DG-TAM Oil Work & Service Autor: Ing. Martin Torres Fortelli http://torreselectronico.com http://www.yoreparo.com http://www.canalplc.com http://automatismosmdq.com http://www.clubdediagramas.com http://www.ucontrol.com
UNIDAD Orientativa (Automatización)
“Introducción al control de procesos “
Características para los Lazos de Realimentación
las acciones ordenadas a los actuadores se han realizado correctamente sobre le proceso ( figura 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 (observemos la 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.
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Figura 2 Control de Lazo Cerrado
Lazo Abierto Vs. Lazo Cerrado
Figura 1 Control de Lazo Abierto
Como se demuestra en la figura de sistemas de realimentación, también muestra el primero de estos conceptos. Una vez instalado el controlador con realimentación dentro de un proceso y ubicado en automático, se origina un lazo cerrado. La salida del controlador afecta la medición y viceversa. Este lazo cerrado posibilita el control a través de realimentación. Si este efecto se rompe en cualquier dirección, el lazo se dice que esta abierto, y ya no hay mas control con realimentación. Un lazo de realimentación, se puede abrir por distintas razones:
Control en Lazo Cerrado
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Colocación del control en manual, lo cual hace que la salida permanezca constante (a menos que sea modificada por el operador) aun cuando cambie la medición.
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
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Falla del sensor o transmisor, con lo cual termina la capacidad del controlador de observar la variable controlada.
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 (observemos la 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.
A la vista de la instalación se destacan dos características propias de los sistemas continuos: 1. 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. 2. 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.
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.
Figura 3 Proceso Continuo (Control de Temperatura de un local cerrado)
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.
Figura 4 Proceso Discreto (Fabricar una pieza con dos taladros)
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
Controladores Asincronos La transición entre dos estados se produce en el mismo instante en que se produce una variación de las variables de entrada.
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 6 Controlador Secuencial Aincrono
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.
Controlador Sincrono 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 (observemos la figura 7)
Figura 7 Controlador de secuencia Síncrono
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.
Lenguajes de Programación para PLC
3. Alto Nivel: Se caracterizan principalmente por ser visuales, aunque existen también lenguajes escritos de alto nivel.
Los fabricantes de PLC han desarrollado una cantidad de lengua es de programación en mayoría de los casos siguiendo normas internacionales, con el fin de suplir las necesidades y expectativas de los programadores. En la siguiente tabla se presentan lenguajes de uso común.
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4. Diagrama de Contactos: Represe circuito de contactores y relés, fácil d en lógica alambrada. En general, nos (escalera), ya que la forma de constru
Niveles de los Lenguajes Especificos para PLC 1. Bajo Nivel: En el ámbito de programación de PLC no se utiliza directamente el lenguaje de máquina o del ensamblador. Se emplea el lenguaje e lista de instrucciones, similar al lenguaje ensamblador, con una sintaxis y vocabulario acordes con la terminología usada en PLC. 2. Listas: Lenguaje que describe lo que debe hacer el PLC instr cción por instrucción.
ta el funcionamiento deseado, como en un entender y utilizar para usuarios con experiencia eferimos a este lenguaje como LADDER ción de su esquema se asemeja a una escalera.
OR - Disyunción
EXOR - OR - Exclusiva
La operación lógica OR -disyunción - entrega como resultado V siempre que alguna de las entradas sea V, lo que se logra poniendo los contactos en paralelo.
La EXOR - OR -exclusiva- es V si alguna de las entradas, pero nunca ambas, es V también; se puede decir que es V si y sólo si las entradas son distintas. Analicemos detenidamente el circuito que la realiza.
Ejemplo: En el circuito se activa Q1.3 si alguna de las entradas I1.0 o I1.1 se activa. La operación lógica es Q1.3 = I1.0 OR I1.1.
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Ejemplo: Para realizar la operación Q1.0 = I1.0 EXOR I1.1, se debe efectuar una combinación de operaciones AND y OR: Q1.0 = ((I1.0 AND (NOT I1.1)) OR ((NOT I1.0) AND I1.1)). En el lenguaje de contactos es frecuente aquel caso en el cual las operaciones lógicas deben resolverse a partir de contactos normal abierto y normal cerrado.
NOT - Inversión La operación lógica NOT – inversión- entrega como resultado el estado contrario al presente en la entrada, esto se logra con el uso de Contactos Normal Cerrado.
Regla del Lenguaje de Plano de Contacto El esquema se realiza entre dos líneas o barras de alimentación dispuestas verticalmente a ambos lados del diagrama, entre ellas se dibujan los elementos del lenguaje. Ejemplo: Función y operación realizada es Q1.0 = NOT I1.0.
A la derecha del esquema se ubican los elementos de salida y a la izquierda los de entrada
El sentido de programación de los bloques de contactos de un programa de ejecuta en el sentido de arriba abajo.
El diagrama puede tener varias ramas o escalones.
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Lenguaje de Plano de Contactos (LADDER) Cada rama permite ubicar varios elementos de entrada pero sólo uno de salida.
Reglas del Lenguaje El número de contactos que se pueden colocar en un bloque, desde el comienzo de la línea principal hasta la salida, es ilimitado. Limitación práctica: Anchura del papel cuando queramos sacar el programa por impresora o anchura en el ambiente de programación.
La programación en cada bloque de contactos se realiza en el orden de izquierda a derecha
No se puede conectar una salida directamente a la línea principal, en estos casos se intercala un contacto cerrado de una marca o bit o relé interno cualquiera.
Elementos de Entrada: Los contactos, únicos elemento que se colocan a la entrada, son de tipo: Normal Abierto Normal Cerrado
Con relación a los contactos, tenga presente lo siguiente:
Encima del contacto e escribe la variable a la cual hace referencia. El valor lógico del contacto depende directamente del valor lógico de su variable. Para lo contacto normal abierto, si la variable es V, el contacto era V y, si la variable es F, el contacto será F. Lo contacto normal cerrado toman el valor inverso de su variable, si la variable e V, el contacto será evaluado como F y viceversa. ��
Elementos del Lenguaje Se clasifican en elementos de entrada y salida. Su estado es evaluado por el PLC para determinar un valor lógico, que recibe distintas denominaciones dependiendo del contexto de trabajo. A continuación, se presenta una tabla donde se relacionan las denominaciones de los contextos con las usadas en este curso (activo e inactivo).
La variables a los cuales pueden referirse lo contacto son:
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Elementos de Salida A los elemento de salida, al igual que para los de entrada, e les escribe encima la variable a la cual están referidos. El valor lógico del elemento d salida es determinado por el PLC a partir de los elementos de entrada. El elemento de alida principal e denomina Asignación o Bobina. La bobinas son de tres tipo:
Otros tipos de elementos e salida son: Temporizadores, Contadores, Saltos, lamadas y Retornos.
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Asignación Simple
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Puesta a uno o “set” Puesta a cero o “reset”
Este lenguaje en particular (Ladder), os puede resultar sencillo si nos remitimos al curo que anteriormente vimos de lógi as cableadas, donde vimos detalladamente
automatizaciones basadas en relés y contactores, ya que la regla y elementos del lenguaje son muy similares
Temporizadores En las tablas, a continuación, se listan los diversos tipos de temporizadores disponibles en lenguaje de plano de contactos especificando su simbología y diagrama de tiempos.
El Tiempo de Retardo (T#xx) se establece: En la parte superior del símbolo de disparo del temporizador, en segundos o en milisegundos. Mediante el formato T#multiplicador.escala, como producto entre la base de tiempo estipulada por la escala y multiplicador. Así que
Observe en la tabla los posibles valores de base de tiempo. ��
La salida del temporizador es cualquier contacto al cual se le haya asignado como variable de referencia el nombre del temporizador
Contadores Definición del Tiempo de Retardo:
Las opciones de programación de los contadores son:
Ejemplo1
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En el ejemplo 1, con el interruptor S0 se pone en marcha el motor de la maqueta. El interruptor S1 permite cambiar el sentido de giro del motor. En el montaje para ejemplo 0, S0 y S1 son interruptores situados en el simulador. Este aplica DC 24V en las entradas E0.0 y E0.1. La maqueta está conectada a las salidas A0.0 (Marcha/Paro motor) y A0.1 (Cambio de sentido) del PLC. El estado de señal de la entrada E0.0 es asignada a la salida A0.0 por medio del programa. El estado de señal de la entrada E0.1 se asigna a la salida A0.1.
Ejemplos básicos de conversión de Diagrama con “Lógica Cableada” a “Diagrama de Contacto” Bien, aprovecharemos un par de herramientas i ncluido los conocimientos previos adquiridos en nuestro curso de Lógicas Cableadas, y veremos algunos ejemplos básicos de conversión Lógica Cableada a Lógica de Contactos. Traducido, seria cambiar un tablero de control, por un sencillo autómata programable (PLC).
Los LEDs E0.0 a E0.7 muestran el estado de señal de las entradas E0.0 a E0.7. Los LEDs A0.0 a A0.5 muestran el estado de señal de las salidas A0.0 a A0.5. I y Q son los símbolos utilizados internacionalmente para representar entradas y salidas.
Elementos del programa de ejemplo 1
1era Modificación del programa: “Combinación Y” Nueva tarea: En el programa de ejemplo, para poner en marcha el motor deberá maniobrarse también un segundo interruptor, el S2, además del S0. El interruptor S1 seguirá utilizándose para cambiar el sentido de giro del motor.
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La función arriba mencionada puede expresarse como sigue: Si están activados S0 Y S2, girará el motor. En Esquema de contactos esto significa: Si están cerrados los contactos E0.0 Y E0.2 circula corriente de la barra a la bobina A0.0. Los contactos están conectados en serie (combinación Y). En su programa del usuario, esta lógica tiene el aspecto siguiente:
Ya no es necesario cablear el interruptor S2 ya que está conectado a la entrada E0.2 a través del simulador.
2da Modificación del Programa: “Combinación O”
3era Modificación del Programa: “Retardo a la Conexión”
Nueva tarea: En el programa de ejemplo, para poner en marcha el motor deberán maniobrarse los interruptores S0 y S2. Alternativamente el motor deberá también ponerse en marcha sólo con el interruptor S3. El interruptor S1 se utiliza para cambiar el sentido de giro del ventilador.
Nueva tarea: Modificar el programa para insertar un retardo a la conexión en el programa del ejemplo 1. Cuando se active la entrada E0.3 (S3) en el simulador deberá arrancarse una temporización de 1 segundo de duración. Solo cuando termine dicha temporización deberá conectarse la salida 0.0 y con ello ponerse en marcha el motor.
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La función arriba mencionada puede expresarse como sigue: Si está activado (S0 Y S2) O S3, girará el motor. En Esquema de contactos esto significa: Cuando están cerrados los contactos (E0.0 Y E0.2) O E0.3 circula corriente de la barra a la bobina A0.0. Se trata de la conexión en paralelo de S0 y S2 con S3 (Combinación O). Insertada en nuestro programa esta lógica tiene el aspecto siguiente:
El interruptor S3 ya no precisa cablearse ya que está conectado a la entrada E0.3 a través del simulador.
Trabajos de cableado en el PLC necesarios para materializar la función de temporización adicional: ¡ninguno!... Todos los sensores y actuadores están ya cableados. La función del relé de tiempo la materializa el propio PLC.
Ejemplos de aplicación Practica Bien, no voy a sumergirme enseñándoles a programar todos los equipos y modelos que hay en el mercado; Ya que es muy amplia la diversidad de autómatas y sistema de programación. Ya con mencionarles que hay equipo que tienen funciones que otros no la tienen (temporizadores – llamados – comandos con rutinas pre cargadas, etc), me lleva mas que nada a tratar tan solo de crearles una base, que les servirá para abordar los cursos específicos que brindan las distinta compañías para el manejo y programación de PLC. En esta última sección de nuestro curso, veremos ejemplos de aplicaciones práctica, con sus respectivos análisis para una mayor comprensión. En lo posible, traten de seguir al pie de la letra, implementado nuestro software simulador de los PLC de la gama S7-200 de Siemens, sumado al laboratorio virtual CaDe_SIMU que gentilmente nos los colaboro para emplear en el curso, mi estimado amigo Juan Luis Villanueva…
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Agradecimientos Señor J.L. Villanueva M. Palazzesi Ariel Treser Lucas M. Lenin J. Vásquez Ing. Duplá Héctor A. El profe “corriente continua” (Inda) Víctor (Vicross) Jorge (Pato) Pinki y Cerebro (Silvio y Pablito) David (Pata) Pablo (Noxa) Luis Bonilla Ing. Molto Roberto (Schneider Electric) Ing. James Johnson (Siemens Aut.) Ing. Antonio Creus Ing. A. Picerno Señores directivos del Consejo de Educación Técnica Prov. Chubut – WebMaster, Moderadores y staff en gral de YoReparo.com /– WebMaster y staff en gral. infoPLC.com – a las paginas amigas CanalPlc.com / Carcasweb.com / AutomatismosMDQ.com / DTFM.com / Ucontrol.com / ElectronicaUnicrom.com / ComunidadElectronicos.com y a mi familia por el esfuerzo y comprensión que me brindan ante mis proyectos y trabajos.
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