if (E0 & P) { E0=0; E1=1;

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} if (E1 & C) { E1=0; E2=1; } if (E0 & (∼  P) & Q) { E0=0; E3=1;

} if (E3 & D) { E3=0; E4=1; } if (E2 & I) { E2=0; E0=1; } if (E4 & I) { E4=0; E0=1; } /* Activaci´oon n de salidas*/ A=(E1|(E3 & bitT)); R=(E2|E4); /* Temporizador*/ if (E3&(∼   CE CE3)) 3)) CE3=E3;

t final final=c =cloc lock( k()+ )+tt a con contar tar;;

if (E (E33 & (c (cloc lock( k())>=t final) & (t anterior  0, el maestro env env´´ıa los mensajes seg´ u un n su prioridad. Para ello, ProfiBus hace la siguiente distinci´on on entre los mensajes:  −

Mensajes de ALTA prioridad. Mensajes de BAJA prioridad, los cuales pueden ser: •

  Mensa Me nsajes jes c´ıcli ıclicos cos..

•

  Mensa Mensajes jes No c´ıclicos ıclicos..

•

 Mensajes de GAP.

Primero se env env´´ıa los mensajes de alta prioridad, despu´es es los de prioridad baja en el siguiente orden: primero los c´ıclicos, luego, si queda tiempo (T T H   > 0) los no c´ıclicos. Los mensajes de Ga Gap p s´oolo lo ssee env env´´ıan ccuand uandoo no queda ning ning´ u un ´n mensaje por enviar. Si T T H   < 0, entonces s´oolo lo se env env´´ıa un mensaje de alta prioridad y se liber liberaa el testigo al siguiente maestro. Paso del testigo

El maestro maestr o activo env env´´ıa el ttestigo estigo aall maestr maestroo siguiente con may mayor or direcci´oon. n. Si el transmisor del testigo no detecta ninguna actividad en el bus, dentro de

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un lapso de tiemp tiempoo determinado determinado,, reenv reenv´´ıa el testigo al mismo maestro hasta en dos ocasiones m´aas. s. Si no detect detectaa actividad en el bus, entonces env env´´ıa el mensaje de testigo al maestro con direcci´on on siguiente. Este proceso se repite hasta que un maestro comienza a utilizar el bus. Recuperaci´ on on del testigo

Cuando el testigo se pierde, por alg´ u un n motivo, no es neces necesario ario re-inic re-inicializ ializar ar el sistema. Despu´eess de un tiempo de espera sin recibi recibirr el testigo, el maestro con n aass bajacon procede con mensajes y genera un nuevo testigo que direcci´ se pasaoon al m´ maestro direcci´ oon n sus superior. Otros buses comerciales

En las secci secciones ones ante anteriores riores se han descri descrito to las caracter caracter´´ıstic ısticas as general generales es de algunos de los buses de campo m´aass utilizados actualmente. Existen otros muchos que han sido desarrollados por diversos fabricantes para las m´aass diversas aplicaciones. A continuaci´oon n se presenta una lista con algunos de ellos, donde se especifica la direcci´oon n en Internet para obtener informaci´oon n de cada uno. DeviceNet   (http://www.odva.org ) AS-I  ( http://www.as-interface.com) Seriplex   (http://www.seriplex.org ) CANOpen   (http://www.can-cia.de) SDS   (http://www.honeywell.com/sensing/prodinfo/sds/ ) Interbus-S   (http://www.interbusclub.com/ ) WorldFIP   (http://www.worldfip.org ) ControlNet  ( http://www.controlnet.org ) ARCNet  ( http://www.arcnet.com ) http://www.infoside. .infoside.de/infida de/infida/pnet/p-net_uk.htm /pnet/p-net_uk.htm) P-Net  ( http://www Hart   (http://www.thehartbook.com/default.asp ) LonWorks (http://osa.echelon.com/Program/LonWorksIntroPDF.htm ) BITbus   (http://www.bitbus.org) Sercos   (http://www.sercos.com/technology/index.htm ) Lightbus (http://www.beckhoff.com/english.asp?lightbus/default.htm ) 7.6 ETHERNET COMO RED DE CAMPO: ETHERNET CONMUTADA

Ethernet se ha convertido en el est´aandar ndar de comunicaci´oon n en red m´aass com´ u un n en el ´aambito mbito dom´eestico stico y laboral al ser usado en la may mayor or red de intercambio de datos: Internet. Esto ha provocado el abaratamiento de los componentes hardware hardw are que soportan esta tecnolo tecnologg´ıa debido a la producci´ on on masiva de los mismos. Entre las ventajas de Ethernet est´a su velocidad, que puede llegar a los 100 Mbit/s para comunicaciones sobre par trenzado. Esta velocidad es muy

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superior a las velocidades conseguid conseguidas as con la may mayor or´´ıa de los buses de campo industriales, las cuales, en general, son menores que 10 Mbit/s. El bajo precio del hardware y la alta velocidad, unido al aumento de los requerimientos de los sistemas de control, ha motivado un inter´ es es creciente p por or aplicarr Ethernet como est´aandar aplica ndar para la automatizaci´on on industrial. El principal escollo que se ha tenido que saldar en ese sentido es que Ethernet, en su versi´oon n m´as as tradicional, tiene un comportamiento temporal estoc´aastico, stico, o sea que no se puede predecir con exactitud el tiempo que se tardar´a en recibir la respuesta a un men mensaje saje queesseunenv en v´ıe des desde depues un nodo. Desd Desdee el pun punto to control de vis vista ta de la automatizaci´ on on esto problema en las aplicaciones de existen restricciones temporales t emporales que son cr´ cr´ıticas para el correct correctoo funcionamiento de los procesos, incluso para la seguridad de los mismos. El manejo de alarmas ante situaciones de peligro es un ejemplo de ello. El comportamiento no determinista de Ethernet se debe a la conjunci´oon n de dos factores: factor es: por un lado, que el m´eetodo todo de arbitra je usado es el CSMA/CD, en el que la colisi´oon n de acceso al medio se resuelve asignando tiempos de espera a los nodos antes de que intenten acceder nuevamente, y por otro, que el dispositivo de interconexi´oon n entre los nodos se limita a repetir la informaci´oon n recibida por un puerto en todos los dem´aas. s. Dicho dispositivo se conoce como repetidor o   hub, ver figura 7.3. Algunas variaciones introducidas a Ethernet han mejorado considerablemente sus prestaciones. Concretamente, la sustituci´on on del repetidor por un dispositivo electr´oonico nico m´aass sofisticado llamado conmutador (switch ) ha sido uno de los cambios m´aass importan importantes. tes. La introduc introducci´ ci´ oon n del conmutador ha dado lugar a lo que se conoce como Ethernet conmutada (Switched Ethernet ). El conmutador, al igual que el repetidor, tiene varios puertos a los cuales se conectan los nodos de la red, como se puede ver en la figura 7.7. Sin embargo, a diferencia del repetidor, el conmutador realiza una interconexi´oon n m´aass inteligente entre los puertos que permite reducir la congesti´oon n de la red, causada por el comportamiento no determinista del arbitraje CSMA/CD.

Conmutador (switch) 1

0

Figura 7.7: Esquema de una red Ethernet con conmutador.

Entre las mejoras que produce el uso del conmutador en una red Ethernet est´aan n las siguientes:

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Permite la comunicaci´oon n full-duplex, o sea que dos dispositivos pueden transmitir datos entre ellos al mismo tiempo, sin tener que esperar a que termine uno para comenzar el otro. El conmutador soporta dispositivos que trabajan a velocidades diferentes: 10 Mbits/s, 100 Mbits/s, 1 Gbit/s o 100 Gbit/s. Adem´aas, s, de forma autom´aatica tica adapta la velocidad de cada puerto a la del equipo que se encuentra conectado, lo cual implica un mejor aprovechamiento del ancho de banda total de la red. Existen varios mecanismos para asignar prioridades a los mensajes. Los mensajes son transmitidos en funci´oon n de su prioridad: aquellos con mayor prioridad priorid ad son transmi transmitidos tidos antes. Esto p permite ermite que la informaci´ oon n cr´ııtic t icaa sea transmitida de forma m´aass ´aagil gil si se env env´´ıa en mensa jes de prioridad alta. Estas mejoras han hecho que el comportamiento de Ethernet se adapte mejor a los requerimientos temporales de las aplicaciones de control, y por tanto, su uso se est´a extendiendo como una alternativa a los buses de campo, especialmente los de nivel intermedio. ´ 7.7 REDES INALAMBRICAS

El estado actual de la tecnolo tecnologg´ıa de comu comunicaci nicaciones ones por radio frecuen frecuencia cia (RF) ha hecho que en los ´u ultimos ltimos a˜ n nos os se puedan aplicar sistemas de control distribuido mediante conexiones inal´aambricas mbricas sin incurrir en un incremento de coste excesivo de los componentes, ni exigir excesivos conocimientos de radiofrecuencia a los ingenieros que aplican dicha tecnolog tecnolog´´ıa al control de la planta. Adem´aas, s, aporta una simplificaci´oon n importante en lo referente a instalaci´oon ny cableado. Clasificaci´ on on de las redes inal´ ambricas ambricas de RF

Las comunicaciones inal´aambricas mbricas por RF se pueden clasificar mediante los siguientes criterios: Rango Ra ngo de frecue frecuenci ncia a de trabajo trabajo y anch ancho o de banda banda. Las bandas

ISM (Industrial, Scientific and Medical bands) para sistemas de comunicaciones digitales inal´aambricas mbricas empleando la radiofrec radiofrecuencia uencia,, son las que no necesitan licencia (siempre que no se pa pasen sen los l´ımites de potencia) y que adem´aass son gratuitas. Las frecuencias de trabajo estandarizadas son: 314 MHz en USA (potencia m´aaxima xima +30 dBm), 434 MHz (+10 dBm) y 868 MHz (+14 dBm) en Europa en AM o FM. oon n digital permite un mejor Tipo de modulaci´ on on digital.  La modulaci´ aprovechamiento del canal de comunicaci´oon, n, lo que posibilita transmitir

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m´aass inform informaci´ aci´ oon n en forma simult´aanea, nea, protegi´eendola ndola de posibles interferencias y ruidos. B´asicamente, asicamente, la modulaci´oon n consiste en hacer que un par´ametro ametro de la onda portadora cambie de valor de acuerdo con las variaciones de la se˜n nal al moduladora, que es la informaci´oon n que queremos transmitir. Existen tres tipos b´aasicos sicos de modulaci´on: on:

Modulaci´ o on n por desplazamiento de Amplitud (ASK).  En la que se var´ ar´ıa la ampli amplitud tud de la se˜ n nal al portadora para indicar si el dato transmitido es un 0 o un 1. Las ventajas de este tipo de modulaci´oon n son el sencillo dise˜n noo (menor coste) y el bajo consumo, especialmente si se utiliza el m´eetodo todo o modulaci´oon n OOK (On/Off Keying), Modulaci´oon n On/off, donde con un 0 digital no hay potencia de salida y un 1 digital se entrega toda la se˜n nal al portadora. La desventaja es la fragilidad en presencia de interferencias p por or ruido el´eectrico, ctrico, que pueden provocar erro errores res en los datos recibidos.

Modulaci´ o on n por desplazamiento de Frecuencia (FSK). La modulaci´oon n por desplazamiento de frecuencia (FSK), donde con un 0 digital se transmite una portadora a una frecuencia y con un 1 digital se transmite la portadora a otra frecuencia distinta, con la misma amplitud. La ventaja de este tipo de modulaci´oon n es la mejor robustez ante la presencia de interferencias. La desventaja es la complejidad del sistema (mayor coste) y el consumo que permanece siempre presente durante la transmisi´oon. n. Se utiliza en los m´oodems dems de baja velocidad. Se emplea separando el ancho de banda total en dos bandas; los m´oodems dems pueden transmitir y recibir datos por el mismo canal simult´aaneamente. neamente. Modulaci´ o on n por desplazamiento de Fase (PSK).  Se codifican los valores binarios como cambios de fase de la se˜nal nal portadora. Ya sea asignando una fase al valor digital 0 y 1 o un desplazamiento de fase determinado determi nado al pasar de un valor a otro (DPSK). T´eecnicamen cnicamente, te, utilizando el concepto de modulaci´oon n PSK, es posible aumentar la velocidad de transmisi´oon n a pesar de los limites impuestos por el canal. De aqu aqu´´ı que este tipo de modulaci´oon n haya sido el que m´aass desarrollo ha tenido en los u ultimos ´ltimos a˜ n nos. os. importancia protocolo utilizado. de comuProtocolo de comunicaci´ o on. n.a La nicaci´oon n ha llevado a las redes diferenciarse pordel el protocolo

Redess iinal´ Rede nal´a ambricas mbric as com comerci erciales ales Entre las redes inal´aambricas mbricas comerciales se pueden distinguir las que no utilizan un protocolo establecido, dejando al usuario que utilice el protocolo que considere oportuno para su aplicaci´oon n y las que tienen un protocolo establecido, que realizan la comunicaci´oon n entre elementos de forma transparente. Esto permite una puesta en marcha r´aapida pida y el uso de componentes m´aass extendidos pero limita la aplicaci´oon n dependiendo de la idoneidad del protocolo

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Redes gen´ ericas ericas sin protocolo establecido

Estos sistemas no utilizan ning´u un n protocolo est´andar. andar. Los circuitos integrados dentro de este grupo se basan en un transmisor integrado en un solo circuito, exceptuando la antena, el cristal y algunos componentes externos, sin necesidad de ajustes de RF. Normalmente, la frecuencia de trabajo, la velocidad de transmi transmisi´ si´ oon n y la potencia de salida son programables. Est´aan n por debajo de la potencia m´aaxima xima permitida sin necesidad de licencia. Son f´aacilmente cilmente conectables a un micro microcontrolador. controlador. El receptor tambi´ een n es un circuito integrado o puede estar integrado en el propio emisor. El receptor dispone de un sistema para dejarlo dormido y activarse r´aapidamente. pidamente. Dentro de esta categor categor´´ıa podemos encontrar componentes en Analog Devices (la serie ADF7010-20), Freescale que ofrece un microcontrolador con el emisor integrado, Texas Instruments, etc. WirelessUSB

Esta red, aunque entrar entrar´´ıa dentro de las redes sin protoc protocolo olo establecido, tiene ciertas peculiaridades peculiaridades que hacen que la tratemos por separado. La gran ventaja de esta tecnolog tecnolog´´ıa, es que ha entra entrado do en el mercado de consumo USB (como ratones, teclados, joysticks... del mercado de la inform´aatica), tica), para seguir con el mercado industrial con las ventajas de un muy bajo costo, como aplicaciones de enlace inal´aambrico mbrico punto a punto o punto a multipunto que no exceda los 64kbps del ancho de banda disponible. De hecho, se trata de una interfaz SPI, que empaqueta los datos entrantes y los prepara para una transmisi´on on sin hilos a 2,4 GHz. El usuario no tiene que preocuparse de codificar, decodificar paquetes o manejar los errores, as as´´ı como de preparar el enlace de radio. WirelessUSB ofrece al usuario una variedad de opciones desde la transmisi´on on simple entre dos dispositivos o entre un dispositivo master y varios esclavos, en comunicaci´oon n bidireccional. ZigBee IEEE 802.15.4.

Iniciado por Philips, Honeywell, Invensys y seguido por Motorola (ahora Freescale), Mitsubishi y as as´´ı hasta 25 empresas para crear un sistema est´aandar ndar de comunicaciones inal´aambrico mbrico y bidireccional, para usarlo dentro de dispositivos de dom´ootica, tica, automatizaci´oon n de edificios (denominado inm´ootica), tica), control industrial, indust rial, per perif´ if´eericos rico s de PC y sensor sensores es m´edicos. edico s. Lo Loss miembr miembros os d dee est estaa al alianza ianza  justifican el desarrollo de este est´aandar ndar para cubrir el vac vac´´ıo que se pr produce oduce por debajo del Bluetooth. Puede transmitir con un simple protocolo de 20 kB/s hasta has ta 250 Kbp Kbpss trab trabajando ajando a una frec frecuen uencia cia de 2,4 GHz con la tec tecnol nolog og´´ıa GSSS, bajo consumo y rangos entre 10 y 75 metros, aunque las condiciones f´ısicas ambientales son las que determinan las distancias de traba trabajo. jo. La idea de ponerle el nombre ZigBee vino de una colmena de abejas pululando alrededor de su panal y comunic´aandose ndose entre ellas.

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Bluetooth

Bluetooth opera en una banda no licenciada ISM (Industrial Scientific Medical) de 2.4-2.5 GHz permitiendo la transmisi´oon n de voz y datos, de forma r´apida apida y segura con un rango de hasta 10 metros con 1 miliwatio o 100 metros si se usa un amplificador con 100 miliwatios. Puede transferir datos de forma asim´eetrica trica a 721 Kbps y sim´eetricamente tricamente a 432 Kbps. Se puede transmitir voz, datos e incluso v v´´ıdeo. Dentro de una aplicaci´oon n t´ıpica de Bluetooth nos po podedemos encontrar los siguientes elementos: Master: es el dispositivo Bluetooth que establece e inicializa la conexi´oon, n, la secuencia de control hopping y la temporizaci´oon n de los dem´aass dispositivos colocados en lo que se llama una red Piconet. Slave: es el dispositivo habilitado en una Piconet. Una red Piconet tiene un m´aaximo ximo de 7 esclavos. Piconet: una red de hasta 8 dispositivos conectados (1 maestro + 7 esclavos). Scatternet: red formada por diferentes redes Piconet. WiFii o WLA WiF WLAN N IEEE 802. 802.11. 11.

Es un sistema de comunicaci´oon n sin hilos WLAN (Wireless Local Area Network) wo rk) que se uti utiliz lizaba aba en un pri princi ncipio pio para rede redess de PC y perif perif´´eericos ricos.. La iniciaron un consorcio de diferentes compa˜n´ıas en 1990. La transmisi´oon n de datos trabaja en modo bidireccional con un protocolo CSMA/CD, que evita colisiones monitorizando el nivel de se˜n nal al en la red. La versi´on on m´aass conocida actualmente es la 802.11g y se conoce con el nombre comercial de WiFi (Wireless Fidelity). La asociaci´oon n WECA es la encargada de vigilar y certificar que los productos WiFi cumplen todas las normas y que, por lo tanto, son compatibles con los dispositivos comercializados hasta la fecha. Estandares WLAN 802.11.  En

el est´aandar ndar IEEE 802.11x se encuentran las especificaciones esp ecificaciones tanto ff´´ısicas como a nivel MAC que hay que tener en cuenta a la hora de implementar una red de ´aarea rea local inal´aambrica. mbrica. Esta norma ha sufrido diferentes extensiones para su mejora desde que se cre´o. o. As As´´ı, hoy en d´ıa se pueden encontrar las siguientes especificaciones: 802.11: especificaci´oon n para 1-2 Mbps en la banda de los 2.4 GHz, usando salto de frecuencias(FHSS) o secuencia directa (DSSS). 802.11b: extensi´on on de 802.11 para proporcionar 11 Mbps usando DSSS. Wi-Fi (Wireless Fidelity): promulgado por el WECA para certificar productos 802.11b capaces de interoperar con los de otros fabricantes.

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802.11a extensi´oon n de 802.11 para proporcionar 54 Mbps usando OFDM. 802.11g extensi´oon n de 802.11 para proporcionar 20-54 Mbps usando DSSS y OFDM. Es compatible hacia atr´aass con 802.11b. Tiene mayor alcance y menor consumo de potencia que 802.11a. Como todos los est´aandares ndares 802 para redes locales del IEEE, en el caso de las WLAN, tambi´ een n se centran en los dos niveles inferior inferiores es del modelo OSI, el f´ısico y el de enlace, por lo que es posible correr por encima cualquier protocolo (TCP/IP o cualquier otro) o aplicaci´oon, n, soportando los sistemas operativos de red habituales, lo que supone una gran ventaja para los usuarios, que pueden seguir utilizando utilizando sus aplicac aplicaciones iones habituale habituales, s, con independen independencia cia del medio empleado, sea por red de cable o por radio. Arquitectura WLAN IEEE 802.11.  Uno de los requisitos del est´ aandar ndar

IEEE 802.11 es que se puede utilizar en las redes cableadas existentes. El estandar 802.11 ha resuelto este problema con el uso de un punto de acceso. El punto de acceso es la integraci´oon n l´oogica gica entre redes cableadas LAN y 802.11. Las funciones del punto de acceso son integrar las estaciones inal´aambricas mbricas con la red local existente. Dentro de la misma red local pueden existir diferentes puntos de acceso, con diferentes estaciones de trabajo inal´aambricas mbricas asociadas. El protocolo de red permite que una estaci´oon, n, dependiendo de la calidad de la comunicaci´oon n con los diferentes puntos de acceso, cambie el enlace de uno a otro de forma transparente para la estaci´oon n de trabajo. Esto permite que la estaci´oon n tenga movilidad por toda la zona dentro del rango de acci´on de los diferentes puntos de acceso. Por otro lado, la red inal´aambrica mbrica debe garantizar la seguridad del acceso a la misma. Para ello, hay dos tipos de servicios de autentificaci´oon n que ofrece 802.11. La primera es de sistema abierto de autentificaci´oon. n. Esto significa que cualquier persona que intenta autenticarse recibir´a autentificaci´oon. n. El segundo tipo es Shared Key Authentication. Para llegar a ser autentificados, los usuarios deben estar en posesi´on on de una clave de red. Por u ultimo, ´ltimo, el protoco protocolo lo tambi´een n aasegura segura pr priv ivacidad acidad de los datos transmitidos. La clave de red permite la privacidad mediante el uso de encriptaci´on on utilizando Wired Equivalent Privacy (WEP) algoritmo de privacidad. La clave de red se entrega a todas las estaciones antes de iniciar la conexi´oon. n. Ejemplos de componentes industriales.  Aunque inicialmente este tipo

de protocolos tanto ethernet como IEEE 802.11 se crearon para satisfacer las necesidades de comunicaci´oon n entre ordenadores, actualmente existen multitud de componentes de enlace para aut´oomatas, matas, as´ as´ı co como mo puntos de enlace para redes RS-485 u otras de ´aambito mbito industrial. En este apartado se describen algunos de esos componentes.

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MOXA AWK-1100.  MOXA AirWorks AWK-1100 permite a usuarios wire-

less acceder a los recursos de una red sin cables, actuando como un punto de acceso. AWK-1100 puede autentificar y autorizar a los usuarios wireless por IEEE 802.1X y RADIUS. Est´a dise˜ n nado ado para operar en rangos de temperatura o que van de 0 a 60 C, y est´a preparado para las duras condiciones industriales.

 

Figura 7.8: Imagen del componente MOXA AWR-1100 de OMRON.

MOXA MOX A NPort W2150. Es una puerta de aceso que permite interaccionar no

solo con redes Et Ethernet hernet e inalambricas sino tambi´ een n con las redes industriales m´aass extendidas: RS-232/422/485.

Figura 7.9: Imagen del componente MOXA NPort W2150 de OMRON.

7.8 SISTEMAS SCADA

Se define un software SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition ) como un programa que comunica el ordenador con los equipos que controlan

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un proceso, t´ıpicamente aut´oomatas matas programables, con el objetivo de que el operador pueda supervisar desde el ordenador el funcionamiento de todo el proceso. A trav trav´´eess de la red de com comunicaci unicaci´´oon, n, el SCADA puede leer valores de la memoria de los equipos o escribir valores en ella. De esta forma, el programa puede mostrar en el monitor del ordenador de forma gr´afica afica el estado de las distintas variables del proceso controlado. Por otra parte, el operador puede introducir ´oordenes rdenes de marcha y paro o consignas de funcionamiento para los distintos equipos control a tr trav´ av´ eess del programa SCADA, que se encarga d dee transmitirlos a losdeequipos. El ordenador en el que est´a el SCADA puede estar conectado mediante una red a los ordenadores de la empresa, por lo que se pueden transmitir los datos de producci´oon n recogidos de los equipos a los ordenadores de gesti´on. on. Esta transfer transferencia encia se puede hacer inclu incluso so a trav trav´´eess de Inte Internet rnet a ordenador ordenadores es situados en cualquier parte del mundo. Esto facilita la integraci´oon n de toda la informaci´oon n de la empresa y la coordinaci´oon n de los distintos departamentos. Es importante resaltar que el objetivo del SCADA no es el control del proceso en tiempo real, sino u unicamente ´ nicamente la supervis supervisi´ i´ oon n del mismo, la recogida de datos y la transmisi´oon n espor´aadica dica de consignas de funcionamiento. El control en tiempo real lo realizan los equipos de control, como aut´oomatas matas programables, que pueden reaccionar de forma muy r´aapida pida a los cambios del proceso. El programa SCADA va refrescando los valores que lee de los equipos a una frecuencia que no suele ser suficiente para el control en tiempo real. De hecho, cuando se desarrolla la aplicaci´oon n se definen las frecuencias con las que el SCADA debe refrescar cada una de las variables que se leen o escriben en los equipos conectados. Es t´ıpico un refresco cada segundo. El m´ınimo tiempo de refresco admisible depende del SCADA y del tipo de red de comunicaci´on, on, pero nunc nuncaa puede ser demasi demasiado ado bajo: un valor t´ııpico pico es 100 ms. La red de comunicaci´oon n utilizada puede ser cualquiera de las existentes en el mercado, si se conecta en el ordenador la tarjeta de comunicaciones necesaria y los equipos de control soportan dicha red. Sin embargo, es habitual utilizar directamente uno de los puertos serie RS232 del ordenador junto con un convertidor RS232-RS485 para conectar los equipos al bus RS485 de 2 hilos. No obstante, cada vez es m´aass habitual utilizar una red Ethernet para este prop´oosito. sito. Para que la comunicaci´oon n funcione de forma transparente para el usuario, se necesita un driver adecuado a la red y a los equipos que se conectan. Una dificultad de las operaciones de control industrial es la de compartir informaci´on on entre dispositivos inteligentes de campo, y con el resto de la empresa. El problema hasta ahora se ha resuelto escribiendo un sinn´ u umero mero de protocolos, que definen de qu´ e manera se estructu estructuran ran los datos que transmi transmite te cada dispositivo. Esta diversificaci´oon n obliga a los desarrolladores de software SCADA a incorporar muchos drivers para cada fabricante. Para evitar esto se ha desarrollado una norma de intercambio de datos para el nivel de planta basada en la tecnolog tecnolog´´ıa OLE denomi denominada nada OPC (OLE for Process Con Control), trol),

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que permite p ermite un m´ etodo etodo para el flujo transparente de datos entre aplicac aplicaciones iones corriendo bajo sistemas operativos basados en Microsoft Windows. OPC es un primer paso concreto que permite crear f´aacilmente cilmente una red para compartir los datos de los dispositivos a nivel de proceso. Mediante OPC, es el fabricante el que debe proporcionar su servidor OPC, mientras que los software SCADA son clientes OPC. Un paquete SCADA comercial suele tener dos programas diferentes: un programa de desarrollo que permite desarrollar la aplicaci´oon n a la medida del proceso que se quiere supervisar, y Una un programa de ejecuci´ n que sirve para ejecutar la aplicaci´ oon n desarrollada. vez desarrollada la oon aplicaci´ oon n solo se necesita para funcionar, el programa de ejecuci´oon. n. El programa de desarrol desarrollo lo dispone de librer´ librer´ıas gr´aficas aficas con objetos que permiten desarrollar la aplicac aplicaci´ i´ on on de forma muy simple. Esos objetos incluyen indicadores digitales y anal´oogicos, gicos, gr´aaficos ficos de tendencia, gr´aaficos ficos de barras, botones, ventanas de di´aalogo logo con el usuario, elementos f´ıısicos sicos como bombas o dep´oositos, sitos, etc. En general, el desarrollo de una aplicaci´oon n SCADA requiere los siguientes pasos: 1. Instalar los drivers adecuados para los equipos conectados y el tipo de red utili utilizada. zada. 2. Configurar cu´aales les son los equipos conectados y su direcci´oon n en la red. 3. Definir las variables que se van a leer o escribir en esos equipos y la frecuencia de refresco de las mismas. 4. Definir las variables internas al ordenador que se van a utilizar. 5. Estructurar la aplicaci´oon n en distintas ventanas, que facilitan el acceso a la informaci´oon. n. Si la aplicaci´on on es muy simple puede requerir ´u unicamente nicamente una ventana. 6. Dise˜ n nar ar cada ven ventana tana arrastrand arrastrandoo los objetos necesar necesarios ios de las librer librer´´ıas y configurando las propiedades (acciones asociadas) de dichos objetos. Ejemplo de sistema SCADA

Con el objetivo de mostrar las funcionalidades b´aasicas sicas que debe satisfacer un sistema SCADA, en esta secci´oon n se presenta un ejemplo desarrollado para un proceso industrial real. Descripci´ o on n del proceso

El proceso para el cual se desarrolla el sistema SCADA es una planta de regeneraci´on on de condensado. Este tipo de plantas se usa para realizar un trata-

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miento al agua que sale de la etapa de condensaci´oon n en centrales centra les t´ermicas. ermica s. Dicho tratamiento tiene como objetivo eliminar los residuos s´oolidos lidos y des-ion des-ionizar izar el agua. En la figura 7.10 se muestra un esquema general de la planta, la cual consta de una bater bater´´ıa de tres inte intercam rcambiadores biadores de iones que utili utilizan zan resina para su funcionamiento. Cuenta adem´aass con un sistema de regeneraci´oon n externo de las resinas agotadas durante el intercambio i´oonico. nico . Tambi´een n forma forman n part partee de la instalaci´oon n un sistema de recirculaci´oon n del condensado y otro para la producci´ oon n de aire a presi´oon, n, necesario en algunas fases de la regeneraci´oon. n. sistema de regeneración de resinas

TRC

TRA

TMR 

Resinas agotadas

Resinas regeneradas agua del condensador  intercamb. A agua hacia la caldera

intercamb. B

intercamb. C

 batería de intercambiadores de iones iones

Figura 7.10: Esquema de la planta de regeneraci´o on n de condensado.

De los tres intercambiadores, dos est´aan n funcionando a la vez, mientras el tercero est´a de reserva con una carga de resina regenerada. El intercambiador de reserva reserva entr entraa en funcion funcionamien amiento to tan pront prontoo como uno de los que est´a funcionando agota su resina y por tanto no es capaz de completar la des-ionizaci´on on del condensado. Esta situaci´oon n se detecta midiendo la conductividad del agua a la salida del intercambiador. El intercambiador que ha dejado de funcionar se recarga con resina regenerada y se queda de reserva. Este ciclo se repetir´a tan pronto como otro intercambiador agote su resina. El sistema de regeneraci´oon n externo de resina cuenta con un tanque de regeneraci´oon n ani´oonica nica (TRA), otro de regeneraci´oon n cati´oonica nica (TRC) y otro en el que se almacena la resina regenerada (TMR). Para la regeneraci´oon n de la resina en el TRA se utiliza sosa, mientras que en la regeneraci´oon n en el TRC se utiliza ´acido. Tanto la sosa como el ´aacido acido. cido se a˜ n naden aden con sus respectivas bombas de trasiego. El caudal de estas sustancias depende de las concentraciones en los tanques de regeneraci´oon. n. Un aspecto importante que determina la eficiencia de este proceso es el caudal de agua que pasa por los intercambiadores. Ese caudal se controla mediante una bomba de regeneraci´on. on. El caudal de agua debe estar en un rango entre Fmin y Fmax. Si el caudal de agua hacia la planta de regeneraci´on es mayor

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que Fmax, se ponen en marcha los dos intercambiadores. Si para algunos de los intercambiadores el caudal es menor que Fmin, ser´a necesari necesario o mantener mantener el caudal por encima de Fmin lo cual se consigue recirculando agua desde la salida del intercambiador a trav´ tr av´ eess del sistema de recirculaci´ reci rculaci´ o on n de condensado. Para ello se utiliza una bomba de recirculaci´on. on. Sistema SCADA

Las diferentes funciones que debe realizar la aplicaci´ on on SCADA para implementar el control automatizado de la planta son las siguientes: Debe reflejar el estado de la planta en tiempo real. Debe mostrar los par´ ametros ametros de control m´ as as importantes, como el caudal de agua de condensado, los valores de conductividad a la salida de los intercambiadores, etc. Debe permitir la configuraci´ on on de los tiempos de las etapas y del n´umero umero de trasvases de resinas. Debe mostra mostrarr gr´ aficas aficas de la evoluc evoluci´ i´ on, on, par´ parametro ametross co ´ como mo el caud caudal al de condensado, valores de conductividad, etc. Debe mostrar un panel de alarmas de la planta, generar un fichero de registro de alarmas diario e imprimirlas de forma continua, tal y como se van produciendo. Debe permitir la selecci´ on on del modo de control: manual o autom´ atico. atico. En modo manual y en condici´on on de paro de toda la planta debe ser posible la puesta en marcha y parada de la bomba de regeneraci´on, on, bomba de recirculaci´on on y las bombas de trasiego de ´ acido acido y de sosa. La aplicaci´ o on n consta de varias ventanas que se clasifican en los siguientes tipos: Ventana de inicio y presentaci´ on. on. Ventanas de descripci´ o on n de la planta: proceso Ventanas de descripci´ o on n de elementos del proceso. Ventanas de configuraci´ on on de par´ ametros. ametros. Ventana de gr´ aficas. aficas. Ventana de alarmas.

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Figura Figur a 7.11: Esquema de distr distribuci ibuci´ o ´ on n de ventanas.

En la figura 7.11 se muestra un diagrama jer´ arquico arquico de la distribuci´ o on n de ventanas de la aplicaci´ on on SCADA de visualizaci´ on on y control. En las ventanas del proceso aparece un men´u de opciones como el de la figura 7.12. Las opciones son las siguientes: Cadena de intercambiadores: pulsando sobre este bot´o on n se abre la ventana que contiene la cadena de intercambiadores. Permanecer´a inactivo si la ventana abierta es precisamente la de los intercambiadores. Cadena de regeneraci´ regeneraci´ o on n de resinas: pulsando este bot´o on n se abre la ventana que contiene la cadena de regeneraci´ on on de resinas. An´ a alogamente logamente al caso anterior, este bot´ on on permanecer´ a inactivo si la ventana abierta es la que contiene la cadena de regeneraci´ on. on. Configuraci´on: on: este bot´ on on da paso a la ventana de opciones de configuraci´ on, on, que se describir´ a m´ as as adelante. Gr´ aficas: aficas: este bot´ on on abre la ventana de gr´a afica ficas, s, en las las que, que, como como se ver´ a m´ as as adelante, se representa el caudal de condensado y los valores de conductividad a la salida de los intercambiadores. Inicio: este bot´ on on abre la ventana de inicio de la aplicaci´on. on. Alar Alarmas: mas:deeste bot´ on on abre abre la ve vent ntana ana donde donde se repre represen senta ta el pan panel el de alarmas la plana.

Figura 7.12: Men´ u de opciones.

A continuaci´ on on se describir´ an an cada una de las ventanas de la aplicaci´ on. on. Para Pa ra ello se han agrupado agrupado en ve vent ntanas anas del proceso, proceso, ve vent ntanas anas de elemen elementos tos

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particulares del proceso (intercambiadores y bombas dosificadoras de ´acido acido y sosa), ventanas de configuraci´oon n y ventanas de gr´aaficas. ficas. Ventana de inicio

Esta ventana, que se muestra en la figura 7.13, es la que aparecer´a inicialmente en el funcionamiento de la aplicaci´oon n de control. En ella se describe el t´ıtulo de la aplica aplicaci´ ci´oon n y se muestra la barra de men´u uss para poder acceder a cualquier opci´oon n de control y visualizaci´oon. n.

Figura 7.13: Venta entana na de inici inicio. o.

Ventanas del proceso

Para definir completamente la planta de regeneraci´oon n de condensado se han creado dos ventanas, la primera donde se muestra el grupo de cambiadores donde se realiza la eliminaci´oon n de los iones del agua de condensado, y la segunda donde se muestra la cadena de regeneraci´oon n de condensado. Ventana de grupo grupo de interc intercambiadores ambiadores

En esta ventana, la cual se muestra en la figura 7.14, aparece el grupo de cambiadores i´oonicos nicos junto a la bomba de regeneraci´oon, n, bomba de recirculaci´on on y el compresor que suministra aire a presi´oon n necesario para el funcionamiento de la planta. Adem´aass de la representaci´oon n f´ısica de esta parte de la planta, se incluyen dos indicadores: caudal de condensado y valores de conductividad a la salida de los cambiadores. Esta ventana ventana tamb tambi´ i´ een n dispone de un indic indicador ador del modo de cont control rol de la planta, manual o autom´atico, atico, de manera que se conozca el modo de funcionamiento sin necesidad de abrir la ventana de configuraci´on. on. Tambi´een n se p pueden ueden obser observar var unos pulsa pulsadores dores ccon on el n nombre ombre ””Prueb Prueba” a” al lado de la bomba de recirculaci´oon n y de la bomba de regeneraci´oon. n. Estos pulsadores

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Figura 7.14: Venta entana na del grupo de intercam intercambiadore biadores. s.

ponen en marcha y detienen la bomba correspondiente, en caso de que el control de la plan planta ta est´ e en modo manu manual al y toda ella se encuen encuentre tre en reposo. La representaci´ deo la de en la reproducido el esque esquema ma oon f´n ısic ısico decadena la plan planta ta intercambiadores real con la finalid finalidad ad deventana que los ha operarios reconozcan cada elemento de ´eesta sta de forma inmediata. En el bot´oon n de Alarmas se puede observar un indicador verde. Este indicador cambia el color verde al rojo cuando se activa una o m´as de las alarmas definidas. De esta forma no es necesario tener abierta la ventana del panel de alarmas para cerciorarse de que alguna o algunas se han activado. En caso de que as as´´ı fu fuera era el ooperario perario de la p planta lanta lo reconocer´ıa ıa de forma inmediata gracias a este indicador. Cadena de regeneraci´  on 

En esta ventana, figura 7.15, se pueden observar los cuatro tanques, el tanque de regeneraci´oon n cati´oonica nica (TRC), el tanque de regeneraci´oon n ani´oonica nica (TRA), el tanque de mezcla de resinas y elon de er´ agua (TAC). Complementa a los tanques toda (TMR) la instalaci´ ontanque de valvul valvuler ´ıa y caliente co condu nduccciones. Se muestran las bombas dosificadoras de ´aacido cido y de sosa junto a sus dep´oosisitos. En ´eestos stos pueden observarse los indicadores de nivel alto y ba bajo. jo. En caso de activarse algun algunoo de ellos, cambiar´ııan an de color verde a co color lor rroo jo y se ac activar tivar´´ıan las alarmas a larmas correspondientes. Tambi ambi´´een n se muestran los valores de turbidez a la salida del drenaje del TRC y en un recuadro a la izquierda, los valores de temperatura del agua de diluci´oon n mezclada con el ´aacido cido y la sosa para las regeneraciones generaci ones cati´ oonica nica y ani´oonica, nica, respectivamente (en C ). ). Estos indicadores   o

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Figura 7.15: Ventana del sistema de regeneraci´ o on n de resinas.

proporcionan el valor en tiempo real de las magnitudes que representan. En esta ventana se pueden observar los indicadores de nivel de los tanques TRC, TRA y TMR; de la tolva de recogida de resinas agotadas y de los dep´ o ositos sitos de acido ´ acido y de sosa. Estos indicadores estar´ an an de color verde en estado de reposo, pero cuando se alcancen estos niveles se cambian a color rojo, activ´ a andose ndose adem´ as as la alarma correspondiente. Ventanas de elementos del proceso En este apartado se van a describir las ventanas que muestran las caracter´ıstica ıst icass m´ a ass importan importantes tes de los elemen elementos tos siguien siguientes: tes: cambiad cambiadores ores,, bomba bomba dosificadora de acido acido y bomba dosificadora de sosa. ´

Ventana de estado de los cambiadores Esta ventana es la misma para los tres cambiadores. Como se ha indicado en el apartado anterior, aparte de mostrar el estado del cambiador, muestra

el valor de conductividad de agua a su salida, el tiempo acumulado de funcionamiento y alarmas de presi´on on diferencial, tanto entre la entrada y salida del cambiador como del filtro strainer usado para evitar la salida de resina al circuito de agua. Para abrir la ventana de estado de un cambiador basta con pulsar sobre ´este. este. En ese instante se abrir´a una ventana como la mostrada en la figura 7.16. En este caso, se indica que el intercambiador est´a en servicio: no est´a ni parado ni saturado. Ventana de estado de las bombas dosificadoras de ´  acido y sosa 

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Figura 7.16: Ventana de caracter caracter´ ´ısticas de un intercambiador.

En estas ventanas se representa el control de la concentraci´on o n de ´ acido acido y sosa en los tanques de regeneraci´ on on cati´ onica onica y ani´ onica onica respectivament respectivamente, e, indicando el valor de la concentraci´on on actual y el de la concentraci´on on de referencia. Para abrir estas ventanas ventanas se debe pulsar sobre los s´ımbolos ımbolos de las bombas b ombas de acido y sosa respectivamente, apareciendo ventanas como las mostradas en las ´ acido figuras 7.17 y 7.18. En las ventanas se observa c´ omo omo los dep´ ositos ositos de ´ acido acido y de sosa tienen dos indicadores. Estos indicadores son los de nivel alto y bajo, y est´ an an configurados configurados como alarmas, por lo que en caso de quedarse el dep´o osito sito sin ´ acido acido o sosa, el indicador de nivel bajo pasar´ pasar´ıa de color verde a rojo y adem´ a ass se activar´ıa ıa la alarma de nivel bajo. Se representa adem´ as as el conexionado entre los controladores PID, los sensores de concentraciones y las bombas dosificadoras.

Figura 7.17: Ventana de estado de la bomba dosificadora de ´a acido. cido.

Ventana de alarmas de la planta  Esta ventana, que se muestra en la figura 7.19 se abre cuando desde cualquier ventana de la aplicaci´ on on SCADA se pulsa sobre el bot´ on on del men´ u de opciones de Alarmas. Las alarmas representadas estar´an an de color amarillo mientras no est´ es t´ en en activadas. En caso de darse alguna de ellas, cambiar´ cambiar´ıan de color, pasando del amarillo al rojo. Como ya se ha comentado, en caso de que al menos una se˜nal nal configurada como alarma se active, el indicador que aparece en el bot´ on on de alarmas de la

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Figura 7.18: Ventana de estado de la bomba dosificadora de sosa.

barra de men´ us us cambiar´ a de color verde a rojo. De esta forma, el operador conocee la existenc conoc existencia ia de la activ activaci´ on on de una una alarma alarma sin neces necesida idad d de ten tener er abierta la ventana de alarmas.

Figura 7.19: Ventana de alarmas.

Ventana de configuraci´  on del sistema de control  Esta ventana se abrir´ a siempre que desde el men´ u de opciones se pulse el bot´ on on Configuraci´ on. on. La ventana que se abrir´ a ser´ a como la que se muestra en la figura 7.20. En esta ventana se encuentran agrupados por diferentes botones las caracter´ ter ´ısticas ısti cas de configurac config uraci´ i´ on on del control. A continuaci´on on comentaremos algunas de ellas.

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Figura 7.20: Ventana de configuraci´ o on n del control.

Configuraci´  on del modo de control  Si se pulsa el bot´on on Modo de control de la ventana de configuraci´on on aparece la ventana mostrada en la figura 7.21. En esta ventana se puede determinar el modo de contro controll de la plant planta a de regen regener eraci aci´ on on de conde ´ condens nsado ado:: manual manual o autom´ atico. atico.

Figura 7.21: Ventana de configuraci´ o on n del modo de control.

Cuando el control est´ a definido como autom´ atico, atico, se realizan todas las secuencias de control sin solicitar la confirmaci´on on del operador. Mientras que si el control es seleccionado como manual, la secuencia de control se detiene en varias posiciones a la espera de confirmaci´ on on del operador de control. Configuraci´  on de las referencias de los controladores PID  Pulsando sobre el bot´ on on Referencia de los PID, el operario accede a una ventana en la que puede modificar el valor de referencia a asignar a cada uno de los controladores PID que interviene en el control de la planta. Estos son los controladores del compresor, y de las concentraciones de los tanques de des-ionizaci´on on cati´ onica onica y ani´ onica. onica. Configuraci´  on de n´  umero de trasvases Si desde la ventana de configuraci´ on on se pulsa el bot´ o on n Trasvases, se accede a la ventana de configuraci´ on o n del n´ umero umero de trasvases de resinas desde el intercambiador saturado, al TRC y del TRC y TRA, al TMR. En la figura 7.23

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Figura 7.22: Ventana de configuraci´ on on de las referencias de los controladores PID.

se muestra la ventana de configuraci´ on on de estas variables.

Figura 7.23: Ventana de configuraci´ on o n del n´ u umero mero de trasvases. Entrada de nuevo valor.

Ventanas gr´  aficas Una de las ventajas de uso de sistemas SCADA consiste en disponer de una visualizaci´ on on de la evoluci´ on on de las variables m´ as as importantes del proceso como son en este caso el caudal de condensado y los valores de conductividad a la salida de los cambiadores. Las gr´ aficas aficas de estas variables se muestran en la ventana de gr´ aficas, aficas, figura 7.24. La ventana de gr´aficas aficas se puede visualizar pulsando el bot´ on on de Gr´ aficas aficas del men´ u de opciones.

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Figura 7.24: Ventana de gr´ aficas. aficas.

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Anexo A EJERCICIOS SOBRE SENSORES Y ACTUADORES

Ejercicio 1 Selecciona la opci´on on correcta en las siguientes afirmaciones: 1. El retardo retardo a la dis disponib ponibili ilidad dad de un sensor es: a) El tiempo durante el cual un sensor es capaz de detectar un objeto desde que se desconecta de la alimentaci´oon. n. b) El tiempo que transcurre desde que se detecta un objeto hasta que se activa la salida. c) El tiempo que tarda un sensor desde que se conecta a la alimentaci´oon n hasta que es capaz de detectar un objeto. d) El tiempo que tarda un sensor en desact desactiv ivar ar su salida salida despu despu´´eess de haber dejado de detectar un objeto. 2. Se llama llama corrie corrient ntee resid residual ual a: a) La corriente que consume el detector estando desactivado. b) La corriente que circula por un detector cuando est´a detectando un objeto. c) La corriente que circula por la carga cuando el detector se activa. d) La corriente que consume un detector con salida a transistor. 3. Un detec detector tor indu inductiv ctivoo detecta: a) Camp Campos os magn´eeticos. tico s. b) Induct Inductancia. ancia. c) Cualquier tipo de material. d) Objetos met´aalicos. licos. 4. Un po polarizado larizado es aqu´ que: a)detector Detecta reflex objetos con polarizaci´ oon neell + y –. b) S´oolo lo detecta objetos que reflejan la luz polarizada. c) S´oolo lo detecta objetos brillantes. d) Evita que los objetos brillantes no sean detectados. 5. La curv curva de dete detecci cci´´oon n de un detector representa: a) La zona del espacio en la que se produce la detecci´oon. n. b) La ganancia del detector en funci´oon n de la distancia. c) El margen de operaci´oon n respecto de la distancia.

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d) La tensi´oon n de salida del detector en funci´oon n del tama˜ n noo y la distancia del objeto. 6. La siguien siguiente te figura represen representa ta una electrov electrov´´aalvula lvula de:

a) 3 v v´´ıas, 2 p posiciones osiciones y p permite ermite controlar un cilindro de simple efecto efecto.. b) 2 v v´´ıas, 3 posiciones y p permite ermite controlar un cilindro de doble efecto. c) 5 v v´´ıas, 3 posiciones y p permite ermite controlar un cilindro de doble efecto. d) 5 v v´´ıas, 3 p posiciones osiciones y p permite ermite controlar un cilindro de simple efecto efecto.. 7. El uso de las fases A y B en un codifi codificad cador or (encod (encoder) er) incr increme ement ntal al permite: a) Conocer el sentido de giro. b) Aumentar la resoluci´oon. n. c) Conocer el sentido de giro y aumentar la resoluci´oon. n. d) Aumentar la fiabilidad del dispositivo.

Ejercicio 2 Las siguientes figuras1 muestran algunas aplicaciones de los detectores. 1. ¿Qu´e tip tipoo de detector ffotoel´ otoel´eectrico ctrico se puede usar en cada una de ellas? Explica. 2. ¿En qu´e casos puede usarse detectores que no sean fo fotoel´ toel´eectricos ctricos sino inducticos inducti cos o capaciti capacitivos vos?? a) Detecci´oon n de l´ıquido en una ampolla de vidrio.

b) Detecci´oon n de objetos brillantes. 1

Cortes´ ııa a de Schneider Electric

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c) Detecci´oon n de tapones de pl´astico. astico.

d) Detecci´oon n de objetos de color oscuro.

e) Conteo de televisores.

f) Detecci´oon n de pel´ııcula cula de pl´astico astico transparente.

g) Conteo de comprimidos.

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h) Detecci´oon n de marcas para corte.

i) Ajuste de altura de cepillo para placa de madera.

Ejercicio 3 La siguiente figura representa la conexi´oon n en paralelo de los detectores D1, D2 y D3. 1. Su Sup´ p´ oon n que la tensi´oon n residual de los tres detectores es de 1 V. ¿Cu´aall debe ser la m´ınim ınimaa ten tensi´ si´oon n de alimentaci´oon n Vcc si la tensi´on on de activaci´oon n de la carga es de 18 V?

Vcc

D1

D2

D3

Carga

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2. ¿Qu´ ¿Qu´ e corrien corriente te residual residual deben tener tener los detector detectores es si la corrien corriente te de activaci´ on on de la carga es de 5 mA? Explica. 3. Resuelv Resuelvee los apartados apartados 1 y 2 considerand considerando o que los tres detectore detectoress est´ a an n conectados en serie en vez de en paralelo. 4. ¿Qu´e precauci´ precauci ´ o on n debe tenerse en cuenta respecto a la tensi´on on de trabajo de los detectores cuando est´ an an conectados en serie?

Ejercicio 4 El margen de operaci´ on on o ganancia de un detector fotoel´ectrico ectrico se define como el cociente entre la cantidad cantidad de luz recibida y la canti cantidad dad de luz m´ m´ınima necesaria para producir la activaci´ on on de la salida. 1. ¿Depen ¿Depende de el margen margen de operac operaci´ i´ on o n de la dist distan anci cia a del del objeto objeto que que se detecta? Explica. 2. ¿Depende ¿Depende el margen margen de operaci´ operaci´ on on de las propiedades del objeto que se detecta? Explica. 3. ¿Qu´ e valor de margen de operaci´on on se tiene sobre la curva de detecci´on? on? Explica. 4. ¿En qu qu´ ´e rango rango de valores alores est´ a el margen de operaci´on on a la distancia nominal de detecci´ on? on? 5. ¿Qu´ e representa representa la curva curva de respuesta respuesta de un detector?

Ejercicio 5 En la siguiente figura se muestran las curvas de detecci´on on y ganancia de tres detectores de Schneider Electric: detectores de barrera, reflex y difuso.

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1. ¿Cu´ ¿Cu´ al ade l esestos la mayor distancia a la que se puede detectar objetos con cada uno detectores? 2. ¿Qu´ e detector detec tor ser´ ser ´ a m´ a ass fiable o robusto para detectar objetos ubicados a 10 cm aproximadamente, el reflex con   S    <   2m   o el difuso? Explica bas´ andote andote en la curva de ganancia. n

3. ¿Qu´ e significa significa la forma c´ o oncava ncava de la curva de ganancia del detector difuso? ¿Detectar´ ¿Detectar´ a este detector objetos ubicados a menos de 0.1 cm?

Ejercicio 6 En la siguiente figura se representan las curvas de detecci´on on de dos detectores de proximidad inductivos de Schneider Electric.

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1. ¿Qu´e rreprese epresentan ntan las l´ııneas neas continuas y disc discontinuas? ontinuas? 2. ¿C´ ¿C´oomo mo se pueden determinar de forma experimental estas curvas? 3. Su Sup´ p´ on on que las curvas mostradas en la figura han sido obtenidas para un cuerpo de metal no ferro ferromagn´ magn´eetico. tico. ¿Si se usara un cuerpo con las mismas dimen dimensiones siones pero de metal ferromagn ferromagn´´eetico, tico, las zonas de detecci detecci´on ´on ser´´ıan mayores o m ser menore enores? s? Explica Explica..

Ejercicio 7 Las sigui siguiente entess figuras, extra extra´´ıdas de los man manuales uales de Schn Schneider eider Electr Electric, ic, muestran algunas aplicaciones de los detectores. 1. ¿Qu´ e tipo de detector, inducti inductivo vo o capaci capacitiv tivo, o, se puede usar en cada una de ellas? Explica. 2. ¿En qu´e casos pueden usarse detectores que no sean capaciti capacitivos vos o inductivos ducti vos sino foto fotoel´ el´eectricos? ctr icos? a) Medici´oon n de velocidad de giro.

b) Control de ruptura de acoplamiento.

c) Llegada y llenado de recipiente de vidrio.

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Anexo B ˜ DE PROBLEMAS DE DISENO AUTOMATISMOS

Ejercicio 8

Manipulaci´ o on n con cilidro cilidross neum´ a aticos ticos I

Consid´ Con sid´eerese re se el sist sistema ema:: F2

P2

 

R2

A2

D

M R1

F1

P1 A1

Por la cinta inferior llegan piezas. Cuando una pieza se sit´u uaa encima de la superficie de elevaci´oon n el detector ´ooptico ptico D, se activa. En ese momento hay que parar la cinta, subir el cilindro hasta su posici´on on superior (hasta que se activa el detector detect or magn´eetico tico F1), mover el cilindro hor horizontal izontal hasta F2 y volv volver er los dos cilindros a su posici´oon n inicial (P1 y P2 activos). Las se˜n nales ales A1 y A2 hacen avanzar los cilindros, y las se˜n nales ales R1 y R2 los hacen retroceder. Si se desactivan las dos se˜n nales, ales, el cilindro se queda parado. La cinta inferior se mueve mediante la se˜ n nal al M, mientras que la superior est´a siempre en marcha (la controla otro proceso). Se tienen, adem´aas, s, un pulsador de marcha y otro de parada. Cuando se inicia el automatismo, el sistema debe estar en reposo. Al pulsar la marcha se pondr´a en funcionamiento. Cuando se pulse la parada el sistema acabar´a de trasladar la ´u ultima ltima pieza (si hay alguna en la plataforma de subida) antes de volver al inicio y quedar en reposo. 1. Obtener Obtener el Graf Grafcet cet que res resuel uelv ve el prob problem lemaa y su imp implem lemen entaci taci´´oon n en aut´oomata mata programab programable. le.

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2. Obtener los Grafce Grafcets ts que resuel resuelven ven el proble problema ma y su implemen implementaci´ taci´ oon n en aut´oomata mata programable si adem´aass se tiene un pulsador de emergencia con enclavamiento que al pulsarse desactiva todo el proceso. Una vez solucionado el problema y rearmado el pulsador de emergencia se volver´a al inicio.

Ejercicio 9

Mani nip pul ula aci´ o on n con cilidro cilidross neum´ a aticos ticos II

Consid´ Con sid´eerese re se el sist sistema ema::

R3

F3

P3

F2

P2

A3

A2

R2 D1 D2 M R1

F1

C1

P1

A1  

Por la cinta inferior llegan piezas de dos tama˜n nos. os. Cuando una pieza se sit´u uaa encima de la superficie de elevaci´oon, n, el detector ´ooptico ptico D2 se activa. Si la pieza es grande, adem´aass se activa D1. En ese momento hay que parar la cinta, subir el cilindro hasta la posici´oon n C1 (si la pieza es peque˜n na) a) o hasta la posici´on on F1 (si la pieza es grande). Despu´es es hay que mov mover er el cilindro horizontal corr correspondiente espondiente (el 2 o el 3) hasta F2 (o F3), y volver los dos cilindros a su posici´oon n inicial. Las se˜nales nales A1, A2 y A3 hacen avanzar los cilindros, y las se˜nales nales R1, R2 y R3 los hacen retroceder. Si se desactivan las dos se˜n nales, ales, el cilindro se queda parado. La cinta inferior se mueve mediante la se˜n nal al M, mientras que las superiores est´an an siempre en marcha (las controla otro proceso). Se tiene, adem´aas, s, un pulsador de marcha y otro de parada. Cuando se inicia el automatismo, el sistema siste ma debe estar en reposo. Al pulsar la marcha se pondr´a en funcionamiento. Cuando se pulse la parada el sistema acabar´a de trasladar la u ultima ´ ltima pieza (si hay alguna en la plataforma de subida) antes de volver al inicio y quedar en reposo. 1. Obtener Obtener el Graf Grafcet cet que res resuel uelv ve el prob problem lemaa y su imp implem lemen entaci taci´´oon n en aut´oomata mata programab programable. le.

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2. Obtener Obtener los Graf Grafcets cets que res resuel uelve ven n el proble problema ma y su imple implemen mentaci taci´´oon n en aut´oomata mata programable si adem´ aass se tiene un pulsador de emergencia con enclavamiento que al pulsarse deje congelado todo el proceso (todas las salidas inactivas), pero de forma que una vez solucionado el problema y rearmado el pulsador de emergencia el sistema contin´u uee desde la posici´oon n en la que estaba.

Ejer Ej erci cici cio o 10

Me Mezc zcla lado dora ra-e -em mbot botel ella lado dora ra I

El sistema de la figura sirve para producir y embotellar una disoluci´on on de un componente en agua.

Depósito 1 V1 V2

V3

M

PESO Depósito 2 NIVEL V4

L C D

 

El funcionamiento es como sigue: en un principio se supone el dep´oosito sito 2 vac´´ıo y la b´aascula vac scula tambi´een n vac vac´´ıa. El pro procedimie cedimiento nto para hacer la disolu disoluci´ ci´oon n es abrir la v´aalvula lvula V1 hasta que la se˜ n nal al anal´oogica gica PESO alcance un valor determinado (Peso Deseado). Despu´es es se abrir´a la v´aalvula lvula V2 durante 5 segundos para pasar el contenido al dep´oosito si to 22.. De Despu´ spu´eess se abr abrir´ ir´a la v´aalvula lvula V3 hasta que el NIVEL (variable (variable anal´ oogica) gica) alcance el valor Nivel Deseado Deseado.. A cont continu inuaci´ aci´ oon, n, el motor M se conectar´a durante 10 segundos para disolver el compuesto. Una vez realizada la mezcla, se puede empezar a embotellar. Cuando las botellas llegan al punto de llenado (detector D), se para la cinta (C) y la v´aalvula lvula V4 se abre hasta que se activ activaa L (bote lleno lleno), ), vol volvi vi´´eendose ndose a poner en marc marcha ha la cinta hasta el siguiente bote. Cada 5 minutos hay que activar el agitador M durante 10 segundos, para evitar que se formen posos, aunque esto no debe interrumpir el proceso de llenado. Cuando el NIVEL desciende hasta un valor Nivel Niv el M M´´ınim ınimoo hay que inte interrumpi rrumpirr el llena llenado do y proceder a hacer una nue nuev va mezcla. En esta nueva mezcla se a˜n nadir´ adir´a agua hasta un NIVEL igual a Nivel M´ınimo+Nivel Deseado, para garantizar que la con concentraci´ centraci´ oon n de la mezcla es la misma.

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Para el control del proceso habr´a un pulsador de MARCHA que iniciar´a todo el proceso y un pulsador de PARADA. Cuando se pulse PARADA el sistema continuar´a el proceso, llenando b botes otes hasta que se vac vac´´ıe por p or completo el dep´oosito sito 2 (dejando abierta la v´aalvula lvula V4 durante 10 segundos desde que el NIVEL se hace cero). El ´u ultimo ltimo bote (a medio llenar) ser´a evacuado hasta que se vuelva a activar D, y el sistema quede en reposo. Dise˜n nar ar el automatismo mediante Grafcet y obtener el programa del aut´oomata mata que lo implementa.

Ejer Ej erci cici cio o 11

Me Mezc zcla lado dora ra-e -em mbot botel ella lado dora ra II

Hacer el ejercicio anterior con las siguientes modificaciones. En el proceso de mezcla: la b´ascula ascula se llena al principio (con V1) hasta el Peso M´aaximo. ximo. Despu´es es se abre la v´aalvula lvula V2 hasta que el PESO se ha decrementado en la cantidad Peso Deseado. Cuando (tras varios procesos de mezcla) la b´aascula scula baja por debajo de Peso M´ınimo, la b´aascula scula se reca recarga rga hasta Pes Pesoo M´aaximo. ximo. En el proceso de embotellado: ahora no hay detector de bote lleno L. En su lugar, se abre la v´aalvula lvula V4 hasta que el NIVEL se decrementa en una cantidad que depende del tama˜ n noo del bote a llenar: Nivel Peque˜ n no, o, Nivel Mediano o Nivel Grande. El tama˜n noo del bote se obtiene de los detectores D1, D2 y D. Si es peque˜ n noo s´oolo lo queda activo D. Si es mediano queda activo D2 y D, y si es grande, D1, D2 y D. El nuevo sistema se muestra en la siguiente figura. Depósito 1 V1 V2

M

V3

PESO Depósito 2 NIVEL V4

D1

C

D2 D

Obtener el Grafcet que resuelv resuelvee el problema y su implemen implementaci´ taci´ oon n en aut´oomata mata programable.

Ejer Ej erci cici cio o 12

Me Mezc zcla lado dora ra-e -em mbot botel ella lado dora ra III

Considerar el proceso anterior al que, por otra parte, se quiere incorporar un sensor de concentraci´on on para supervisar que la mezcla es correcta antes de

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´ embotellarla. Ese sensor da una salida anal´ ogica: ogica: CONCENTRACION, tal y como muestra la figura.   Depósito 1 V1 V2

V3

M

PESO Depósito 2 NIVEL

CONCENTRACIÓN V4 D1

C

D2 D

Despu´ Despu´ eess de acabar acabar la mezcla mezcla y agitar, agitar, y cada vez que se agita agita de nuev nuevo o la ´ mezcla, se tendr´ a que comprobar que CONCENTRACION est´ a entre dos l´ımites mit es,, Con M´ axima axima y Con M´ M´ınima. ınima. Si no lo est´ a, a, se encend encender´ er´ a una luz de alarma y se parar´ a el proceso. En el modo de alarma, un operario conectar´ a manualmente una a la salida de V4. Despu´ es, es, accionar´a un pulsador ´ manguera de EVACUACI EVACUACION y se vaciar´ a por completo el dep´o osito sito 2. Cuando termine se apretar´ a un pulsador de FIN DE ALARMA y el sistema volver´a al inicio. Obtener el Grafcet que resuelve el problema y su implementaci´on on en aut´ omata omata programable.

Ejerc jerciicio cio 13

Mo Mon ntaca carg rga as

Dise˜ n nar ar un automatismo que controle un montacargas de 3 plantas. Las se˜ n nales ales de entrada ser´ an: an: ´ ULA.. Situa FOTOCEL ELULA Situada da en la puert puerta a de la jaula. jaula. Est´ a a 1 si no se interpone ning´ un un objeto, y a cero si se interpone alg´ un un objeto. PUERTA CERRADA. Es un detector que se pone a 1 cuando la puerta se ha cerrado del todo. P1, P2 y P3 son los detectores que indican que la jaula est´a en un piso. Est´ an an a 1 si el ascensor est´a situado en ese piso. L1, L2 y L3 son los pulsa pulsador dores es para para indic indicarl arlee al montac montacarg argas as que que se desplace hasta un piso. PARO es un pulsador que produce la parada inmediata del montacargas en el lugar donde est´e. e.

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Las se˜ n nales ales de salida son: SUBIR. Mueve el montacargas hacia arriba. BAJAR. Mueve el montacargas hacia abajo. CERRAR PUERTA. Cuando est´a a 1 se cierra la puerta del montacargas. Cuando est´a a cero, se abre. El funcionamiento es como sigue: Estando en reposo el montacargas, la puerta estar´a abierta. Cuando se pulse un piso, se debe cerrar la puerta y a continuaci´oon n moverse hasta que se llegue a ese piso. Si se corta la fotoc´eelula lula antes de que se haya cerrado la puerta, ´eesta sta se abrir´aa,, esperar´a 2 segundos, y volver´a a intentar cerra cerrarla rla para despu´es es mov moverse erse hacia el piso. El pulsador de PARO debe hacer que se detenga el ascensor, volvi volvi´´eendose ndose a poner en marcha cuando se pulse L1, L2 o L3 hasta llegar al piso elegido en ese momento. Cada vez que llega a un piso debe abrir la puerta y mantenerla abierta al menos 2 segundos antes de atender una llamada. Si no hay otra llamada, se quedar´a la puerta abierta. El ascensor s´oolo lo atender´a una orden. Cuando acabe el movimiento (cerrar puerta, moverse hasta el piso destino, abrir puerta, esperar 2 segundos) podr´a atender otra llamada. La orden solo queda cancelada cuando se pulsa PARO, ya que despu´es es el montacargas ir´a al nuevo piso elegido. Obtener el Grafcet que resuelve el problema y su implementaci´oon n en aut´oo-mata programabl programable. e.

Eje Ej erc rciici cio o 14

Se Sepa para rado dor r de az azul ule ejo joss

El sistema de la figura representa un sistema de separaci´oon n de azulejos.   Subir Bajar

Lleno

Motor1

Motor2 Vacío Piso

F2 Marcha

F1

Paro

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Las entradas del sistema de control son: F1, F2. Son dos detectores que detectan las baldosas. Piso. Es un detector que se activa cuando el compenser est´a exactamente en un piso. Lleno. Es un detector que se activa cuando el compenser est´a lleno (en la posici´oon n m´aass elevada). Vac ac´´ıo. Es un det detector ector que se activa cuando el comp compenser enser est´a vac´ıo ıo (e (en n la posici´oon n m´aass baja). Motor2. Es una se˜n nal al que indica si el motor 2 est´a activo o no (tramo posterior en marcha o parado). Marcha. Es un pulsador simple. Paro. Es un pulsador simple. Las salidas del sistema de control son: Motor1. Pone en marcha el motor de la cinta anterior al compenser. Subir. Mueve el compenser hacia arriba. Bajar. Mueve el compenser hacia abajo. Descripci´oon n del funcionamiento del proceso. Por la cinta llegan, al azar, azulejos de dos tama˜ n os (de 30 cm y de nos 60 cm). El compenser (buffer) se utiliza para separar los azulejos seg´un un su tama˜ n no. o. Para ello, el compenser debe cargar los azulejos de 30 cm, dejando pasar los de 60 cm. Cuando el compenser se llena, se debe parar el motor de la cinta 1, y vaciar todos los azulejos de 30 cm almacenados, empezando empe zando despu´eess u un n nuevo ciclo. Se ssupo upone ne qu quee aaunque unque el mo motor tor 1 est´ e st´e parado, los azulejos salen por la cinta 2 sin problemas. La detecci´oon n del tama˜ no no del azulejo se realiza mediante los detectores F1 y F2, (si el azulejo es de 30 cm cando se activa F1 ya no est´a activo F2, mientras que si es de 60 s´ı est´aan n activos a la vez). El compenser debe coger un azulejo justo cuando se desactiva el sensor F1 tras el paso del azulejo. Para cogerlo simplemente subir´a un piso. Para descargar cada azulejo se debe bajar un piso y esperar medio segundo. Si el motor moto r 2 se para, el motor 1 debe pa pararse rarse tambi´een n hasta que el moto motorr 2 vuelva a funcionar.

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Se supone que las baldosas llegan lo bastante separadas unas de otras (cuando el compenser coge una baldosa puede subir un piso antes de que llegue la siguiente al detector F1). Estando el sistema en reposo, al pulsar Marcha debe ponerse en funcionamiento. Cuando se pulse Paro, el sistema debe detenerse en cuanto compruebe que el compenser ha terminado la operaci´on on de subir piso o bajar piso (es decir, evitando que el compenser se quede entre dos pisos). Realizar el (o los) diagrama GRAFCET que resuelve el problema de automatizaci´oon n anterior, as´ as´ı como el programa de aut´oomata mata que implementa el automatismo anterior.

Ejerci Eje rcicio cio 15

L´ıne ınea a de trata tratamie mient nto o de azulej azulejos os

El sistema de la figura rrepresenta epresenta una l´ınea de tratamiento de azulejos. Ap. A

Ap. B

Motor

F2 Marcha

F1  

FA

 

FB

Paro

Las entradas del sistema de control son: F1, F2, FA, FB. Son detectores que detectan las baldosas. Marcha. Es un pulsador simple. Paro. Es un pulsador simple. Las salidas del sistema de control son: Motor. Pone en marcha el motor de la cinta. A. Abre la v´alvula alvula que activa el aspersor de la aplicaci´oon n A. B. Abre la v´aalvula lvula que activa el aspersor de la aplicaci´oon n B. Descripci´oon n del funcionamiento del proceso. Por la cinta llegan, al azar (no separados uniformemente), azulejos de dos tama˜ n nos os (de 30 cm y de 60 cm). Los azulejos de 30 cm deben recibir u unicamente ´nicamente el tratamiento A, mientras los azulejos de 60 cm deben recibir u unicamente ´nicamente el tratamiento B.

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La detecci´oon n del tama˜ no no del azulejo se realiza mediante los detectores F1 y F2, (si el azulejo es de 30 cm, cuando se activa F1 ya no est´a activo F2, mientras que si es de 60, s´ı est´aan n activos a la vez). La activaci´oon n de la aplicaci´oon n (A o B) debe hacerse durante 1 segundo desde que se aactiva ctiva la foto fotoc´ c´eelula. lula. Estando el sistema en reposo, al pulsar Marcha debe ponerse en funcionamiento. Cuando se pulse Paro el sistema debe detenerse, pero sin dejar un azulejo a medias (si un azulejo est´a en medio de una aplicaci´on ´est staa debe finalizar antes de parar el sistema). Realizar el (o los) diagrama GRAFCET que resuelve el problema de automatizaci´oon n anterior, as´ as´ı como el programa de aut´oomata mata que lo implementa.

Ejerci Eje rcicio cio 16

Apa Aparca rcami mien ento to aut autom om´ ´ atico atico

Dise˜ nar nar el automatismo que controla un aparcamiento autom´aatico tico con 30 plazas disponibles. Se tiene las siguientes variables de salida: SubirE, SubirS, BajarE, BajarS para subir y bajar la barrera de entrada y la de salida. COMPLETO y LIBRE para indicar si est´a completo o hay plazas libres. TicketEntrada, que produce la salida de un ticket de entrada para que lo coja el usuario. Las variables de entrada ser´aan: n: E Arriba, E Abajo, S Arriba y S Abajo, que son detectores que indican que las barreras est´an an arriba o abajo. Fotoc´eelula lu la E y Foto Fotoc´ c´eelula lul a S, que son d dos os fo foto toc´ c´eelulas lu las si situa tuadas das exac e xactam tamenente ba jo las barreras para det detectar ectar un veh veh´´ıculo que est´a pasando. Coche Presen Presente, te, que es un detector que se activ activaa si hay un veh veh´´ıculo en la zona de entrada (antes de la barrera de entrada). Pagado es una variable producida por el elemento que acepta los tickets de salida. Da un pulso de 200 ms de duraci´oon n si se ha introducido un ticket de salida. El funcionamiento es como sigue: cuando hay sitio libre y un coche se sit´ u uaa en la zona de entrada (se activa CochePresente), se activa TicketEntrada y se abre autom´aaticamente ticamente la barrera de entrada, cerr´aandose ndos e een n cu cuanto anto la Foto otoc´ c´elula elula E deja de detectar al coche. Cada vez que entra un coche se debe decrementar un contador que contiene el n´ u umero mero de plazas libres.

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Para salir del aparcamiento el usuario debe ir a pagar a la caja, donde recibe un ticket de salida. Cuando introduce ese ticket, la barrera de salida debe levantarse, baj´aandose ndose en cuanto la Fotoc´eelula lula S deja de detectar al veh veh´´ıculo. Cada vez que sale un veh veh´´ıculo, el contador de plazas libres debe incrementarse. Cuando el n´u umero mero de plazas libres sea cero, se debe encender el letrero COMPLETO, mientras que si no es cero debe estar activado el letrero LIBRE. Dise˜ n nar ar el Grafcet que resuelve el problema y el programa que lo implementa.

Ejercicio 17

Ascensor

Dise˜ nar nar un automatismo que controle un ascensor de tres plantas. En la jaula hay un pulsador para cada planta y un pulsador de paro de emergencia, emerg encia, as´ as´ı como una fo foto toc´ c´eelula lula en la puert puertaa cor correder redera. a. La puert puertaa correder cor rederaa tiene un detector de puerta abierta y otro de puerta cerrada. Adem´as se tiene un detector inductivo en la jaula, que se activa ´u unicamente nicamente cuando la jaula est´a situada exactamente en una planta. En cada planta hay un pulsador de llamada y un final de carrera de roldana que est´a activo mientras la jjaula aula est´e entre 50 cm por encima y 50 cm por debajo de la planta. Como salidas se tiene SubirJaula, BajarJaula, para subir y bajar el ascensor; Velocidad (si vale 1, el motor gira a velocidad alta y si vale 0 a velocidad baja); CerrarPuerta y AbrirPuerta para abrir y cerrar la puerta. El funcionamiento es como sigue: El funcionamiento del movimiento del ascensor cuando va de un piso a otro debe ser tal que se mueva a velocidad baja los primeros 50 cm y los u ultimos ´ltimos 50 cm del recorrido y a velocidad alta el resto. El pulsador de paro de emergencia debe hacer que se detenga el ascensor, volvi vol vi´´eendose ndose a poner en march marchaa cuando se pulsa un piso (desde den dentro, tro, no de llamada externa). Cada vez que llega a un piso debe abrir la puerta y mantenerla abierta al menos 5 segundos antes de atender una llamada. Si no hay otra llamada, se quedar´a la puerta abierta. Si la puerta se est´a cerrando y se activ activaa la fotoc´elula, elula, se debe abrir y esperar 1 segundo para volver a cerrarse. El ascensor s´oolo lo atender´a una orden (de llamada externa o de pulsador interior). Cuando acabe el movimiento (cerrar puerta, moverse hasta el piso destino, abrir puerta, esperar 5 segundos) podr´a atender otra llamada. Obtener el Grafcet que resuelve el problema y su implementaci´oon n en aut´oo-mata programabl programable. e.

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Ejer Ej erci cici cio o 18

Bu Buffe ffer r en l´ın ınea ea de fa fabr bric icac aci´ i´ on on de azulejos

El sistema de la figura representa un compenser (buffer) habitual en una l´ınea de azulejos. El compenser se sit´u uaa al final de un tramo de transporte y su objetivo es acumular azulejos cuando el tramo siguiente se para, para evitar que se pare el tramo anterior. Lleno

Subir Bajar

Motor1

Motor2 Vacío Piso

Hueco_1

Marcha

Hueco_2

Paro

Las entradas del sistema de control son: Hueco 1. Es un detector que detecta la baldosa. Hueco 2. Es otro detector para detectar las baldosas. Piso. Es un detector que se activa cuando el compenser est´a exactamente en un piso. Lleno. Es un detector que se activa cuando el compenser est´a lleno (en la posici´oon n m´aass elevada). Vac ac´´ıo. Es un detect detector or que se activa cuando el co compenser mpenser est´a vac´ıo ıo (e (en n la posici´oon n m´aass baja). Motor2. Es una se˜ n nal al que indica si el motor 2 est´a activo o no (tramo posterior en marcha o parado). Marcha. Es un pulsador simple. Paro. Es un pulsador simple. Las salidas del sistema de control son: Motor1. Pone en marcha el motor de la cinta anterior al compenser. Subir. Mueve el compenser hacia arriba. Bajar. Mueve el compenser hacia abajo.

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Descripci´oon n del funcionamiento del proceso. Estando el sistema en reposo, al pulsar Marcha debe ponerse en funcionamiento. En funcionamiento normal, Motor2 est´a activ activo, o, y Motor1, tambi´ een. n. Si se desacti desactiv va Motor2 (debid (debidoo a un fallo en el tramo posterior de la l´ınea), el compenser debe empezar a cargar azulejos. Para ello, cuando se active Hueco 2 el compenser debe subir un piso (sin parar Motor1). Esta carga continuar´a hasta que se active Lleno (en cuyo caso se debe desactivar Motor1) o hasta que se active de nuevo Motor2. Si el compenser se ha llenado, el sistema permanecer´a parado hasta que se active Motor2. Cuando se vuelva a activar el Motor2, el Motor1 debe activarse, y el compenser debe empezar a descargar. Para descargar un azulejo tiene que haber detectado un hueco suficiente. Habr´ a un hueco suficiente si cuando se desactiva Hueco 2 (al salir el azulejo), Hueco 1 no est´a activo (no hay un azulejo llegando). Para descargar, simplemente bajar´a un piso. La descarga seguir´a has hasta ta que se acti active ve Vac´ ac´ıo o has hasta ta que se des desacti active ve Motor2, en cuyo caso se proceder´a a cargar azulejos tal y como se ha explicado arriba. Si en funcionamiento normal se pulsa Paro, el sistema debe detenerse hasta que se pulse Marcha. Realizar el (o los) diagrama GRAFCET que resuelve el problema de automatizaci´oon n anter anterior. ior.

Ejerc Ej ercici icio o 19

Med Medido idor r aut autom om´ ´ atico atico de con conta tamin minan ante tess

El siguiente siguiente esque esquema ma represe representa nta un siste sistema ma para medir la concen concentraci´ traci´ oon n de contaminantes en el agua que fluye por dos canales. Marcha

Parada

Alarmas por  contaminacion

Desactiva alarmas

canal 1

canal 2

canal 1

canal 2

BA

BB

BC

BD D

C B3 T B1

M

B2

inicio de medición medida

Canal 1

B V1

V2 A

analizador 

Canal 2 residuos

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El funcionamiento es como a continuaci´on on se describe. Las bombas B1 y B2 toman agua de los canales 1 y 2 respectivamente. El an´alisis de cada canal se hace hace por separ separad ado, o, altern altern´ andose. andose. Entre los an´ ´ alisis alisis de los canale canaless deben deben transcurrir 30 minutos. Cuand Cu ando o el sistem sistema a se pone en marc marcha, median mediante te el pu pulsa lsado dorr Marc Marcha, ha, la bomba B1 extrae agua del canal 1 hasta el recipiente. Esta bomba tiene que estar activa durante 30 s, entonces comienzan a a˜nadirse nadirse los reactivos A, B, C y D. Primero se activa la bomba BA durante 5 s al cabo de los cuales se activa la bomba b omba BB, manteni´ endose endose activa la bomba b omba BA. A partir de ese momento las bombas BA y BB se mantienen activas durante 3 s, entonces se desactivan y se activa la bomba BC durante 10 s. Cuando se desactiva la bomba BC, se activa la BD durante 5 segundos. En el momento en que se detiene la bomba BC y se activa la BD hay que poner en marcha el motor M del agitador, que debe permanecer activado hasta que la mezcla formada por el agua y los reactivos alcance una temperatura tempera tura de 30 grados cent´ cent´ıgrados. La temperatura temp eratura se mide con el sensor T. En ese momento la mezcla estar´ a lista para pasar al analizador, lo cual se consigue activando la bomba B3 y abriendo la v´ alvula alvula V1, manteniendo manteniendo la V2 cerrada. La bomba B3 debe estar activa durante 25 s, tiempo suficiente para par a que que la mezcl mezcla a llegue llegue al analiz analizado ador. r. Enton Entonce cess se activ activa a la se˜ nal nal digital digital inicio para que se comience el an´alisis. alisis. Tres segundos despu´ eess de la activaci´ on on de inicio de medici´ on, on, estar´ a disponible el resultado del an´a alisis lis is a trav´eess de la se˜ n nal al anal´ o ogica gica medida. Si el valor de medida es mayor que medida m´axima axima entonces se debe activar una alarma por contaminaci´ o on n del canal 1. Una vez finalizada la medici´ o on n se debe vaciar por completo el recipiente, para lo cual se debe abrir la v´ alvula alvula V2, cerrar la V1 y activar la bomba B3 durante 40 s, despu´ eess de lo cual el sistema s istema quedar´ a listo para realizar el an´ alisis alisis del agua del canal 2. Dicho an´ alisis alisis se realiza pasados 30 minutos y siguiendo el mismo procedimiento que el utilizado para el canal 1. Si durante cualquiera de los an´alisis alisis se acciona el pulsador de Parada, el an´ alisis alisis debe finalizar y el sistema se detendr´ a, a, quedando listo para realizar el siguien siguiente te an´ alisis alisis cuando cuando se pulse pulse el bot´ on on Marc Marcha. ha. Cuando Cuando se activ activee la alarma de uno de los dos canales, no se realizar´an an m´ as as an´ alisis alisis de ese canal y la alarma se mantendr´ a activa. En este caso, el sistema continuar´a realizando an´ alisis alisis de dell canal canal no contam contamina inado do a inter interv valos alos de 60 min minut utos. os. Las alarma alarmass por contaminaci´ on o n s´ olo olo se pueden desactivar de forma manual mediante los pulsadoress correspondientes. pulsadore correspondientes. Obtener el Grafcet que resuelve el problema y su implementaci´on on en aut´ oomata programable.

Ejerc Ej ercici icio o 20

M´ aquina aquina ros roscad cadora ora de tapo tapones nes

El esquema representa una m´ aquina aquina roscadora de tapones ta pones en una l´ınea de envasado de detergentes. El funcionamiento de la m´aquina aquina es como a continuaci´ on on se describe.

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El detector EP se activa cuando un envase llega por la cinta hasta la posici´oon n donde se realizar´a el roscado del tap´oon. n. En ese momento se debe detener la cinta, desactivar el motor M4, y activar los cilindros de sujeci´oon n S1 y S2 para comenzar el proceso de roscado, el cual se realiza por un cabezal dise˜n nado ado para este fin. El cabezal de roscado tiene tres actuadore actuadores: s: actuador de giro neum´aatico tico M1, que realiza el movimiento de giro horizontal del cabezal (si M1 est´a activo, el cabezal gira hasta la posici´oon n CT, mientras que si est´a desactivado, el cabezal gira hasta posici´ n PR);elcilindro tico M2 para realizarelelcabezal movimiento vertical (silaM2 est´aoon activo cabezalneum´ baja,aatico si est´ a desactivado, sube) y M3 para realizar el roscado. El cabezal incorpora adem´aass una pinza con accionamiento neum´aatico tico para la captura del tap´oon n que se mantiene cerrada mientras la se˜ n nal al AP est´a activa, as as´´ı como un sensor de fuerza FA cu cuya ya salida se activa cuando en la operaci´on on de roscado se alcanza la fuerza de apriete deseada. El funcionamiento del cabezal es como sigue: Activando el actuador M1, se desplaza el brazo del cabezal hasta la posici´oon n CT. Para coger un tap´on on se aactiva ctiva el cilindro M2 durante 3 segundos despu´eess de los cuales se activa AP para agarrar el tap´oon, n, desactiv´aandose ndose M2, lo que provoca la subida del cabezal con el tap´oon n en la pinza. Desactivando el actuador M1, se desplaza el cabezal a la poci´oon n de roscado PR. Si hay una botella presente presen te se comienza la operaci´ oon n de roscado, activ activando ando el cili cilindro ndro M2 duran durante te 2 seg segundo undoss des despu pu´´es es de los cual cuales es se acti activ va el moto motorr M3 (man (manteni teniend endoo M2 Activo) hasta que se activa el sensor FA indicando que se ha alcanzado la fuerza de apriete deseada. Entonces se desactivan AP, M2 y M3, lo que provoca la subida del cabezal durante 1 segundo, al cabo del cual se activa el actuador M1 para llevar nuevamente el cabezal hasta la posici´oon n CT y coger un nuevo tap´oon, n, repiti´eendose ndose el ciclo antes descrito.

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AT

CT M1 PR  VT M2

FA M3

AP S1

FT

T

S2

M4 EP

La ubicac ubicaci´ i´oon n de tap´on on para que sea agarrado por el cabezal se lleva a cabo mediante un cilindro de simple efecto con electrov´alvula alvula VT que debe activarse para dejar pasar un tap´oon n cada vez que se desactive el detector T, indicando que un tap´oon n ha sido retirado por el cabezal. El sistema cuenta, adem´aas, s, con un detector FT que se activa cuando s´oolo lo quedan dos tapones en el dep´oosito. sito. La ca ca´´ıda de tapones tap ones al d dep´ ep´osito osito es controlada por un cilindro de simple efecto accionado mediante la electrov´aalvula lvula AT. En el dep´oosito sito siempre debe haber tapones disponib disponibles. les. Obtener el Grafcet que resuelve el problema y su implementaci´oon n en aut´oo-mata programabl programable. e.

Ejerc Ej ercici icio o 21

Ana Analiz lizado ador r de res residu iduos os l´ıquido ıquidoss

En la plan planta ta qu qu´´ımica se ha instal instalado ado una unidad analizadora de resid residuos uos l´ıqui ıquidos dos.. El cor coraz´ az´on on de esta instalaci´oon n es el analizador, un dispositivo que permite medir las concentraciones de distintos componentes en un ll´´ıquido que se hace circula c ircularr p por or ´eel. l. La unidad de an an´´aalisis lisis est´a compuesta adem´aass por una serie de dispositivos (v´aalvulas, lvulas, bombas, sensores, resistencia calefactora, etc.) cuyo objetivo es garantizar un correcto funcionamiento del analizador. La siguiente figura muestra un esquema de la unidad de an´aalisis. lisis.

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El funcionamiento de la unidad de an´aalisis lisis de residuos es como a continuaci´ oon n se describe: la unidad de an´aalisis lisis tiene seis modos de funcionamiento excluyentes (s´oolo lo puede estar en un modo a la vez): Modo 0; Puesta en marcha: la puesta en marcha de la unidad de an´aalilisis se inicia con el pulsador PM. Se enciende al analizador activando la se˜ n nal al ON/OFF, que permanecer´a activa durante todo el funcionamiento de la unidad. Con las v´aalvulas lvulas V1 y V5 abiertas y V2, V3 y V4 cerradas se hace pasar la corriente por conducto de ll´´que ıquidos activandodelaresiduos bomba B. Desde la puestade en residuos marcha p deorlael bomba hasta la corriente comienza a pasar por el analizador transcurren 30 s. S´oolo lo despu´eess de este tiempo y verificando que la temperatura T sea mayor de 200 o C, se indica al analizador que comience el an´alisis alisis mediante la activaci´oon n de la se˜n nal al IA. Si transcurridos o los 30 s despu´es es del encendido de la bomba T   200 C. Este modo s´oolo lo se ejecuta al inicio del funcionamiento de la unidad de an´aalisis. lisis. Modo 1; An´aalisis: lisis: en este modo las v´aalvulas lvulas V1 y V5 est´aan n abiertas mientras que V2, V3 y V4 est´an an cerradas. El l´ıquido a ser analizado es extra extra´´ıdo de la tuber´´ıa de residuos por succi´oon tuber n mediante la bomba B. Es filtrado por el filtro F y calentado hasta una temperatura en el rango de 200 o C a 250o C por la resistencia calefactora R. Este es el modo en que, por defecto, se encuentra la unidad. (excepto En este modo, la se˜ n nal al est´a activa y el resto del se˜ n nales ales del analizador ON/OFF) est´ aan nIA desactivadas. Modo 2; Correcci´on on del punto cero: este procedimiento se realizar´a cada 12 horas. Para ello se hace pasar l´ıquid ıquidoo nul nuloo por el analiz analizador ador indic´ aandole ndole que inicie la correcci´oon n mediante la activaci´oon n de la se˜ n nal al IP0 (el resto de se˜ n nales ales del analizador, excepto ON/OFF, desactivadas). Antes de comenzar la correcci´on on del punto cero cer o es necesario pu purgar rgar el conducto d dee los l´ıquidos de residuos; esto se consigue co nsigue haciendo pasar l´ıquido nulo durante 15 s, s´oolo lo entonces se indica al analizador analiz ador que comie comience nce la correcc correcci´ i´oon n del punto cero. El procedimiento, que se realiza por el propio analizador, tiene una duraci´on on de 50 s, tiempo durante el

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cual ha de estar circulando ll´´ıquido nulo. Una vez finalizado el ajuste de punto cero se vuelve al modo an´aalisis. lisis. Modo 3; Calib Calibraci´ raci´ oon: n: el procedimiento de calibraci´oon n se inicia por demanda de analizador mediante la activaci´oon n de la se˜ n nal al DC. Para la calibraci´oon n se hace pasar l´ıquido de calibraci´oon n por el analiz analizador. ador. En este modo tamb tambi´ i´ een n es necesario purgar el conducto de l´ıquidos haciendo pasar l´ıquido de calibraci´oon n durante 15 s, s´oolo lo entonces se indica a analizador, por activaci´oon n de la se˜n nal al IC (resto de se˜ nales, nales, excepto ON/OFF, desactivadas), que inicie el procedimiento de calibraci´ calibraci´oon, el cual dura 100 s, Una tiempo el cual estar´a p pas asan l´ıqu ıquido ido de on on, n por el analizador. vezdurante finalizada la calibraci´ oon n ando sedo vuelve al modo an´aalisis. lisis. En estos cuatro modos, el caudal de los l´ıquid ıquidos os hacia el analizad analizador or se garantiza ranti za median mediante te la bomba B. As As´´ı mism mismo, o, la temperatura de entr entrada ada de los l´ıqui ıquidos dos (re (resid siduos uos,, l´ıqui ıquido do nulo o l´ıqui ıquido do de cal calibr ibraci aci´´oon, n, seg´ u un n el modo) se ha o o de mantener entre los 200 C y los 250 C mediante la resistencia calefactora R. Dicha temperatura se mide con la termo-resistencia T. El control de la temperatura se realizar´a mediante un controlador todo/nada: si T 240o desactivar R hasta que T = 210o C. La temperatura de los residuos que se extraen de la tuber tuber´´ıa es aprox aproximadam imadamente ente de o 100 C, mientra mientrass que el l´ıquido nulo y l´ıquido de calibr calibraci´ aci´oon n que se suministra a la unidad de an´aalisis lisis est´aan n a la temperatura ambiente. Adem´aass de los cuatro modos de funcionamiento antes descritos existen dos modos m´aass que se describen a continuaci´oon: n: Parada forzada por temperatura baja: independiente del modo (de los cuatro anteriores) en que se encuentre la unidad de an´aalisis, lisis, si en alg´ u un n momento la temperatura temp eratura del l´ıquido a la entrada del aanalizador nalizador desciende por deba jo de o los 200 C se ha de activar una alarma; adem´aas, s, desactivar IA, desactivar la resistencia calefactora y detener la bomba. El sistema debe permanecer en esas condiciones hasta que se pulse el bot´oon n PM, momento en el cual se activar activar´´ıa nuevamente la se˜ n nal al IA, la resis resistencia tencia calefactora y se pondr´ pondr´ıa en marc marcha ha la bomba, retornado as as´´ı, la unidad de an´aalisis lisis al modo 1 (an´alisis). alisis). Modo 4; Parada normal: se inicia con el pulsador ST. Se desactiva la resistencia calefactora. Se apaga el analizador desactivando la se˜n nal al ON/OFF. Con las v´aalvulas lvulas V1, V2 y V3 cerradas y V4, V5 abiertas se hace pasar aguas por el conducto de l´ııquidos quidos hacia el ana analizador lizador durante 50 s. Trascurrido ese ttiempo iempo se detiene la bomba y se cierran las v´aalvulas lvulas V4 y V5. La unidad queda lista para una nueva puesta en marcha (modo 0). El tiempo de apertura y cierre de las v´aalvulas lvulas es de 2 s. Esta consideraci´on on sobre el tiempo de apertura y cierre de las v´aalvulas lvulas se ha de tener en cuenta durante los cambios entre los distintos modos de funcionamiento. Obtener el Grafcet que resuelve el problema y su implementaci´oon n en aut´oo-mata programabl programable. e.

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Ejerci Eje rcicio cio 22

Sis Sistem tema a de em empaq paquet uetado ado autom autom´ ´ atico atico

La siguiente figura muestra la vista de planta de un sistema de empaquetado autom´aatico. tico.

Las piezas grandes, medianas y peque˜ n nas, as, a empaquetar, llegan hasta el brazo manipulador por una cinta transportadora movida por el motor M1. La distribuci´oon n del tipo de piezas en la cinta es totalmente aleatoria. Cuando una pieza llega al final de la cinta (detector D3), el motor debe detenerse, parando la cinta a la espera de que el brazo manipu manipulador lador agarre la pieza para depositarla en la caja que se est´ a llenado (si es p posibl osible) e) o en el dep´oosito sito temporal. Si la pieza es grande, estar´aan n activos los detectores D1, D2 y D3, si es mediana estar´aan n activos D2 y D3 y si es peque˜n naa s´oolo lo estar´a activo D3. En cada caja deben ir dos piezas grandes, una mediana y una peque˜n naa con la siguiente distribuci´oon: n:

Debido a que las piezas llegan por la cinta hasta el brazo manipulador de forma aleatoria, se utiliza un dep´oosito sito temporal para almacenar las piezas que no puedan ser introducidas en la ca caja ja que se est´e llenando. Para llenar una caja se deben usar, de forma prioritaria (siempre que sea posible), las piezas que est´een n en el dep dep´´oosito sito temporal. Una vez la caja est´a llena se activa el motor M2 para mover la cinta hasta que se desactive D0 y se vuelva a activar, indicando

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la presencia de una nuev nuevaa caja vac´ ac´ıa. El proceso de llenad llenadoo de cajas se repite continuamente. continuame nte. A mod modoo de ejemplo ejemplo,, con consid´ sid´eerese rese la sit situaci´ uaci´oon n rreprese epresentada ntada en la figura anterior. La secuencia de movimiento de las piezas debe ser la siguiente en ese caso: Pieza mediana en el dep´osito osito a la caja en la posici´oon n m. Pieza peque˜ n naa en cinta al dep´oosito sito temporal. Avanza cinta de piezas activando M1 hasta activar D3 Pieza peque˜ n naa en cinta al dep´oosito sito temporal. Avanza cinta de piezas activando M1 hasta activar D3. Pieza grande de la cinta a la caja en la posici´oon n g2. Avanza la cinta de piezas activando M1 hasta que se active D3 y la cinta de cajas acti activ vando M2 has hasta ta que una caja vac ac´´ıa sea dete detectad ctadaa por la activaci´ oon n de D0 (tras su desactivaci´oon). n). El brazo manipu manipulador lador tiene cuatro entradas digitale digitaless mediante las cuales se le env env´´ıan, desde el Aut´oomata, mata, las ordenes ´ordenes de movimiento y captura de piezas usando la siguiente codificaci´oon: n:

Adem´as, as, tiene una salida digital (FA) que se activa cuando el manipulador ha completado cualquiera de la acciones anteriores. Para realizar las acciones, el brazo parte de una posici´on on inicial, realiza la acci´oon n y regresa a la posici´oon n inicial activando FA, que se desactiva cuando el brazo recibe el c´oodigo digo de una nueva acci´oon. n. Si no se est´a realizando ninguna acci´oon, n, el brazo permanece en la posici´oon n inicial. Habr´a un pulsador de MARCHA y otro de PARADA. Al iniciarse el sistema todo estar´a desactivado hasta que se pulse el pulsador de

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MARCHA, sonar´a una alarma durante 5 segundos e inmediatamente despu´eess comienza el funcionamiento normal del sistema. Cuando se presione el pulsador de PARADA, el sistema se detendr´aa.. Si cuando se pulsa PARADA el brazo manipulador est´a moviendo una pieza, dicho movimiento debe completarse (depositar la pieza donde corresponda) para evitar que se quede el brazo cargado con la pieza. Obtener el Grafcet que resuelve el problema y su implementaci´oon n en aut´oo-mata programabl programable. e.

Ejerci Eje rcicio cio 23

L´ıne ınea a de tra trata tamie mient nto o y em embal balaje aje

El siguie siguiente nte esque esquema ma represe representa nta una l´ınea de tratamien tratamiento to y emb embalaje alaje de piezas. A

Buffer   pre−procesamiento

SG2

MPG

 p. grandes

Buffer   pos−procesamiento

 p. grandes

ALMG

ALARMA MARCHA

Cinta de embalaje

PARO

SG

EMERGENCIA

SPG SG1

Cinta de procesamiento  p. grandes

APG

MA

STE MG

SEM

E2 E1

MP Cinta alimentadora S3 S1

S2

Cinta distribuidora

FO B

SP1

MPQ

SP

SP2

APP

ME

ALMP

Buffer   pre−procesamiento

 p. pequeñas

SPQ

Buffer   pos−procesamiento

Cinta de procesamiento  p. pequeñas

 p. pequeñas

El funcio funcionamien namiento to es como a conti continuac nuaci´ i´ oon n se describe. Por la cinta alimentadora, que se mueve con un motor MA, llegan piezas grandes y peque˜nas nas en un orden aleatorio. El tama˜no n o de cada pieza se conoce por medio de los detectores S1 y S2. Estos dos detectores est´aan n separados poco m´aass de lo que mide una pieza peque˜n na, a, de manera que entre ellos cabe exactamente una de estas piezas sin que los dos est est´´een n activ activados. ados. Al llegar a la cint cintaa distri distribuidora buidora las piezas grandes se mueven hacia el buffer de pre-procesamiento de piezas grandes, para ello se activa la se˜n nal al MG, mientras que las piezas peque˜ n nas as se mueven hacia el buffer de pre-procesamiento de piezas peque˜ n nas, as, para lo que se activa la se˜ n nal al MP. En ambos casos el movimiento comienza una vez que se ha desactivado el detector S3, indicando que la pieza est´a sobre la cinta distribuidora. Entre el detector S2 y el S3 caben como m´aximo aximo 6 piezas peque˜ nas nas o 3 grandes.

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Mientras la cinta distribuidora est´a moviendo la pieza al buffer correspondiente, la cinta alimentadora se mantiene parada hasta que la pieza llegue al buffer, lo cual se indica mediante los detectores SG para las piezas grandes, o SP para las piezas peque˜n nas. as. Cada uno de los buffers de pre-procesamiento tiene un sistema de control propio que es capaz de hacer las operaciones necesarias para almacenar o dispensar las piezas. Cada buffer tiene una se˜n nal al de entrada: ALMG y ALMP. Si esta se˜ n nal al (ALMG o ALMP) est´a activa, el buffer debe almacenar las piezas que le lleguen y no dispensar, si est´a desactivada, el bufferaldebe piezas y node almacenarlas; en ese caso, las piezas que entran bufferdispensar salen directamente ´eeste. ste. De los buffer de pre-procesamiento las piezas pasan a las cintas de procesamiento, que se mueven por la activaci´oon n de las se˜n nales ales MPG para las piezas grandes y MPQ para las piezas peque˜n nas. as. A las piezas grandes se les aplica una operaci´oon n A que dura 5 s, mien mientras tras que a las piez piezas as peque˜ n nas as se les aplica la operaci´on on B que dura 15 segundos. Estas operaciones comienzan cuando se activan los detectores SPG y SPQ respectivamente. Las velocidades de las cintas son las adecuadas en cada caso para que las operaciones se realicen con las piezas en movimiento. Una vez finalizadas las operaciones, las piezas contin´ u uan an hasta los buffer de post-procesamiento. Desde estos buffers un brazo robot coge las piezas y las coloca en cajas para su posterior comercializaci´oon. n. Las cajas para el embalaje de las piezas vienen por la cinta de embalaje. Existen dos formas de realizar el embalaje que se distinguen mediante etiquetas pegadas en las cajas: Tres piezas peque˜ n nas: as: las cajas tienen una etiqueta negra. Una pieza peque˜n naa y una grande: las cajas tienen una etiqueta blanca. La llegada de una caja a la posici´oon n de embalaje se detecta con el detector SEM, mientras que el tipo de embalaje se detecta con un detector STE: si est´a activo, tres piezas peque˜ n nas as y si no est´a activo una pieza grande y una peque˜ na. na. Durante el llenado de una caja, la cinta de embalaje se mantiene parada y se p pone one en marc marcha ha cuando finaliza ´eeste, ste, hasta que llegue otra ca caja ja vac´´ıa a la po vac posici sici´´oon n de llenado. El llenado de una caja s´olo olo comenzar´a si el n´u umero mero de piezas en los buffer de post-procesamiento es suficiente para completarla. En caso contrario, se encender´a una alarma de buffer vac vac´´ıo (APP o APG) y se esperar´ a hasta que est´een n las piezas disponibles en los buffer buffers. s. S S´olo ´olo entonces se apagar´a la alarma y se proceder´a al llenado de la caja. El brazo robot tiene dos entradas (E1, E2) mediante las cuales se le da las ´ordenes seg´ ordenes u un n se muestra en el cuadro siguiente:

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El brazo cuenta con un sistema de control propio que se encarga de controlar todos los movimientos para que se ejecute la orden dada. Adem´aass tiene una se˜nal nal de salida FO la cual se activa cada vez que el brazo finaliza alguna de las ´oordenes rdenes recibidas. Dado que la demanda de piezas es variante en el tiempo debido a las diferentes formas de embalaje, la funci´oon n de los buffers es almacenar las piezas que van llegando en exceso. En un inicio todos los buffers est´aan n vac´ vac´ıos, y llos os buffers buff ers de post-procesamiento est´aan n listos para almacenar las piezas que lleguen en exceso. Estos buffers un sistema debuffers controldepropio que hace que s´ funcionen de forma aut´ oonoma. noma.tienen Por otra parte, los pre-procesamiento oolo lo deben comenzar comenz ar a almacen almacenar ar piezas cuando los buffers de post-procesami post-procesamiento ento est´een n llenos, lo cual ocurre en el caso de las piezas grandes cuando el n´u umero mero de piezas en el de post-procesamiento sea de 20 piezas y en el caso de las peque˜n nas, as, cuando el n´ u umero mero de piezas en el buffer de post-procesamiento sea 30. En ese caso, la cinta de procesamiento se debe parar y se pondr´a en marcha cuando nuevamente haya espacio en los buffers de post-procesamiento. La capacidad de los buffers de pre-procesamiento es de 30 piezas, tanto de piezas grandes como de peque˜ n nas. as. Si alguno de los buffers de pre-procesamiento se llena, hay que detener el motor de la cinta alimentadora cuando la pieza que llegue a la cinta distribuidora sea del tipo del que est´a lleno el buffer de pre-procesamiento. Las piezas que salen de los buffers de pre-procesamiento se detectan por los detectores SG1 y SP1, y las que entran a los buffers de post-procesamiento se detectan por los detectores SG2 y SP2, para las piezas grandes y peque˜nas nas respectivamente. El sistema tiene un bot´oon n de MARCHA que inicia el procesamiento de las piezas desde las siguientes condiciones iniciales: 1) ttodos odos los buffers vac vac´´ıos; 2) cintas de procesamiento y distribuci´oon n sin piezas; 3) no hay piezas entre los detectores S1 y S3. El bot´on on de PARADA permite detener el procesamiento y embalaje de las piezas. Cuando se pulsa este bot´oon n se detiene la cinta alimentadora. Si hay alguna pieza en la cinta distribuidora, se lleva hasta el buffer correspondiente. Se procesan todas las piezas que hay hayaa en los buffers de pre-procesamien pre-procesamiento to hasta que ´eestos stos queden vac vac´´ıos. Tampo ampoco co deben quedar piezas en los buffers de postprocesamiento. El sistema se detendr´a cuando hay hayaa una caj cajaa vac vac´´ıa o a medio llenar pero no queden piezas para finalizar la operaci´oon. n. Tambi´een n hay un bot´ bo t´on on de EMERGENCIA, de forma que cuando se pulsa, todas las cintas deben detenerse y el brazo robot, ir a la posici´oon n de reposo inicial. Adem´aass debe encenderse una ALARMA, la cual se apagar´a des d espu´ pu´eess de dell rearme del bot´oon n de EMER EMERGENCI GENCIA, A, quedando quedando el sistema listo para comenzar el funcionamiento mediante el bot´oon n de MARCHA. Obtener el Grafcet que resuelve el problema y su implementaci´oon n en aut´oomata programabl programable. e.

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