El Plc - b 12_proceso Automat

Capítulo 12 Control de proceso automatizado mediante autómata programable 1. Conexión con el proceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2. Control en lazo abierto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3. Control en lazo cerrado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4. Tipos de procesos iniciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 5. Proceso continuo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 6. Proceso discreto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 7. Proceso discontinuo por lotes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 8. Controladores secuenciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 9. Controladores asíncronos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 10. Controlador síncrono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 11. Tipos de sistemas automáticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 12. Memorias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

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Capítulo 12 Control de proceso automatizado mediante autómata programable

1. CONEXIÓN CON EL PROCESO La transformación de unas materias primas en un producto acabado se lleva a cabo mediante un proceso de fabricación (En adelante proceso). Todo proceso lleva un sistema de control, que actúa según las condiciones que los sensores indican (que pueden ser muy variadas, como posición temperatura, cantidad, etc.). El proceso se inicia con una orden del operario y puede acabar de forma autónoma o por nueva orden del operario, algunos procesos se programan para que se detengan en espera de que el operario vuelva a dar la orden de continuación, pero lo normal es que sean los sensores los encargados de ordenar la reanudación del proceso. Cada actuación del proceso se ejecuta con los Actuadores, que suelen estar movidos por motores eléctricos, electroimanes, mecanismos mecánicos hidráulicos etc. Todo proceso requiere un control de actuación para que se inicie, se realice y se concluya. Hay dos formas básicas de realizar el control sobre un proceso industrial automatizado 

Control en lazo abierto



Control en lazo cerrado

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2. CONTROL EN LAZO ABIERTO El control en lazo abierto, se caracteriza porque la información o variables que controlan el proceso circulan en una sola dirección, desde el sistema de control al proceso (figura 1). En este tipo de sistema el control no recibe la confirmación de que las acciones que se realizan a través de los actuadores se han ejecutado correctamente.

Figura 1 CONTROL DE LAZO ABIERTO

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3. CONTROL EN LAZO CERRADO Se denomina lazo cerrado, el control en el que existe una realimentación, a través de los sensores, desde el proceso hacia el sistema de control que permite a este conocer si las acciones ordenadas a los actuadores se han realizado correctamente sobre le proceso (figura 2)

Figura 2 CONTROL DE LAZO CERRADO

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4. TIPOS DE PROCESOS INDUSTRIALES En función de la evolución con el tiempo, los procesos industriales se pueden clasificar en: 

Procesos continuos



Proceso por lotes o discontinuos



Procesos discretos

5. PROCESO CONTINUO Un proceso continuo se caracteriza porque las materias primas están constantemente entrando por un extremo del sistema, al mismo tiempo que en el otro extremo se obtiene de forma continua el producto elaborado. Un ejemplo típico de proceso continuo puede ser un sistema de calefacción para mantener una temperatura constante en una determinada instalación industrial (figura 3). La materia prima es el aire frío y la salida el aire templado, conforme el aire de va calentando la entrada y la salida se va modificando hasta que llega a una estabilización, a partir de este momento, el consumo de gas decae hasta un mínimo, que dependerá de las pérdidas de calor.

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Curso virtual: Electricidad industrial Figura 3 PROCESO CONTINUO (CONTROL DE TEMPERATURA DE UN LOCAL CERRADO)

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El sistema de control consta de un comparador que proporciona una señal de error igual a la diferencia entre la temperatura deseada y la temperatura que realmente existe; la señal de error se aplica al regulador que adaptará y amplificará la señal que ha de controlar la electroválvula que permite el paso de gas hacia el quemador de la caldera. A la vista de la instalación se destacan dos características propias de los sistemas continuos 

El proceso se realiza durante un tiempo relativamente largo, requiere un período de arranque y cuando se detiene su parada no es instantánea, sino que requiere un tiempo de parada total.



Las variables empleadas en el proceso y sistema de control son de tipo analógico; dentro de unos límites determinados las variables pueden tomar infinitos valores.

6. PROCESOS DISCRETOS La materia prima sobre la que actúa el proceso es habitualmente un elemento discreto que se trabaja de forma individual, el producto de salida se obtiene a través de una serie de operaciones, muchas de ellas con gran similitud entre sí.

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Curso virtual: Electricidad industrial Figura 4 PROCESO DISCRETO (FABRICAR UNA PIEZA CON DOS TALADROS)

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Un ejemplo de proceso discreto es la fabricación de una pieza metálica rectangular con dos taladros (figura 4). El proceso para obtener la pieza terminada puede descomponerse en una serie de estados que han de realizarse secuencialmente, de forma que para realizar un estado determinado es necesario que se haya realizado correctamente los anteriores: Las fases del proceso son:  Partiendo de una pletina, se corta a la dimensión determinada la pieza necesaria. 

Transporte de la pieza hasta la taladradora.



Realizar el primer taladro.



Desplazar la pieza.



Realizar el segundo taladro.



Evacuar la pieza.

Cada una de las fases, o estados, supone a su vez una serie de activaciones y desactivaciones de los actuadores (Motores y cilindros neumáticos) que se producirán en función de: 

Los sensores (de posición) y los contactos auxiliares (situados en los contactores) que activan los motores eléctricos.



Variables que indican que se ha realizado el estado anterior.

7. PROCESO DISCONTINUO POR LOTES Las materias primas necesarias para el proceso son cantidades diferentes de piezas discretas de forma y constitución diferentes. Sobre este conjunto se realizan las operaciones necesarias para producir el producto acabado, o bien obtener un producto intermedio para ser incluido en un procesamiento posterior (figura 5). Por ejemplo, se trata de formar un conjunto de tres piezas que se han obtenido a partir de una serie de procesos discretos; las piezas se ensamblarán como se indica en la figura 5 y una vez colocadas se roblonarán los remaches de forma que queden unidas las piezas sin soldadura.

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Figura 5 PROCESO DISCONTINUO (PROCESO POR LOTES)

El proceso lleva las siguientes fases: 

Posicionar las dos piezas de la base.



Posicionar la pieza de unión.



Colocar los roblones



Remachar la cabeza de los roblones

Estos estados, o fases, se realizan de forma secuencial, y para activar los dispositivos encargados de posicionar las diferentes piezas serán necesarias: 

Señales de sensores.



Variables de los estados anteriores.

Tradicionalmente, el concepto de automatización industrial se ha ligado a la aplicación de los sistemas de control discreto y procesos por lotes, dejando los procesos continuos a la regulación automática o servomecanismos. Los autómatas programables tienen su aplicación principal en los procesos discretos y discontinuos.

8. CONTROLADORES SECUENCIALES Se puede comprobar que los procesos discretos y discontinuos, tienen una gran similitud entre sí. Ambos procesos pueden controlarse mediante con el mismo sistema de control, que, debido a su forma de actuar recibe el nombre de controlador Módulo 2. Tema 12 Control de proceso automatizado mediante autómata

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secuencial.

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De forma resumida las características de los procesos secuenciales son: 

El proceso se puede descomponer en una serie de estados que se activen de forma secuencial (variables internas).



Cada uno de los estados cuando está activo realiza una serie de acciones sobre los actuadores (variables de salida).



Las señales procedentes de los sensores controlan la transición entre los estados (variables de entrada).



Los tres tipos de variables empleadas en el proceso son múltiples y generalmente de tipo discreto, solo toman dos valores: activado o desactivado. Por ejemplo un motor solo puede estar funcionando o parado.

En función de como se realice la transición entre estados, los controladores secuenciales pueden ser de dos tipos: 

Controladores secuenciales asíncronos



Controladores secuenciales síncronos

9. CONTROLADORES ASÍNCRONOS La transición entre dos estados se produce en el mismo instante en que se produce una variación de las variables de entrada.

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Curso virtual: Electricidad industrial Figura 6 CONTROLADOR SECUENCIAL ASÍNCRONO

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En la figura 6, se representa el control de un proceso mediante un controlador asíncrono, formado por un circuito combinacional que determina las acciones a realizar sobre el proceso, en función de las entradas procedentes de los sensores y de las variables asociadas a estados anteriores que sé realimentan a través de las células de memoria. 10. CONTROLADOR SÍNCRONO La transición a un estado determinado se produce en función de las variables de entrada y de las variables asociadas al estado anterior. Las variables de entrada y la variable interna (asociada al estado anterior) están sincronizadas mediante una señal de reloj de frecuencia fija, de forma que la transición entre estados sólo se produce por una señal del reloj (figura 7) Las células de memoria que almacenan las variables de entrada se activan todas, de forma conjunta con la señal de reloj, permitiendo el paso al circuito combinacional de las Xn variables, las células que almacenan las variables asociadas a los estados se activan mediante la señal del contador de forma individual; a cada impulso de la señal de reloj el contador se incrementa en una unidad permitiendo el acceso de una sola célula.

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Figura 7 CONTROLADOR DE SECUENCIA SÍNCRONO

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La presencia de la variable de entrada y la variable interna en la entrada del circuito combinado permite la activación de las variables de salida asociadas al estado activo. Este tipo de secuenciadores necesita para comenzar la secuencia entre estados la activación del primer estado E0. Los dos tipos de controladores descritos pueden construirse empleando lógica cableada y elementos discretos de tecnología electrónica, eléctrica o neumática. El único requisito que tendría que cumplir el controlador sería que el tiempo que necesita el circuito combinacional para tomar decisiones (ciclo de trabajo), en función de las variables de entrada y estados anteriores, tendría que ser mucho menor que el tiempo de evolución del proceso. Al emplear lógica cableada, la configuración del circuito combinacional y las operaciones lógicas que ha de realizar, depende de las cantidades de variables necesarias para controlar el proceso (variable de entrada y salida) y del número de estados en los que se desglosa (variables internas). Una modificación del proceso que supone una modificación en el número de variables anteriores o en su orden de actuación, significa diseñar de nuevo un controlador secuencial. Todos estos inconvenientes quedan resueltos utilizando la lógica programada. Con lo que cualquier variación, se hará mediante instrucciones de un lenguaje adecuado.

11. TIPOS DE SISTEMAS AUTOMÁTICOS Automatismos mecánicos. Son los más antiguos, se siguen utilizando, pero cada vez menos. Realizados con piezas mecánicas, como ruedas dentadas, bielas, palancas etc. No permiten controles en lazo cerrado. Automatismos eléctricos. Constan de los siguientes elementos: 

Temporizadores, relés, contactos (sistema de control).



Contactores (Preaccionadores).



Motores (actuadores).



Interruptores de posición, células, detectores, etc. (Sensores).



Pulsadores e interruptores (Accionado por el operario)

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FIGURA 8 RELÉ REGULADOR PARA CALEFACCIÓN

FIGURA 9 RELÉ TEMPORIZADO

Automatismos electrónicos. Utiliza todos los elementos eléctricos y además: 

Operadores lógicos, memorias, contadores; no son programables y están diseñados para una sola tarea.



Miniordenadores, autómatas programables, microprocesador; Sirven para variar las tareas y tienen que ser programados.

FIGURA 10 INTERRUPTOR HORARIO PARA CUATRO ACTUACIONES

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FIGURA 11 MODEM PARA CONECTAR POR TELÉFONO CON UN SISTEMA INTELIGENTE

Automatismos neumáticos. Formados por: 

Células neumáticas, temporizadores, secuanciadores. Con ellos se forma el sistema de control.



Distribuidores monoestables y biestables, son los preactuadores.



Cilindros de doble efecto y de simple efecto, son los actuadores del proceso.



Interruptores de posición neumáticos, vacuostatos, captadores de caída de presión, que actúan como sensores.



El operario en vez de actuar en un sistema eléctrico aquí opera con elementos neumáticos.

Electroneumáticos. Presentan las ventajas de los sistemas eléctricos y electrónicos además de los neumáticos. Haciéndose la adaptación de uno a otro mediante electroválvulas. Solo los preactuadores y actuadores son de tipo neumáticos.

FIGURA 12 ELECTROVÁLVULAS Módulo 2. Tema 12 Control de proceso automatizado mediante autómata

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12. MEMORIAS La memoria es el dispositivo electrónico que almacena información. Las memorias pueden ser grabadas y borradas, en el cuadro que sigue se detallan las distintas memorias y sus características más sobresalientes. Nombre

Características

Por corte de corriente

RAM

Memoria de escritura lectura con acceso libre

Se borra el programa

ROM

Memoria de valores fijos. Sólo lectura sobre la memoria

Conserva el programa

PROM

Memoria programable con valores fijos

Conserva el programa

EPROM

Memoria modificable con valores fijos

Conserva el programa

RPROM

Memoria reprogramable con valores fijos

Conserva el programa

EEPROM

Memoria de valores fijos que pueden modificarse eléctricamente

Conserva el programa

EAROM

Memoria de valores fijos que pueden modificarse eléctricamente

Conserva el programa

LIFO

Memoria de almacenamiento. Gestionan entrada y salidas de información

Se borra el programa

Cuadro 1. TIPOS DE MEMORIAS

Programa es el conjunto de instrucciones que se da a un autómata o calculador, en un lenguaje determinado para la ejecución de un automatismo, cálculo, etc. Lenguaje es la forma de comunicarse con la máquina para que esta ejecute una acción, los principales lenguajes son entre otros: ADA, BASIC, COBOL, FORTRAM, FORTH, LOGO, LOTUS etc. Sofware. Son los programas escritos en el lenguaje que entiende la máquina, ya sea por el usuario o por empresas informáticas. Hardware. Se llama dispositivo Hardware, a los circuitos electrónicos y a los elementos físicos que forman el conjunto del autómata, ordenador o calculadora. Periféricos. Son los elementos exteriores del ordenador, que están en comunicación directa con él (Teclado, Pantalla, Impresora, etc.) Bus. Es el conjunto de líneas de conexiones que unen los diferentes dispositivos electrónicos del autómata. Módulo 2. Tema 12 Control de proceso automatizado mediante autómata

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