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Sistemas de control basados en eventos




Enviado por Pablo Turmero



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    1 a) Sistemas de Control basados en eventos
    Características equipos control en los 70’s: alto
    costo; requerimiento de personal capacitado; complejidad de las
    interfaces (equipos a procesos). i) El Controlador Lógico
    Programable (PLC) Hoy (“Controladores Lógicos
    Programables” o PLC’s, también denominados
    “autómatas programables”): sistemas
    económicos, robustos y flexibles; de fácil manejo
    por el operador; simplicidad de interconexión con los
    procesos (facilidad para manejar corrientes y tensiones
    más grandes que las que maneja la CPU del equipo) Los
    primeros PLC’s sustituyeron los clásicos sistemas
    con relés o con circuitos lógicos, y son
    “configurables” (a través de un programa con
    un modo de programación muy similar a la que se usaba para
    definir la lógica de relés).

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    2 (Gp:) NA (Gp:) NC a) Sistemas de Control basados en eventos i)
    El Controlador Lógico Programable (PLC) (Gp:) NA (Gp:) NC
    Físicamente Esquemáticamente Los relés

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    3 Circuito de control (Diagrama de relés) Encendido con
    botonera partir-parar Esquemáticamente (Gp:) NA (Gp:) NC
    (Gp:) B1 (Gp:) B1 (Gp:) NA a) Sistemas de Control basados en
    eventos i) El Controlador Lógico Programable (PLC)

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    4 a) Sistemas de Control basados en eventos Los PLC’s hoy
    superan los sistemas basados en lógica de relés:
    mejor sistema de instrucciones (inclusión de
    temporizadores y contadores, instrucciones aritméticas y
    lógicas, etc.); mayor velocidad de respuesta; mejores
    interfaces con los procesos (tratamiento de entradas y salidas
    analógicas); mejor capacidad de comunicación (buses
    de campo o “field bus”). i) El Controlador
    Lógico Programable (PLC) Energía Respuesta
    Señalesde control Señales deconsigna (Gp:) SISTEMA
    DE CONTROL (Gp:) ACCIONAMIENTOS (Gp:) PLANTA Elementos de
    Señal Elementos de Potencia La principal virtud de un PLC
    es su robustez y su capacidad de conexión con las
    señales provenientes de los procesos.

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    5 a) Sistemas de Control basados en eventos Los sistemas de
    control se pueden dividir en: i) El Controlador Lógico
    Programable (PLC) analógicos; digitales híbridos
    (analógicos-digitales) Los sistemas analógicos
    trabajan con señales continuas (presión,
    temperatura, velocidad, etc.), usando voltajes o corrientes
    proporcionales a dichas magnitudes (P/E: 0-10V, 4-20mA, etc). Los
    sistemas digitales trabajan con señales binarias (toman
    sólo dos niveles o estados posibles: abierto-cerrado;
    conduce-no conduce; mayor-menor, etc.), que se suelen representar
    por valores 1 y 0 (usando notación del Álgebra de
    Boole). Los automatismos pueden ser lógicos (grupos de
    variables de un solo bit) o digitales (variables de varios bits,
    como estado de contadores, etc.).

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    6 a) Sistemas de Control basados en eventos La CPU del PLC
    trabaja en forma digital (microcomputador) . i) El Controlador
    Lógico Programable (PLC) El advenimiento de la
    instrumentación inteligente (“smart”) y el uso
    de buses de campo, hará que las señales
    analógicas sean desplazadas por las digitales. La gran
    cantidad de equipamiento analógico disponible a nivel
    industrial (tanto electrónico como neumático y/o
    hidráulico) no permiten augurar que su cambio total ocurra
    en un futuro muy cercano. Las señales de los procesos y
    acciones de control son –por lo general- de carácter
    analógico. Los PLC’s tienen en sus interfaces las
    conversiones A/D y D/A. Muchos dispositivos (tanto de entrada
    como de salida) manejan señales binarias (no requieren
    conversores).

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    7 a) Sistemas de Control basados en eventos La ventaja del PLC
    frente a los sistemas cableados convencionales (lógica de
    relés o de circuitos lógicos) radica en que el
    funciona-miento del sistema depende de un programa y no de un
    circuito. Automatismos cableados y programables Sistemas
    cableados (poco adaptables); Sistemas programables (muy
    adaptables) Aunque todos los equipos basados en
    microprocesador” pueden considerarse como
    “programables”, aquí debe entenderse como
    “configurables a través de un programa”
    desarrollado por el usuario. Con un mismo “hardware
    o equipo se pueden realizar distintas funciones, modificando el
    software de configuración”. Se distinguen: i)
    El Controlador Lógico Programable (PLC)

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    8 a) Sistemas de Control basados en eventos Las diferencias entre
    ambos automatismos puede resumirse como sigue: Automatismos
    cableados y programables i) El Controlador Lógico
    Programable (PLC)

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    9 a) Sistemas de Control basados en eventos Se considera al
    autómata programable como el conjunto de dispositivos
    integrados por la unidad de control y las interfaces con las
    señales del proceso. Puede considerarse como un equipo con
    un “hardware” estándar, con capacidad de
    conexión directa con las señales de campo (a
    transductores y periféricos electrónicos), con
    niveles de tensión y corriente industriales, y
    configurable por el usuario. El conjunto de señales de
    consigna y de realimentación que entran al PLC se les
    denomina “entradas”, mientras que las que se obtienen
    de él se denominan “salidas”, pudiendo ser
    –en ambos casos- análogas o digitales. Se habla de
    “modularidad” cuando el hardware está dividido
    en partes interconectables que permiten conformar el sistema
    según las necesidades. El Autómata Programable i)
    El Controlador Lógico Programable (PLC)

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    10 a) Sistemas de Control basados en eventos La
    “modularidad” permite distinguir entre
    autómatas “compactos” (el dispositivo incluye
    –en un solo cuerpo- la unidad de control y un mínimo
    de entradas y salidas). Con unidades de expansión pueden
    llegar hasta 256 “puntos” (entradas o salidas)
    adicionales o más. Cuando se requiere un número
    mucho más grande de puntos (más de 1000 con una
    única CPU), es necesario acudir a sistemas modulares
    montados en rack. Existe la posibilidad de tener varios sistemas
    en paralelo, cada uno con su propia CPU y haciendo tareas
    distintas. Este tipo de configu-raciones ha dado lugar a los que
    se conoce como “inteligencia distribuida”, fundada en
    la comunicación que puede existir entre los distintos
    ordenadores. Esta técnica sustituye al “gran”
    autómata en que residía toda la inteligencia del
    proceso (“inteligencia centralizada”) El
    Autómata Programable i) El Controlador Lógico
    Programable (PLC)

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    11 a) Sistemas de Control basados en eventos Ejemplos de
    PLC’s compactos Ejemplo de PLC modular El Autómata
    Programable i) El Controlador Lógico Programable
    (PLC)

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    12 a) Sistemas de Control basados en eventos La estructura
    básica de un PLC y su forma de conexión a un
    proceso se muestra en la siguiente figura: ii) Arquitectura.
    Interfaces I/O. (Gp:) (Gp:) TERMINAL DE (Gp:) PROGRAMACIÓN
    (Gp:) (Gp:) SENSORES (Gp:) (Gp:) (Gp:) MAQUINA O (Gp:) PROCESO
    (Gp:) (Gp:) MODULO DE (Gp:) ENTRADAS (Gp:) (Gp:) MODULO DE (Gp:)
    (Gp:) SALIDAS (Gp:) (Gp:) CPU (Gp:) (Gp:) (Gp:) PERIFERICOS (Gp:)
    (Gp:) (Gp:) FUENTE (Gp:) ACTUADORES

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    13 La secuencia de operaciones de un PLC se define en base al
    análisis de un conjunto de entradas del sistema y,
    dependiendo del programa de operación, se toman acciones
    sobre un conjunto de las salidas del mismo. Las señales de
    entrada pueden provenir de elementos digitales (como sensores de
    fines de carrera, detectores de proximidad, interruptores o
    pulsadores, etc.) o analógicos (sensores de presión
    o temperatura, señales de voltaje o de corriente, etc.).
    Las señales de salida pueden ser acciones digitales
    (activación de un relé o motor, encendido de una
    ampolleta, etc.) o analógicas (accionamiento de una
    válvula entre sus diversas posiciones, etc.). Estas
    condiciones de entrada o de salida de un PLC se realizan a
    través de interfaces específicas estandarizadas,
    que permiten configurar fácilmente un sistema de acuerdo a
    las necesidades del usuario. a) Sistemas de Control basados en
    eventos ii) Arquitectura. Interfaces I/O.

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    14 a) Sistemas de Control basados en eventos Un PLC tiene
    básicamente los siguientes bloques: Bloques principales de
    un autómata La unidad de control consulta el estado de las
    entradas y extrae de la memoria de programa la secuencia de
    instrucciones a ejecutar, elaborando –a partir de ellas-
    señales de salida que se enviarán al proceso.
    Simultáneamente, actualiza los temporizadores y contadores
    internos que se hayan utilizado en el programa. Durante la
    ejecución del programa, las instrucciones se van
    ejecutando en serie (una tras otra). La memoria contiene todos
    los datos e instrucciones necesarias para la ejecución del
    programa. Unidad Central de Proceso o Control (CPU); Memorias
    internas; Memorias de programa; Interfaces de entrada y de
    salida; Fuente de alimentación. ii) Arquitectura.
    Interfaces I/O.

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    15 a) Sistemas de Control basados en eventos La memoria interna
    es la encargada de mantener los datos intermedios de
    cálculo y variables internas que no aparecen directamente
    sobre las salidas, así como un reflejo o imagen de los
    últimos estados leídos sobre las señales de
    entrada o enviados a las señales de salida. La
    clasificación de una memoria interna se realiza por el
    tipo de variables que almacena y por el número de bits que
    ocupa la variable. Pueden agruparse en: Posiciones de un bit
    (bits internos) Memoria imagen de entradas/salidas Relés
    internos Relés especiales o auxiliares Posiciones de 8, 16
    o más bits (registros internos) Temporizadores Contadores
    Otros registros de uso general. Bloques principales de un
    autómata ii) Arquitectura. Interfaces I/O.

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    16 a) Sistemas de Control basados en eventos El área de
    memoria imagen almacena las últimas señales
    leídas en la entrada y enviadas a la salida,
    actualizándose después de cada ejecución
    completa del programa (ciclo de barrido o de “scan”).
    Después de ejecutar el programa, la CPU orden el
    intercambio de señales entre las interfaces I/O y la
    memoria imagen. Por lo tanto, mientras dura la ejecución,
    los estados de las señales de entradas considerados para
    el cálculo no son los actuales de la planta sino los
    almacenados en memoria (leídos en el ciclo anterior). Por
    otra parte, los cálculos realizados no van directamente a
    las interfaces de salida, sino que se almacenan en los lugares
    correspondientes. Esto hará que la transferencia global de
    todas las señales (lectura de entrada y escritura de
    salidas) se realice cuando finaliza cada ciclo de barrido. Las
    posiciones de la memoria imagen se denominan “puntos de
    E/S” (“I/O points”). Esta cantidad es propia de
    cada PLC. Bloques principales de un autómata ii)
    Arquitectura. Interfaces I/O.

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    17 a) Sistemas de Control basados en eventos Los relés
    (internos, auxiliares y especiales) se identifican con lugares de
    memoria de 1 bit, y almacenan el estado interno de un sistema
    (relojes, bits de control, estado de la CPU, etc.). Estos
    relés pueden consultarse desde el programa, pero no
    afectan directamente a ninguna salida. La memoria de programa
    contiene la secuencia de operaciones que deben realizarse sobre
    las señales de entrada para obtener las señales de
    salida, así como los parámetros de
    configuración del autómata. Para introducir una
    modificación sobre el sistema de control, sólo es
    necesario modificar el contenido de esta memoria. Las interfaces
    de entrada y salida establecen la comunicación del
    autómata con la planta. Para ello, las señales del
    proceso se conec-tan a través de los bornes previstos. La
    interfaz se encarga de adaptar las señales que se utilizan
    en el proceso a las manejadas internamente por la máquina.
    Bloques principales de un autómata ii) Arquitectura.
    Interfaces I/O.

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    18 a) Sistemas de Control basados en eventos Las interfaces I/O
    establecen la conexión física entre la unidad
    central y el proceso, filtrando, adaptando y codificando de
    manera comprensible para dicha unidad las señales
    procedentes de los elementos de entrada, y decodificando y
    amplificando las señales generadas durante la
    ejecución del programa (antes de enviarla a los elementos
    de salida). Las interfaces pueden clasificarse según:
    Interfaces de entrada y de salida El tipo de señales
    Digitales de 1 bit Digitales de varios bits Analógicas Por
    la tensión de alimentación De CC (P/E: de 24 VCC)
    De CC a colector abierto (PNP o NPN) De CA (60/110/220 VCA).
    Salidas por relés (libres de tensión) ii)
    Arquitectura. Interfaces I/O.

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    Interfaces de entrada y de salida 19 a) Sistemas de Control
    basados en eventos También por: Por el aislamiento Con
    aislación galvánica (optoacopladores), Con
    acoplamiento directo. Por la forma de comunicación con la
    unidad central Comunicación serie, Comunicación
    paralelo. Por la ubicación Locales, Remotos. Existen
    clasificaciones más específicas, dependiendo del
    tipo de autómata (compacto o modular), incluyendo la
    adaptación de transductores específicos
    (termocuplas, etc.) así como interfaces de comunicaciones
    (tanto para su programación como para su
    interco-nexión a buses industriales), tal como se
    verá en futuros ejemplos. ii) Arquitectura. Interfaces
    I/O.

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    20 La forma como se ejecutan las acciones de un PLC se muestra en
    el siguiente esquema: Secuencia de ejecución del programa
    (Gp:) SEÑALES EN LA INTERFAZ DE ENTRADAS A MEMORIA IMAGEN
    DE ENTRADAS (Gp:) SEÑALES DE MEMORIA IMAGEN DE SALIDAS A
    INTERFAZ DE SALIDAS (Gp:) EJECUCIÓN DELPROGRAMA Las
    posiciones dela memoria imagense denominan “Puntos de
    E/S” iii) Ciclo de funcionamiento y configuración
    del autómata a) Sistemas de Control basados en
    eventos

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    21 Cuando un autómata está energizado, puede
    encontrarse en uno de los siguientes modos o estados de
    operación: Modos de operación RUN: El
    autómata se encuentra en el modo de ejecución
    normal del programa. Las salidas cambian según el valor de
    las entradas y lo establecido por el programa. Los temporizadores
    y contadores configurados evolucionan en forma normal. iii) Ciclo
    de funcionamiento y configuración del autómata a)
    Sistemas de Control basados en eventos

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    22 STOP: La ejecución del programa se detiene por orden
    del usuario. Las salidas pasan a estado OFF Las posiciones
    internas (relés y registros), contadores y temporizadores
    mantienen su estado en memoria interna Cuando pasa a RUN, todas
    las posiciones internas, excepto las “protegidas”,
    pasan a estado OFF. Modos de operación iii) Ciclo de
    funcionamiento y configuración del autómata a)
    Sistemas de Control basados en eventos

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    ERROR: El autómata detiene su ejecución por un
    error de funcionamiento, hasta que se solucione el error. Las
    salidas pasan a estado OFF Cuando se corrige el error, para que
    el autómata nuevamente entre en modo RUN, es necesario un
    “reset” desde la CPU, o por el usuario, o por un
    comando enviado desde el programa. Modos de operación iii)
    Ciclo de funcionamiento y configuración del
    autómata a) Sistemas de Control basados en eventos
    23

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    Los aspectos citados se muestran en el siguiente esquema: Modos
    de operación iii) Ciclo de funcionamiento y
    configuración del autómata a) Sistemas de Control
    basados en eventos 24

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    25 Configuraciones de la unidad de control La Unidad de Control
    debe: Ejecutar las instrucciones Ordenar transferencia de
    información I/O Establecer lazos de regu-lación y
    control Comunicarse con los operadores y con el entorno. Puede
    configurarse como: iii) Ciclo de funcionamiento y
    configuración del autómata a) Sistemas de Control
    basados en eventos

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    26 Configuraciones de la unidad de control Existen sistemas con
    multiprocesadores centrales: iii) Ciclo de funcionamiento y
    configuración del autómata a) Sistemas de Control
    basados en eventos

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    27 Un ejemplo de PLC con multiprocesa-dores centrales es el
    SIMATIC S5 (de Siemens) Configuraciones de la unidad de control
    iii) Ciclo de funcionamiento y configuración del
    autómata a) Sistemas de Control basados en eventos

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    28 Unidades de Control redundantes Por los riesgos que pueden
    ocurrir durante la operación del proceso, una forma de
    asegurar el normal funcionamiento es mediante la
    incorporación de unidades de control redundantes:
    Funcionamiento redundante Funcionamiento supervisado iii) Ciclo
    de funcionamiento y configuración del autómata a)
    Sistemas de Control basados en eventos

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    29 Entradas/Salidas distribuidas Según la conexión
    de las entra-das o salidas con la CPU del autómata base,
    existen diversas formas de conexión: Bus: un solo
    procesador de enlace en la unidad base. Estrella: Hay tantos
    procesadores de enlace como unidades de expansión. Mixta:
    La unidad base tiene procesadores independientes para cada
    expansión. (Gp:) Estructurade bus iii) Ciclo de
    funcionamiento y configuración del autómata a)
    Sistemas de Control basados en eventos

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    30 En este tipo de conexión es posible la
    desconexión de cualquier unidad de expansión sin
    afec-tar el funcionamien-to del conjunto. (Gp:)
    EstructuraEstrella Entradas/Salidas distribuidas iii) Ciclo de
    funcionamiento y configuración del autómata a)
    Sistemas de Control basados en eventos

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    31 A pesar de tener procesadores independientes para cada
    expansión, cada una puede estar formada por varias
    unidades conectadas en bus entre sí. (Gp:) EstructuraMixta
    Entradas/Salidas distribuidas iii) Ciclo de funcionamiento y
    configuración del autómata a) Sistemas de Control
    basados en eventos

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    32 Una opción posible son las I/O remotas enlazadas con
    fibra óptica: Entradas/Salidas distribuidas iii) Ciclo de
    funcionamiento y configuración del autómata a)
    Sistemas de Control basados en eventos

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    33 Entradas / Salidas digitales Conectan el autómata con
    señales de proceso de tipo binario (o con grupos de
    señales binarias formando palabras). Una interfaz de
    entrada lógica binaria (de 1 bit), con optoacopla-miento,
    es la que se muestra a continuación: iii) Ciclo de
    funcionamiento y configuración del autómata a)
    Sistemas de Control basados en eventos

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    34 Una interfaz de salida lógica binaria (de 1 bit) es la
    que se muestra a continuación: Los voltajes aplicados
    pueden ser de CC (12V, 24V, 48V, …) o de CA (24V, 48V, 110V o
    220V). Entradas / Salidas digitales iii) Ciclo de funcionamiento
    y configuración del autómata a) Sistemas de Control
    basados en eventos

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    35 Una interfaz muy usada en circuitos industriales provenientes
    de interruptores (entrada CC-PNP) es: Entradas / Salidas
    digitales iii) Ciclo de funcionamiento y configuración del
    autómata a) Sistemas de Control basados en eventos

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    36 Una ejemplo de conexión de un detector de proximidad a
    una interfaz de entrada es la siguiente: Entradas / Salidas
    digitales iii) Ciclo de funcionamiento y configuración del
    autómata a) Sistemas de Control basados en eventos

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    37 Entradas / Salidas análogas Los PLC’s
    también tienen módulos de entrada analógicos
    que permiten ingresar las señales de sensores, con salida
    de corriente o de tensión normalizada: 4-20mA, 0-10V,
    etc.). Como las señales de los procesos generalmente son
    lentas, se puede usar un sistema de multiplexado de señal
    antes del conversor A/D. iii) Ciclo de funcionamiento y
    configuración del autómata a) Sistemas de Control
    basados en eventos

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    38 También se encuentran módulos de entradas
    analógicas especiales (termocuplas, Pt100, etc.) como las
    que se muestran a continuación: Entradas / Salidas
    análogas iii) Ciclo de funcionamiento y
    configuración del autómata a) Sistemas de Control
    basados en eventos

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    39 Esquemas de relés Es una representación
    gráfica que permite representar las tareas del
    autómata mediante símbolos de contacto
    abierto-cerrado. La función de control que se realice
    dependerá de las conexiones entre los distintos contactos
    de relés que intervienen en el esquema. Este tipo de
    esquemas presenta deficiencias para representación de
    funciones secuenciales complejas, así como en la
    representación de señales digitales de varios bits.
    Su empleo se debe a la familiaridad que presenta a los
    electricistas, y constituye la base de la programación en
    lenguaje escalera (“ladder logic”). iv)
    Programación de autómatas programables a) Sistemas
    de Control basados en eventos

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