Autómata programable

5/9/2018 Aut mata programable - slidepdf.com

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Autómata programable

En electrónica un autómata es un sistema secuencial, aunque en ocasiones la palabra es utilizada tambiénpara referirse a un robot. Puede definirse como un equipo electrónico programable en lenguaje noinformático y diseñado para controlar, en tiempo real y en ambiente industrial, procesos secuenciales. Sinembargo, la rápida evolución de los autómatas hace que esta definición no esté cerrada.

Autómatas programables.Contenido

• 1 Introduccióno 1.1 Desarrollo históricoo 1.2 Aplicaciones

1.2.1 Automóvil 1.2.2 Plantas químicas y petroquímicas 1.2.3 Metalurgia 1.2.4 Alimentación 1.2.5 Papeleras y madereras 1.2.6 Producción de energía 1.2.7 Tráfico 1.2.8 Domótica 1.2.9 Fabricación de Neumáticos

• 2 El autómata programableo 2.1 Estructura generalo 2.2 Sistema de entradas y salidaso 2.3 Ciclo de funcionamientoo 2.4 Equipos de programacióno 2.5 Equipos periféricos

• 3 Programación del autómata• 4 Véase también

Introducción



En la Teoría de los lenguajes formales, disciplina perteneciente a la informática, se describen tres tiposde autómatas que reconocen tipos diferentes de lenguajes: los autómatas finitos, los autómatas a pila ylas máquinas de Turing.

El autómata es la primera máquina con lenguaje, es decir, un calculador lógico cuyo juego de instruccionesse orienta hacia los sistemas de evolución secuencial.

La aparición de los ordenadores a mediados de los 50's inauguró el campo de la lógica programada para elcontrol de procesos industriales. No obstante, aunque estos ordenadores resolvían los inconvenientes deun Sistema cableado o la llamada lógica cableada, presentaban nuevos problemas:

• Mala adaptación al entorno industrial.• Coste elevado de los equipos.• Necesidad de personal informático para la realización de los programas.• Necesidad de personal especializado para el mantenimiento.

Estos problemas se solucionarían con la aparición del autómata programable o PLC (Controlador LógicoProgramable; en inglés Programable Logic Controler ).

Desarrollo histórico

A mediados de los años 60, General Motors , preocupada por los elevados costos de los sistemas decontrol a base de relés, de lógica cableada, comenzó a trabajar con Digital en el desarrollo de un sistemade control que evitara los inconvenientes de la lógica programada. El resultado de la colaboración fue unequipo programado, denominado PDP-14, cuyo empleo no tardó en extenderse a otras industrias. En un

principio, los autómatas programables sólo trabajaban con control discreta ( Si o No ), por lo que losproblemas que requerían la manipulación de magnitudes analógicas se dejaron para los tradicionalessistemas de control distribuido.

Resulta curioso anotar que R. E. Moreley, considerado por muchos el padre del autómata programable,trabajando independientemente de las especificaciones de la General Motors desarrolló un equipo querespondía a las necesidades de dicha multinacional.

Hacia la primera mitad de los años 70 los autómatas programables incorporan la tecnología de losmicrocontroladores, aumentando de este modo sus prestaciones:

• Realización de operaciones aritméticas.• Comunicación con los ordenadores.• Incremento de la capacidad de memoria.• Mejoras en los lenguajes de programación.• Posibilidad de entradas y salidas analógicas.• Posibilidad de utilizar redes de comunicaciones.

La década de los años 80 se caracteriza por la incorporación de los microprocesadores, consiguiendo:

• Alta velocidad de respuesta.• Reducción de las dimensiones.



• Mayor seguridad de funcionamiento.• Gran capacidad de almacenamiento de datos.• Lenguajes de programación más potentes: contactos, bloques funcionales, GRAFCET

(GRAFica de Control de Etapa de Transición).

En la actualidad existen autómatas que permiten automatizar a todos los niveles, desde pequeñossistemas mediante autómatas compactos, hasta sistemas sumamente complejos mediante la utilización degrandes redes de autómatas.

Aplicaciones

Como ya se ha comentado, las primeras aplicaciones de los autómatas programables se dieron en laindustria automotriz para sustituir los complejos equipos basados en relés. Sin embargo, la disminución detamaño y el menor costo han permitido que los autómatas sean utilizados en todos los sectores de laindustria. Sólo a modo de ejemplo, se mencionan a continuación algunos de los múltiples campos de

aplicación.

Automóvil

• Cadenas de montaje, soldadura, cabinas de pintura, etc.• Máquinas herramientas: Tornos, fresadoras, taladradoras, etc.

Plantas químicas y petroquímicas

• Control de procesos (dosificación, mezcla, pesaje, etc).• Baños electrolíticos, oleoductos, refinado, tratamiento de aguas residuales, etc.

Metalurgia

• Control de hornos, laminado, fundición, soldadura, forja, grúas,

Alimentación

• Envasado, empaquetado, embotellado, almacenaje, llenado de botellas, etc.

Papeleras y madereras• Control de procesos, serradoras, producción de conglomerados y de laminados, etc.a

Producción de energía

• Centrales eléctricas, turbinas, transporte de combustible, energía solar, etc.

Tráfico

• Regulación y control del tráfico, ferrocarriles, líneas de metro, etc

Domótica



• Iluminación, temperatura ambiente, sistemas anti robo, comodidad y bienestar en el hogar,etc.

Fabricación de Neumáticos

• Control de calderas, sistemas de refrigeración , prensas que vulcanizan los neumáticos.• Control de las máquinas para el armado de las cubiertas, extrusoras de goma.• Control de las máquinas para mezclar goma.

El autómata programable

Estructura general

Un autómata programable se puede considerar como un sistema basado en un microprocesador, siendo suspartes fundamentales la Unidad Central de Proceso (CPU), la Memoria y el Sistema de Entradas y Salidas

(E/S).

La CPU realiza el control interno y externo del autómata y la interpretación de las instrucciones delprograma. A partir de las instrucciones almacenadas en la memoria y de los datos que recibe de lasentradas, genera las señales de las salidas. La memoria se divide en dos bloques, la memoria de sololectura o ROM (Read Only Memory ) y la memoria de lectura y escritura o RAM (Random Access Memory ).

En la memoria ROM se almacenan programas para el correcto funcionamiento del sistema, como elprograma de comprobación de la puesta en marcha y el programa de exploración de la memoria RAM.

La memoria RAM a su vez puede dividirse en dos áreas:• Memoria de datos, en la que se almacena la información de los estados de las entradas y

salidas y de variables internas.• Memoria de usuario, en la que se almacena el programa con el que trabajará el autómata.

El sistema de Entradas y Salidas recoge la información del proceso controlado (Entradas) y envía lasacciones de control del mismo (salidas). Los dispositivos de entrada pueden ser pulsadores, interruptores,finales de carrera, termostatos, presostatos, detectores de nivel, detectores de proximidad, contactosauxiliares, etc.

Por su parte, los dispositivos de salida son también muy variados: Pilotos indicadores, relés, contactores,arrancadores de motores, válvulas, etc. En el siguiente punto se trata con más detalle este sistema.

Sistema de entradas y salidas

En general, las entradas y salidas (E/S) de un autómata pueden ser discretas, analógicas, numéricas oespeciales.

Las E/S discretas se caracterizan por presentar dos estados diferenciados: presencia o ausencia detensión, relé abierto o cerrado, etc. Su estado se puede visualizar mediante indicadores tipo LED que seiluminan cuando hay señal en la entrada o cuando se activa la salida. Los niveles de tensión de las entradasmás comunes son 5 V cc, 24 V cc/ca, 48 V cc/ca y 220 V ca.



Los dispositivos de salida más frecuentes son relés, transistores y triacs.

Las E/S analógicas tienen como función la conversión de una magnitud analógica (tensión o corriente)equivalente a una magnitud física (temperatura, presión, grado de acidez, etc.) en una expresión binariade 11, 12 o más bits, dependiendo de la precisión deseada. Esto se realiza mediante conversoresanalógico-digitales (ADC's).

Las E/S numéricas permiten la adquisición o generación de información a nivel numérico, en códigos BCD,Gray u otros (véase código binario). La información numérica puede ser entrada mediante dispositivoselectrónicos digitales apropiados. Por su parte, las salidas numéricas suministran información para serutilizada en dispositivos visualizadores (de 7 segmentos) u otros equipos digitales.

Por último, las E/S especiales se utilizan en procesos en los que con las anteriores E/S vistas son pocoefectivas, bien porque es necesario un gran número de elementos adicionales, bien porque el programanecesita de muchas instrucciones. Entre las más importantes están:

• Entradas para termopar y termorresistencia: Para el control de temperaturas.• Salidas de trenes de impulso: Para el control de motores paso a paso (PAP).• Entradas y salidas de regulación P+I+D (Proporcional + Integral + Derivativo): Para procesos

de regulación de alta precisión.• Salidas ASCII: Para la comunicación con periféricos inteligentes (equipo de programación,

impresora, PC, etc.).

Ciclo de funcionamiento

Cuando se pone en marcha el PLC se realizan una serie de comprobaciones:

• Funcionamiento de las memorias.• Comunicaciones internas y externas.• Elementos de E/S.• Tensiones correctas de la fuente de alimentación.

Una vez efectuadas estas comprobaciones y si las mismas resultan ser correctas, la CPU... inicia laexploración del programa y reinicializa. Esto último si el autómata se encuentra en modo RUN (marcha), ya que de estar en modo STOP (paro) aguardaría, sin explorar el programa, hasta la puesta en RUN.

Al producirse el paso al modo STOP o si se interrumpe la tensión de alimentación durante un tiempo losuficientemente largo, la CPU realiza las siguientes acciones:

• Detiene la exploración del programa.• Pone a cero, es decir, desactiva todas las salidas.

Mientras se está ejecutando el programa, la CPU realiza en sucesivos intervalos de tiempo distintasfunciones de diagnóstico (watch-dog en inglés). Cualquier anomalía que se detecte se reflejará en losindicadores de diagnóstico del procesador y dependiendo de su importancia se generará un código de

error o se parará totalmente el sistema.



El tiempo total del ciclo de ejecución viene determinado por los tiempos empleados en las distintasoperaciones. El tiempo de exploración del programa es variable en función de la cantidad y tipo de lasinstrucciones así como de la ejecución de subrutinas. El tiempo de exploración es uno de los parámetrosque caracteriza a un PLC y generalmente se suele expresar en milisegundos por cada mil instrucciones.Para reducir los tiempos de ejecución, algunas CPU's constan de dos o más procesadores que operansimultáneamente y están dedicados a funciones específicas. También se puede descargar de tareas a laCPU incorporando módulos inteligentes dedicados a tareas específicas.

Equipos de programación

La misión principal de los equipos de programación, es la de servir de interfaz entre el operador y elautómata para introducir en la memoria de usuario el programa con las instrucciones que definen lassecuencias de control.

Dependiendo del tipo de autómata, el equipo de programación produce unos códigos de instrucción

directamente ejecutables por el procesador o bien un código intermedio, que es interpretado por unprograma residente en el procesador (firmware).

Las tareas principales de un equipo de programación son:

• Introducción de las instrucciones del programa.• Edición y modificación del programa.• Detección de errores.• Archivo de programas (cintas, discos).

Básicamente existen tres tipos de equipos de programación:

• Consola con teclado y pantalla de tubo de rayos catódicos (CRT) o de cristal líquido (LCD).• Programador manual, semejante a una calculadora de bolsillo, más económico que la

anterior.• Ordenador personal con el software apropiado.

La conexión de la consola u ordenador al autómata programable se realiza mediante una conexión en serie(generalmente la RS-232C o la RS-422).

Equipos periféricos

Además de los equipos de programación, existen numerosos dispositivos que sin formar parte directa delautómata, pueden conectarse al mismo para realizar distintas funciones. Normalmente se conectan a lassalidas ASCII o a los canales de comunicación del autómata.

Seguidamente se describen algunos de los equipos periféricos más comunes:

• Módulos de ampliación de entradas y salidas: Necesarios para aquellos procesos en los quela estructura de E/S del autómata sea insuficiente.

• Módulos de tratamiento de datos: Son pequeños ordenadores que manejan distintos datos(contaje, tiempo, estado de E/S, etc.), para la elaboración de informes, gráficos, etc.

• Impresoras.



• Visualizadores alfanuméricos.• Lectores de código de barras.

La forma de comunicarse el autómata con sus periférícos puede ser unidireccional, cuando se estableceen un sólo sentido, o bien bidireccional, cuando se establece en los dos sentidos. Los enlaces para ambostipos de comunicación suelen ser por lo general del tipo serie, siendo los más empleados los anteriormentemencionados RS-232C y RS-422, ambos de acuerdo con las normas de la EIA (Electronic IndustriesAssociation).

El RS-232C es el método de transmisión de datos más difundido, pero tiene la limitación de la distanciamáxima de transmisión a 15 metros y la velocidad máxima de transmisión de 19.200 baudios (1 baudio = 1bit/segundo). El RS-422 resuelve en parte las limitaciones del RS-232C. La distancia de transmisiónpuede superar un kilómetro y la velocidad puede llegar a 10 Mbaudios.

Programación del autómata

Para controlar un determinado proceso, el autómata realiza sus tareas de acuerdo con una serie desentencias o instrucciones establecidas en un programa. Dichas instrucciones deberán haber sidoescritas con anterioridad por el usuario en un lenguaje comprensible para la CPU. En general, lasinstrucciones pueden ser de funciones lógicas, de tiempo, de cuenta, aritméticas, de espera, de salto, decomparación, de comunicación y auxiliares.

Dependiendo del fabricante, los lenguajes de programación son muy diversos, sin embargo, suelen teneralguna relación más o menos directa con los lenguajes Ladder o GRAFCET.

Los programas para autómata pueden realizarse de forma lineal o de forma estructurada. En laprogramación lineal el programa consta de una serie de instrucciones que se van ejecutando una tras deotra de modo cíclico. Este modo de programación se suele emplear en programas no demasiado complejoso en autómatas que no posean el modo estructurado. Cuando los programas son muy complejos, laprogramación estructurada es más aconsejable ya que puede dividirse el proceso general ensubprogramas con diferentes subprocesos tecnológicos. Otras de las ventajas de este modo deprogramación es que da un carácter más panorámico al programa, lo que conlleva una más fácilidentificación de errores así como una mayor facilidad de comprensión por otros programadores.

Programar un automata no es realmente algo imposible, pero si se necesita paciencia. Como ejemplo

tenemos un enlace en la sección de enlaces externos que conduce a una página que nos lleva a donde seencuentra un archivo hecho en java con código fuente para que se pueda analizar y comprender de unamanera mas sencilla como funciona un automata finito deterministico (AFD)

Controlador lógico programable

De Wikipedia, la enciclopedia libreSaltar a: navegación, búsqueda

Los controladores lógicos programables o PLC (Programmable Logic Controller en sus siglas en inglés) son

dispositivos electrónicos muy usados en automatización industrial.



Contenido

• 1 Usos• 2 Funciones• 3 Ventajas• 4 Historia• 5 Enlaces externos

Usos

Como su mismo nombre lo indica, se ha diseñado para programar y controlar procesos secuenciales entiempo real. Por lo general, es posible encontrar este tipo de equipos en ambientes industriales.

Los PLC sirven para realizar automatismos, se puede ingresar un programa en su disco de almacenamiento, y con un microprocesador integrado, corre el programa, se tiene que saber que hay infinidades de tiposde PLC. Los cuales tienen diferentes propiedades, que ayudan a facilitar cierta tareas para las cuales selos diseñan.

Funciones

Para que un PLC logre cumplir con su función de controlar, es necesario programarlo con ciertainformación acerca de los procesos que se quiere secuenciar. Esta información es recibida porcaptadores, que gracias al programa lógico interno, logran implementarla a través de los accionadores dela instalación.

Un PLC es un equipo comúnmente utilizado en maquinarias industriales de fabricación de plástico, enmáquinas de embalajes, entre otras; en fin, son posibles de encontrar en todas aquellas maquinarias quenecesitan controlar procesos secuenciales, así como también, en aquellas que realizan maniobras deinstalación, señalización y control.

Dentro de las funciones que un PLC puede cumplir se encuentran operaciones como las de detección y demando, en las que se elaboran y envían datos de acción a los pre-accionadores y accionadores. Ademáscumplen la importante función de programación, pudiendo introducir, crear y modificar las aplicacionesdel programa.

Ventajas

Dentro de las ventajas que estos equipos poseen se encuentra que, gracias a ellos, es posible ahorrartiempo en la elaboración de proyectos, pudiendo realizar modificaciones sin costos adicionales. Por otraparte, son de tamaño reducido y mantenimiento de bajo costo, además permiten ahorrar dinero en manode obra y la posibilidad de controlar más de una máquina con el mismo equipo. Sin embargo, y como sucedeen todos los casos, los controladores lógicos programables, o PLC’s, presentan ciertas desventajas comoes la necesidad de contar con técnicos calificados y adiestrados específicamente para ocuparse de subuen funcionamiento.

Historia



Su historia se remonta a finales de la década de 1960, cuando la industria buscó en las nuevas tecnologíaselectrónicas una solución más eficiente para reemplazar los sistemas de control basados en circuitoseléctricos con relés, interruptores y otros componentes comúnmente utilizados para el control de lossistemas de lógica combinacional.

At rahttp://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Programmable_logic_controller&action=editck, left-to-right: power supply unit PS407 4A,CPU 416-3, interface module IM 460-0 and communication processor

CP 443-1.

Hoy en día, los PLC's no sólo controlan la lógica de funcionamiento de máquinas, plantas y procesosindustriales, sino que también pueden realizar operaciones aritméticas, manejar señales analógicas pararealizar estrategias de control, tales como controladores PID (Proporcional Integral y Derivativo).

Su estructura básica son dos o más planos de puertas lógicas, normalmente AND y OR, que elprogramador debe conectar de forma adecuada para que hagan la función lógica requerida. Suelenprogramarse con lenguaje en escalera ó también con bloques de funciones. Para aplicaciones de mayorcapacidad son sustituidos por FPGAs.

Los PLC's actuales pueden comunicarse con otros controladores y computadoras en redes de área local, yson una parte fundamental de los modernos sistemas de control distribuido.

SCADA

SCADA, acrónimo de Supervisory Control And Data Acquisition (Control Supervisor y Adquisición deDatos).

Contenido

• 1 Definición



• 2 Lazo abierto y cerradoo 2.1 Esquema de un sistema típicoo 2.2 Definiciones del Sistemao 2.3 Interfaz humano-máquinao 2.4 Soluciones de Hardwareo 2.5 Componentes del sistema

2.5.1 Unidad de Terminal Remota (RTU) 2.5.2 Estación Maestra

2.5.2.1 Características 2.5.2.2 Filosofía Operacional

2.5.3 Infraestructura y Métodos de Comunicacióno 2.6 Aplicaciones SCADAo 2.7 Ejemplo práctico de un sistema SCADA para principiantes en el temao 2.8 Enlaces externos

Definición

Proviene de las siglas "Supervisory Control And Data Acquisiton" (Control Supervisorio y Adquisición deDatos): Es un sistema basado en computadores que permite supervisar y controlar variables de proceso adistancia, proporcionando comunicación con los dispositivos de campo (controladores autónomos) ycontrolando el proceso de forma automática por medio de un software especializado. También provee detoda la información que se genera en el proceso productivo a diversos usuarios, tanto del mismo nivelcomo de otros usuarios supervisores dentro de la empresa (supervisión, control calidad, control de

producción, almacenamiento de datos, etc.).La realimentación, también denominada retroalimentación o feedback es, en una organización, el procesode compartir observaciones, preocupaciones y sugerencias, con la intención de recabar información, anivel individual o colectivo, para mejorar o modificar diversos aspectos del funcionamiento de unaorganización. La realimentación tiene que ser bidireccional de modo que la mejora continua sea posible, enel escalafón jerárquico, de arriba para abajo y de abajo para arriba.

En teoría de la cibernética y de control, la realimentación es un proceso por el que una cierta proporciónde la señal de salida de un sistema se redirige de nuevo a la entrada. Esto es de uso frecuente paracontrolar el comportamiento dinámico del sistema. Los ejemplos de la realimentación se pueden encontraren la mayoría de los sistemas complejos, tales como ingeniería, arquitectura, economía, y biología. ArturoRosenblueth, investigador mexicano y médico en cuyo seminaro de 1943 hizo una ponencia llamada“Behavior, Purpose and Teleology“ ("comportamiento, propósito y teleología"), de acuerdo con NorbertWiener, fijó las bases para la nueva ciencia de la cibernética y propuso que el comportamiento controladopor la realimentación negativa, aplicada a un animal, al ser humano o a las máquinas era un principiodeterminante y directivo, en la naturaleza o en las creaciones humanas.

Lazo abierto y cerrado

Existen dos tipos de sistemas principalmente. Los no realimentados o de lazo abierto y los realimentadoso de lazo cerrado. Los sistemas de control realimentados se llaman de lazo cerrado. El lazo cerradofunciona de tal manera que hace que el sistema se realimente, la salida vuelve al principio para que analize



la diferencia y en una segunda opción ajuste más, así hasta que el error es 0. Cualquier concepto básicoque tenga como naturaleza una cantidad controlada como por ejemplo temperatura, velocidad, presión,caudal, fuerza, posición, y cuplas, etc. son parámetros de control de lazo cerrado. Los sistemas de lazoabierto no se comparan a la variable controlada con una entrada de referencia. Cada ajuste de entradadetermina una posición de funcionamiento fijo en los elementos de control. Visión general

La realimentación es un mecanismo, un proceso cuya señal se mueve dentro de un sistema, y vuelve alprincipio de éste sistema ella misma como en un bucle. Este bucle se llama "bucle de realimentación". Enun sistema de control, éste tiene entradas y salidas del sistema; cuando parte de la señal de salida delsistema, vuelve de nuevo al sistema como parte de su entrada, a esto se le llama"realimentación" oretroalimentación.

Comprende todas aquellas soluciones de aplicación para referirse a la captura de información de unproceso o planta, no necesariamente industrial, para que, con esta información, sea posible realizar unaserie de análisis o estudios con los que sepueden obtener valiosos indicadores que permitan una

retroalimentación sobre un operador o sobre el propio proceso, tales como:

• Indicadores sin retroalimentación inherente (no afectan al proceso, sólo al operador):o Estado actual del proceso. Valores instantáneos;o Desviación o deriva del proceso. Evolución histórica y acumulada;

• Indicadores con retroalimentación inherente (afectan al proceso, después al operador):o Generación de alarmas;o HMI Human Machine Interface (Interfaces hombre-máquina);o Toma de decisiones:

Mediante operatoria humana; Automática (mediante la utilización de sistemas basados en el conocimiento o

sistemas expertos).

Esquema de un sistema típico



Este esquema es un ejemplo de la aplicación del sistema SCADA en áreas industriales. Éstas áreas puedenser:

• Monitorizar procesos químicos, físicos o de transporte en sistemas de suministro de agua, paracontrolar la generación y distribución de energía eléctrica, de gas o en oleoductos y otrosprocesos de distribución.

• Gestión de la producción (facilita la programación de la fabricación).• Mantenimiento (proporciona magnitudes de interés tales para evaluar y determinar modos de fallo,

MTBF, índices de Fiabilidad, entre otros).• Control de Calidad (proporciona de manera automatizada los datos necesarios para calcular índices

de estabilidad de la producción CP y CPk, tolerancias, índice de piezas NOK/OK, etc.• Administración (actualmente pueden enlazarse estos datos del SCADA con un servidor ERP

(Enterprise Resource Planning o sistema de planificación de recursos empresariales), e integrarsecomo un módulo más).

• Tratamiento histórico de información (mediante su incorporación en bases de datos).

Definiciones del Sistema

Supervisión: acto de observar el trabajo o tareas de otro (individuo o máquina) que puede no conocer eltema en profundidad, supervisar no significa el control sobre el otro, sino el guiarlo en un contexto detrabajo, profesional o personal, es decir con fines correctivos y/o de modificación.

Automática: ciencia tecnológica que busca la incorporación de elementos de ejecución autónoma queemulan el comportamiento humano o incluso superior.

Principales familias: autómatas, robots, controles de movimiento, adquisición de datos, visión artificial,

etc.



PLC: Programmable Logic Controller, Controlador Lógico Programable.

PAC: Programmable Automation Controller, Controlador de Automatización Programable.

Un sistema SCADA incluye un hardware de señal de entrada y salida, controladores, interfaz hombre-

máquina (HMI), redes, comunicaciones, base de datos y software.

El término SCADA usualmente se refiere a un sistema central que monitoriza y controla un sitio completoo una parte de un sitio que nos interesa controlar (el control puede ser sobre máquinas en general,depósitos, bombas, etc.) o finalmente un sistema que se extiende sobre una gran distancia (kilómetros /millas). La mayor parte del control del sitio es en realidad realizada automáticamente por una UnidadTerminal Remota (UTR), por un Controlador Lógico Programable (PLC) y más actualmente por unControlador de Automatización Programable (PAC). Las funciones de control del servidor están casisiempre restringidas a reajustes básicos del sitio o capacidades de nivel de supervisión. Por ejemplo unPLC puede controlar el flujo de agua fría a través de un proceso, pero un sistema SCADA puede

permitirle a un operador cambiar el punto de consigna (set point) de control para el flujo, y permitirágrabar y mostrar cualquier condición de alarma como la pérdida de un flujo o una alta temperatura. Larealimentación del lazo de control es cerrada a través del RTU o el PLC; el sistema SCADA monitoriza eldesempeño general de dicho lazo. El sistema SCADA también puede mostrar gráficas con históricos,tablas con alarmas y eventos, permisos y accesos de los usuarios...

Necesidades de la supervisión de procesos:

- Limitaciones de la visualización de los sistemas de adquisición y control.

- Control software. Cierre de lazo del control.

- Recoger, almacenar y visualizar la información.

Interfaz humano-máquina

Una interfaz Hombre - Máquina o HMI ("Human Machine Interface") es el aparato que presenta losdatos a un operador (humano) y a través del cual éste controla el proceso.

Los sistemas HMI podemos pensarlos como una "ventana de un proceso". Esta ventana puede estar en

dispositivos especiales como paneles de operador o en un ordenador. Los sistemas HMI en ordenadoresse los conoce también como software (o aplicación) HMI o de monitorización y control de supervisión. Lasseñales del proceso son conducidas al HMI por medio de dispositivos como tarjetas de entrada/salida enel ordenador, PLC's (Controladores lógicos programables), PACs (Controlador de automatizaciónprogramable ), RTU (Unidades remotas de I/O) o DRIVER's (Variadores de velocidad de motores). Todosestos dispositivos deben tener una comunicación que entienda el HMI.

La industria de HMI nació esencialmente de la necesidad de estandarizar la manera de monitorizar y decontrolar múltiples sistemas remotos, PLCs y otros mecanismos de control. Aunque un PLC realizaautomáticamente un control pre-programado sobre un proceso, normalmente se distribuyen a lo largo de

toda la planta, haciendo difícil recoger los datos de manera manual, los sistemas SCADA lo hacen demanera automática. Históricamente los PLC no tienen una manera estándar de presentar la información al



operador. La obtención de los datos por el sistema SCADA parte desde el PLC o desde otroscontroladores y se realiza por medio de algún tipo de red, posteriormente esta información es combinada y formateada. Un HMI puede tener también vínculos con una base de datos para proporcionar lastendencias, los datos de diagnóstico y manejo de la información así como un cronograma deprocedimientos de mantenimiento, información logística, esquemas detallados para un sensor o máquina enparticular, incluso sistemas expertos con guía de resolución de problemas. Desde cerca de 1998,virtualmente todos los productores principales de PLC ofrecen integración con sistemas HMI/SCADA,muchos de ellos usan protocolos de comunicaciones abiertos y no propietarios. Numerosos paquetes deHMI/SCADA de terceros ofrecen compatibilidad incorporada con la mayoría de PLCs.

SCADA es popular debido a esta compatibilidad y seguridad. Ésta se usa desde aplicaciones a pequeñasescalas, como controladores de temperatura en un espacio, hasta aplicaciones muy grandes como elcontrol de plantas nucleares.

Soluciones de Hardware

La solución de SCADA a menudo tiene componentes de sistemas de control distribuido, DCS (Distribuited Control System ). El uso de RTUs o PLCs o últimamente PACs sin involucrar computadoras maestras estáaumentando, los cuales son autónomos ejecutando procesos de lógica simple. Frecuentemente se usa unlenguaje de programación funcional para crear programas que corran en estos RTUs y PLCs, siempresiguiendo los estándares de la norma IEC 61131-3. La complejidad y la naturaleza de este tipo deprogramación hace que los programadores necesiten cierta especialización y conocimiento sobre losactuadores que van a programar. Aunque la programación de estos elementos es ligeramente distinta a laprogramación tradicional, también se usan lenguajes que establecen procedimientos, como pueden serFORTRAN, C o Ada95. Esto les permite a los ingenieros de sistemas SCADA implementar programas para

ser ejecutados en RTUs o un PLCs.

Componentes del sistema

Los tres componentes de un sistema SCADA son:

1. Múltiples Unidades de Terminal Remota (también conocida como UTR, RTU o EstacionesExternas).

2. Estación Maestra y Computador con HMI.3. Infraestructura de Comunicación.

Unidad de Terminal Remota (RTU)

La RTU se conecta al equipo físicamente y lee los datos de estado como los estados abierto/cerradodesde una válvula o un interruptor, lee las medidas como presión, flujo, voltaje o corriente. Por el equipoel UTR puede enviar señales que pueden controlarlo: abrirlo, cerrarlo, intercambiar la válvula o configurarla velocidad de la bomba, ponerla en marcha, pararla.

La RTU puede leer el estado de los datos digitales o medidas de datos analógicos y envía comandosdigitales de salida o puntos de ajuste analógicos.



Una de las partes más importantes de la implementación de SCADA son las alarmas. Una alarma es unpunto de estado digital que tiene cada valor NORMAL o ALARMA. La alarma se puede crear en cada pasoque los requerimientos lo necesiten. Un ejemplo de un alarma es la luz de "tanque de combustiblevacío"del automóvil. El operador de SCADA pone atención a la parte del sistema que lo requiera, por laalarma. Pueden enviarse por correo electrónico o mensajes de texto con la activación de una alarma,alertando al administrador o incluso al operador de SCADA.

Estación Maestra

El termino "Estación Maestra" se refiere a los servidores y al software responsable para comunicarsecon el equipo del campo (RTUs, PLCs, etc) en estos se encuentra el software HMI corriendo para lasestaciones de trabajo en el cuarto de control, o en cualquier otro lado. En un sistema SCADA pequeño, laestación maestra puede estar en un solo computador, A gran escala, en los sistemas SCADA la estaciónmaestra puede incluir muchos servidores, aplicaciones de software distribuido, y sitios de recuperaciónde desastres.

El sistema SCADA usualmente presenta la información al personal operativo de manera gráfica, en formade un diagrama de representación. Esto significa que el operador puede ver un esquema que representa laplanta que está siendo controlada. Por ejemplo un dibujo de una bomba conectada a la tubería puedemostrar al operador cuanto fluido está siendo bombeado desde la bomba a través de la tubería en unmomento dado o bien el nivel de líquido de un tanque o si la válvula está abierta o cerrada. Los diagramasde representación puede consistir en gráficos de líneas y símbolos esquemáticos para representar loselementos del proceso, o pueden consistir en fotografías digitales de los equipos sobre los cuales seaniman las secuencias.

Los bloques software de un SCADA (módulos), permiten actividades de adquisición, supervisión y control.

Características

• Configuración: permite definir el entorno de trabajo del SCADA, adaptándolo a la aplicaciónparticular que se desea desarrollar.

• Interfaz gráfica del operador: proporciona al operador las funciones de control y supervisión de laplanta. El proceso se representa mediante sinópticos gráficos almacenados en el ordenador deproceso y generados desde el editor incorporado en el SCADA o importados desde otra aplicacióndurante la configuración del paquete.

• Módulo de proceso: ejecuta las acciones de mando preprogramadas a partir de los valores actualesde variables leídas.

• Gestión y archivo de datos: almacenamiento y procesado ordenado de datos, de forma que otraaplicación o dispositivo pueda tener acceso a ellos.

• Comunicaciones: transferencia de información entre la planta y la arquitectura hardware quesoporta el SCADA, y también entre ésta y el resto de elementos informáticos de gestión.

El paquete HMI para el sistema SCADA típicamente incluye un programa de dibujo con el cual losoperadores o el personal de mantenimiento del sistema pueden cambiar la apariencia de la interfaz. Estasrepresentaciones pueden ser tan simples como unas luces de tráfico en pantalla, las cuales representan el

estado actual de un campo en el tráfico actual, o tan complejas como una pantalla de multiproyectorrepresentando posiciones de todos los elevadores en un rascacielos o todos los trenes de una vía férrea.



Plataformas abiertas como GNU/Linux que no eran ampliamente usados inicialmente, se usan debido alambiente de desarrollo altamente dinámico y porque un cliente que tiene la capacidad de acomodarse enel campo del hardware y mecanismos a ser controlados que usualmente se venden UNIX o con licenciasOpenVMS. Hoy todos los grandes sistemas son usados en los servidores de la estación maestra así comoen las estaciones de trabajo HMI.

Filosofía Operacional

En vez de confiar en la intervención del operador o en la automatización de la estación maestra los RTUpueden ahora ser requeridos para operar ellos mismos, realizando su propio control sobre todo por temasde seguridad. El software de la estación maestra requiere hacer más análisis de datos antes de serpresentados a los operadores, incluyendo análisis históricos y análisis asociados con los requerimientos dela industria particular. Los requerimientos de seguridad están siendo aplicados en los sistemas como untodo e incluso el software de la estación maestra debe implementar los estándares más fuertes deseguridad en ciertos mercados.

Para algunas instalaciones, los costos que pueden derivar de los fallos de un sistema de control esextremadamente alto, es posible incluso haya riesgo de herir las personas. El hardware del sistemaSCADA es generalmente lo suficientemente robusto para resistir condiciones de temperatura, humedad,vibración y voltajes extremos pero en estas instalaciones es común aumentar la fiabilidad mediantehardware redundante y varios canales de comunicación. Una parte que falla puede ser fácilmenteidentificada y su funcionalidad puede ser automáticamente desarrollada por un hardware de backup. Unaparte que falle puede ser reemplazada sin interrumpir el proceso. La confianza en cada sistema puede sercalculado estadísticamente y este estado es el significado de tiempo medio entre fallos, el cual es unavariable que acumula tiempos entre fallas. El resultado calculado significa que el tiempo medio entre

fallos de sistemas de alta fiabilidad puede ser de siglos.

Infraestructura y Métodos de Comunicación

Los sistemas SCADA tienen tradicionalmente una combinación de radios y señales directas seriales oconexiones de módem para conocer los requerimientos de comunicaciones, incluso Ethernet e IP sobreSONET (fibra óptica) es también frecuentemente usada en sitios muy grandes como ferrocarriles yestaciones de energía eléctrica. Es más, los métodos de conexión entre sistemas puede incluso que sea através de comunicación wireless (por ejemplo si queremos enviar la señal a una PDA, a un teléfonomóvil,...) y así no tener que emplear cables.

Para que la instalación de un SCADA sea perfectamente aprovechada, debe de cumplir varios objetivos:

1. Deben ser sistemas de arquitectura abierta (capaces de adaptarse según las necesidades de laempresa).

2. Deben comunicarse con facilidad al usuario con el equipo de planta y resto de la empresa (redeslocales y de gestión).

3. Deben ser programas sencillos de instalar, sin excesivas exigencias de hardware. También tienenque ser de utilización fácil.

Aplicaciones SCADA



Para desarrollar un sistema SCADA es necesario un IDE en el cual diseñar, entre otras cosas:

• el aspecto que va a tener el SCADA• las funciones y eventos que debe ejecutar cuando se interactúa con su interfaz HMI• las operaciones y cálculos que debe realizar con los datos adquiridos

Así pues, una de las soluciones en el control SCADA es utilizar la aplicación creada junto con un programapara monitorizar, controlar y automatizar señales analógicas y digitales, capturadas a través de tarjetasde adquisición de datos. Uno de los programas más utilizados para este fin es el LabView (NationalInstruments).

• pvBrowser - Aplicación "GPL" para monitorización SCADA con interfaz web.• FreeSCADA - Aplicación "Open source" para proyectos SCADA• Likindoy Profesional free GPL Scada system - Centrologic• SCADA - Yokogawa FAST/TOOLS SCADA• Acimut Scada Monitoriza - Creación de proyectos SCADA funcionales mediante "pinchar y

arrastrar"• Scada Argos - Proyecto de SCADA para linux

Ejemplo práctico de un sistema SCADA para principiantes en el tema

Un SCADA sirve para supervisar y su principal objetivo es mesurar con la finalidad de corregir.

Tenemos un proceso químico, que puede ser desde una fábrica de gelatina, a una de antibióticos... quequeremos supervisar. Lo que pondremos en la planta de producción serán PLC, PC, HMI... es decir un

sistema operativo. Los datos obtenidos por estos hardwares industriales son transportados a través deun bus o varios buses a un servidor (server), que es el supervisor, el que controla, mediante el mencionadoSCADA. Este envío de datos se puede hacer a través de ethernet, por ejemplo.

El servidor, a su tiempo, manda los datos a una base de datos con la finalidad de almacenar la información(para trabajar con ella, crear históricos de errores o alarmas...). Esta base de datos puede estarintegrada dentro del disco duro del propio servidor. También es posible que el servidor mande lainformación a otro PC, PDA, Telf, internet.... es decir, transmita la información a otros sistemasoperativos, en los cuales los clientes, accionistas, jefes, supervisores... pueden acceder a la información.

Automatización industrial

Automatización Industrial (automatización; del griego antiguo auto : guiado por uno mismo) es el uso desistemas o elementos computarizados y electromecánicos para controlar maquinarias y/o procesosindustriales sustituyendo a operadores humanos.

El alcance va más allá que la simple mecanización de los procesos ya que ésta provee a operadoreshumanos mecanismos para asistirlos en los esfuerzos físicos del trabajo, la automatización reduceampliamente la necesidad sensorial y mental del humano. La automatización como una disciplina de laingeniería es más amplia que un mero sistema de control, abarca la instrumentación industrial, que incluye

los sensores y transmisores de campo, los sistemas de control y supervisión, los sistema de transmisión y



recolección de datos y las aplicaciones de software en tiempo real para supervisar y controlar lasoperaciones de plantas o procesos industriales.

Las primeras máquinas simples sustituían una forma de esfuerzo en otra forma que fueran manejadas porel ser humano, tal como levantar un peso pesado con sistema de poleas o con una palanca. Posteriormentelas máquinas fueron capaces de sustituir formas naturales de energía renovable, tales como el viento,mareas, o un flujo de agua por energía humana.

Los botes a vela sustituyeron a los botes de remos. Todavía después, algunas formas de automatizaciónfueron controlados por mecanismos de relojería o dispositivos similares utilizando algunas formas defuentes de poder artificiales -algún resorte, un flujo canalizado de agua o vapor para producir accionessimples y repetitivas, tal como figuras en movimiento, creación de música, o juegos. Dichos dispositivoscaracterizaban a figuras humanas, fueron conocidos como autómatas y datan posiblemente desde 300 AC.

En 1801, la patente de un telar automático utilizando tarjetas perforadas fue dada a Joseph MarieJacquard, quien revolucionó la industria del textil.

La parte más visible de la automatización actual puede ser la robótica industrial. Algunas ventajas sonrepetitividad, control de calidad más estrecho, mayor eficiencia, integración con sistemas empresariales,incremento de productividad y reducción de trabajo. Algunas desventajas son requerimientos de un grancapital, decremento severo en la flexibilidad, y un incremento en la dependencia del mantenimiento yreparación. Por ejemplo, Japón ha tenido necesidad de retirar muchos de sus robots industriales cuandoencontraron que eran incapaces de adaptarse a los cambios dramáticos de los requerimientos deproducción y no eran capaces de justificar sus altos costos iniciales.

Para mediados del siglo XX, la automatización había existido por muchos años en una escala pequeña,utilizando mecanismos simples para automatizar tareas sencillas de manufactura. Sin embargo elconcepto solamente llego a ser realmente práctico con la adición (y evolución) de las computadorasdigitales, cuya flexibilidad permitió manejar cualquier clase de tarea. Las computadoras digitales con lacombinación requerida de velocidad, poder de computo, precio y tamaño empezaron a aparecer en ladécada de 1960s. Antes de ese tiempo, las computadoras industriales era exclusivamente computadorasanalógicas y computadoras híbridas. Desde entonces las computadoras digitales tomaron el control de lamayoría de las tareas simples, repetitivas, tareas semiespecializadas y especializadas, con algunasexcepciones notables en la producción e inspección de alimentos. Como un famoso dicho anonimo dice,

"para muchas y muy cambiantes tareas, es difícil remplazar al ser humano, quienes son fácilmente vueltosa entrenar dentro de un amplio rango de tareas, más aún, son producidos a bajo costo por personal sinentrenamiento."

Existen muchos trabajos donde no existe riesgo inmediato de la automatización. Ningún dispositivo hasido inventado que pueda competir contra el ojo humano para la precisión y certeza en muchas tareas;tampoco el oído humano. El más inútil de los seres humanos puede identificar y distinguir mayor cantidadde esencias que cualquier dispositivo automático. Las habilidades para el patrón de reconocimientohumano, reconocimiento de lenguaje y producción de lenguaje se encuentran más allá de cualquierexpectativa de los ingenieros de automatización.



Computadoras especializadas, son utilizadas para leer entradas de campo a través de sensores y en basea su programa, generar salidas hacia el campo a través de actuadores. Esto conduce para controlaracciones precisas que permitan un control estrecho de cualquier proceso industrial. (Se temía que estosdispositivos fueran vulnerables al error del año 2000, con consecuencias catastróficas, ya que son tancomunes dentro del mundo de la industria).

Existen dos tipos distintos: DCS o Sistema de Control Distribuído, y PLC o Controlador LógicoProgramable. El primero era antiguamente orientado a procesos de tipo análogos, mientras que el segundose utilizaba en procesos de tipo discreto (ceros y unos). Actualmente ambos equipos se parecen cada vezmás, y cualquiera de los dos puede ser utilizado en todo tipo de procesos.

Las interfaces Hombre-Máquina (HMI) o interfaces Hombre-Computadora (CHI), formalmente conocidascomo interfaces Hombre-Máquina, son comúnmente empleadas para comunicarse con los PLCs y otrascomputadoras, para labores tales como introducir y monitorear temperaturas o presiones para controlesautomáticos o respuesta a mensajes de alarma. El personal de servicio que monitorea y controla estas

interfaces son conocidos como ingenieros de estación.

Otra forma de automatización que involucra computadoras es la prueba de automatización, donde lascomputadoras controlan un equipo de prueba automático que es programado para simular seres humanosque prueban manualmente una aplicación. Esto es acompañado por lo general de herramientas automáticaspara generar instrucciones especiales (escritas como programas de computadora) que direccionan alequipo automático en prueba en la dirección exacta para terminar las pruebas.

Relé


Relé

Tipo Interruptor

Principio defuncionamiento

Magnetismo



Símbolo electrónico

Configuración Bobina (dos terminales),interruptor (de dosposiciones)

Figura 1 .- Relé enchufable para pequeñas potencias.

Figura 2 .- Partes de un relé.

Figura 3 .- Funcionamiento de un relé.



Figura 4 .- Símbolo eléctrico de un relé de 1 circuito.

Figura 5 .-Regleta con relés.

Figura 6 .-Diferentes tipos de relés.

Figura 7 .-Relés de Estado Sólido.

Figura 8 .-Relequick, relés interface con módulo programable.



El relé o relevador es un dispositivo electromecánico. Funciona como un interruptor controlado por uncircuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimán, se acciona un juego de uno o varioscontactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes. Fue inventado porJoseph Henry en 1835.

Dado que el relé es capaz de controlar un circuito de salida de mayor potencia que el de entrada, puedeconsiderarse, en un amplio sentido, como un amplificador eléctrico. Como tal se emplearon en telegrafía,haciendo la función de repetidores que generaban una nueva señal con corriente procedente de pilaslocales a partir de la señal débil recibida por la línea. Se les llamaba "relevadores" [cita requerida ]. De ahí"relé".

Contenido

• 1 Descripción• 2 Tipos de relés

o 2.1 Relés electromecánicoso 2.2 Relé de estado sólidoo 2.3 Relé de corriente alternao 2.4 Relé de láminas

• 3 Ventajas del uso de relés• 4 Véase también• 5 Referencias• 6 Enlaces externos

Descripción

En la Figura 3 se representa, de forma esquemática, la disposición de los distintos elementos que formanun relé de un único contacto de trabajo o circuito. En la Figura 3 se puede ver su funcionamiento y cómoconmuta al activarse y desactivarse su bobina.

Tipos de relés

Existen multitud de tipos distintos de relés, dependiendo del número de contactos, de la intensidadadmisible por los mismos, tipo de corriente de accionamiento, tiempo de activación y desactivación, etc.

Cuando controlan grandes potencias se les llama contactores en lugar de relés.

Relés electromecánicos

• Relés de tipo armadura: pese a ser los más antiguos siguen siendo lo más utilizados en multitudde aplicaciones. Un electroimán provoca la basculación de una armadura al ser excitado, cerrando oabriendo los contactos dependiendo de si es NA o NC.

• Relés de núcleo móvil: a diferencia del anterior modelo estos están formados por un émbolo enlugar de una armadura. Debido su mayor fuerza de atracción, se utiliza un solenoide para cerrar

sus contactos. Es muy utilizado cuando hay que controlar altas corrientez



• Relé tipo reed o de lengüeta: están constituidos por una ampolla de vidrio, con contactos en suinterior, montados sobre delgadas láminas de metal. Estos contactos conmutan por la excitaciónde una bobina, que se encuentra alrededor de la mencionada ampolla.

• Relés polarizados o biestables: se componen de una pequeña armadura, solidaria a un imánpermanente. El extremo inferior gira dentro de los polos de un electroimán, mientras que el otrolleva una cabeza de contacto. Al excitar el electroimán, se mueve la armadura y provoca el cierrede los contactos. Si se polariza al revés, el giro será en sentido contrario, abriendo los contactos ócerrando otro circuito.

Relé de estado sólido

Se llama relé de estado sólido a un circuito híbrido, normalmente compuesto por un optoacoplador queaísla la entrada, un circuito de disparo, que detecta el paso por cero de la corriente de línea y un triac odispositivo similar que actúa de interruptor de potencia. Su nombre se debe a la similitud que presenta

con un relé electromecánico; este dispositivo es usado generalmente para aplicaciones donde se presentaun uso continuo de los contactos del relé que en comparación con un relé convencional generaría un seriodesgaste mecánico, además de poder conmutar altos amperajes que en el caso del relé electromecanicodestruirian en poco tiempo los contactos. Estos relés permiten una velocidad de conmutación muysuperior a la de los relés electromecánicos.

Relé de corriente alterna

Cuando se excita la bobina de un relé con corriente alterna, el flujo magnético en el circuito magnético,también es alterno, produciendo una fuerza pulsante, con frecuencia doble, sobre los contactos. Es decir,

los contactos de un relé conectado a la red, en algunos lugares, como varios países de Europa ylatinoamérica oscilarán a 50 Hz y en otros, como en Estados Unidos lo harán a 60 Hz. Este hecho seaprovecha en algunos timbres y zumbadores, como un activador a distancia. En un relé de corrientealterna se modifica la resonancia de los contactos para que no oscilen.

Relé de láminas

Este tipo de relé se utilizaba para discriminar distintas frecuencias. Consiste en un electroimán excitadocon la corriente alterna de entrada que atrae varias varillas sintonizadas para resonar a sendasfrecuencias de interés. La varilla que resuena acciona su contacto; las demás, no. Los relés de láminas se

utilizaron en aeromodelismo y otros sistemas de telecontrol.

Ventajas del uso de relés

La gran ventaja de los relés electromagnéticos es la completa separación eléctrica entre la corriente deaccionamiento, la que circula por la bobina del electroimán, y los circuitos controlados por los contactos,lo que hace que se puedan manejar altos voltajes o elevadas potencias con pequeñas tensiones de control.También ofrecen la posibilidad de control de un dispositivo a distancia mediante el uso de pequeñasseñales de control.

En el caso presentado podemos ver un grupo de relés en bases interface que son controlado por modulosdigitales programables que permiten crear funciones de temporización y contador como si de un miniPLC



se tratase. Con estos modernos sistemas los relés pueden actuar de forma programada e independiente loque supone grandes ventajas en su aplicación aumentando su uso en aplicaciones sin necesidad de utilizarcontroles como PLC's u otros medios para comandarlos.(ver fig 8).

Sistema de control


Los sistemas de control según la Teoría Cibernética se aplican en esencia para los organismos vivos, lasmáquinas y las organizaciones. Estos sistemas fueron relacionados por primera vez en 1948 por NorbertWiener en su obra Cibernética y Sociedad con aplicación en la teoría de los mecanismos de control. Unsistema de control está definido como un conjunto de componentes que pueden regular su propiaconducta o la de otro sistema con el fin de lograr un funcionamiento predeterminado, de modo que sereduzcan las probabilidades de fallos y se obtengan los resultados buscados. Hoy en día los procesos de

control son síntomas del proceso industrial que estamos viviendo. Estos sistemas se usan típicamente ensustituir un trabajador pasivo que controla una determinado sistema ( ya sea eléctrico, mecánico, etc. )con una posibilidad nula o casi nula de error, y un grado de eficiencia mucho más grande que el de untrabajador. Los sistemas de control más modernos en ingeniería automatizan procesos en base a muchosparámetros y reciben el nombre de Controladores de Automatización Programables (PAC).

Los sistemas de control deben conseguir los siguientes objetivos:

1. Ser estables y robustos frente a perturbaciones y errores en los modelos.

2. Ser eficiente según un criterio preestablecido evitando comportamientos bruscos e irreales.

Necesidades de la supervisión de procesos

Limitaciones de la visualización de los sistemas de adquisición y control.

Control vs Monitorización

Control software. Cierre de lazo de control.

Recoger, almacenar y visualizar información.

Minería de datos.

Contenido

• 1 Clasificación de los Sistemas de Control según su comportamiento• 2 Tipos de Sistemas de Control• 3 Características de un Sistema de Control



• 4 La Ingeniería en los Sistemas de Control

Clasificación de los Sistemas de Control según su comportamiento

Definiciones

Supervisión: acto de observar el trabajo Y tareas de otro (individuo o máquina) que puede no conocer eltema en profundidad.

1. Sistema de control de lazo abierto: Es aquel sistema en que solo actúa el proceso sobre la señal deentrada y da como resultado una señal de salida independiente a la señal de entrada, pero basada en laprimera. Esto significa que no hay retroalimentación hacia el controlador para que éste pueda ajustar laacción de control. Es decir, la señal de salida no se convierte en señal de entrada para el controlador.Ejemplo 1: el llenado de un tanque usando una manguera de jardín. Mientras que la llave siga abierta, elagua fluirá. La altura del agua en el tanque no puede hacer que la llave se cierre y por tanto no nos sirvepara un proceso que necesite de un control de contenido o concentración. Ejemplo 2: Al hacer unatostada, lo que hacemos es controlar el tiempo de tostado de ella misma entrando una variable (en estecaso el grado de tostado que queremos). En definitiva, el que nosotros introducimos como parámetro es eltiempo.

Estos sistemas se caracterizan por:

• Ser sencillos y de fácil concepto.

• Nada asegura su estabilidad ante una perturbación.

• La salida no se compara con la entrada.

• Ser afectado por las perturbaciones. Éstas pueden ser tangibles o intangibles.

• La precisión depende de la previa calibración del sistema.

2. Sistema de control de lazo cerrado: Son los sistemas en los que la acción de control está en funciónde la señal de salida. Los sistemas de circuito cerrado usan la retroalimentación desde un resultado final

para ajustar la acción de control en consecuencia. El control en lazo cerrado es imprescindible cuando seda alguna de las siguientes circunstancias:

- Cuando un proceso no es posible de regular por el hombre.

- Una producción a gran escala que exige grandes instalaciones y el hombre no es capaz de manejar.

- Vigilar un proceso es especialmente duro en algunos casos y requiere una atención que el hombre puedeperder fácilmente por cansancio o despiste, con los consiguientes riesgos que ello pueda ocasionar altrabajador y al proceso.

Sus características son:



• Ser complejos, pero amplios en cantidad de parámetros.

• La salida se compara con la entrada y le afecta para el control del sistema.

• Su propiedad de retroalimentación.

• Ser más estable a perturbaciones y variaciones internas.

Un ejemplo de un sistema de control de lazo cerrado sería el termotanque de agua que utilizamos parabañarnos. Otro ejemplo sería un regulador de nivel de gran sensibilidad de un depósito. El movimiento dela boya produce más o menos obstrucción en un chorro de aire o gas a baja presión. Esto se traduce encambios de presión que afectan a la membrana de la válvula de paso, haciendo que se abra más cuanto máscerca se encuentre del nivel máximo.

Tipos de Sistemas de Control

Los sistemas de control son agrupados en tres tipos básicos:

1. Hechos por el hombre. Como los sistemas eléctricos o electrónicos que están permanentementecapturando señales de estado del sistema bajo su control y que al detectar una desviación de losparámetros pre-establecidos del funcionamiento normal del sistema, actúan mediante sensores yactuadores, para llevar al sistema de vuelta a sus condiciones operacionales normales de funcionamiento.Un claro ejemplo de este será un termostato, el cual capta consecutivamente señales de temperatura. Enel momento en que la temperatura desciende o aumenta y sale del rango, este actúa encendiendo unsistema de refrigeración o de calefacción.

1.1 Por su causalidad pueden ser: causales y no causales. Un sistema es causal si existe unarelación de causalidad entre las salidas y las entradas del sistema, más explícitamente, entre lasalida y los valores futuros de la entrada.1.2 Según el número de entradas y salidas del sistema, se denominan:por su comportamiento1.2.1 De una entrada y una salida o SISO (single input, single output).1.2.2 De una entrada y múltiples salidas o SIMO (single input, multiple output).1.2.3 De múltiples entradas y una salida o MISO (multiple input, single output).1.2.4 De múltiples entradas y múltiples salidas o MIMO (multiple input, multiple output).1.3 Según la ecuación que define el sistema, se denomina:

1.3.1 Lineal, si la ecuación diferencial que lo define es lineal.1.3.2 No lineal, si la ecuación diferencial que lo define es no lineal.1.4 Las señales o variables de los sistema dinámicos son función del tiempo. Y de acuerdo con elloestos sistemas son:1.4.1 De tiempo continuo, si el modelo del sistema es una ecuación diferencial, y por tanto eltiempo se considera infinitamente divisible. Las variables de tiempo continuo se denominantambién analógicas.1.4.2 De tiempo discreto, si el sistema está definido por una ecuación por diferencias. El tiempose considera dividido en períodos de valor constante. Los valores de las variables son digitales (sistemas binario, hexadecimal, etc), y su valor solo se conoce en cada período.

1.4.3 De eventos discretos, si el sistema evoluciona de acuerdo con variables cuyo valor se conoceal producirse un determinado evento.



1.5 Según la relación entre las variables de los sistemas, diremos que:1.5.1 Dos sistemas están acoplados, cuando las variables de uno de ellos están relacionadas con lasdel otro sistema.1.5.2 Dos sistemas están desacoplados, si las variables de ambos sistemas no tienen ningunarelación.1.6 En función de la evolución de las variables de un sistema en el tiempo y el espacio, pueden ser:1.6.1 Estacionarios, cuando sus variables son constantes en el tiempo y en el espacio.1.6.2 No estacionarios, cuando sus variables no son constantes en el tiempo o en el espacio.1.7 Según sea la respuesta del sistema (valor de la salida) respecto a la variación de la entrada delsistema:1.7.1 El sistema se considera estable cuando ante una variación muy rápida de la entrada seproduce una respuesta acotada de la salida.1.7.2 El sistema se considera inestable cuando ante una entrada igual a la anteriormente seproduce una respuesta no acotada de la salida.1.8 Si se comparan o no, la entrada y la salida de un sistema, para controlar esta última, el sistemase denomina:1.8.1 Sistema en lazo abierto, cuando la salida para ser controlada, no se compara con el valor dela señal de entrada o señal de referencia.1.8.2 Sistema en lazo cerrado, cuando la salida para ser controlada, se compara con la señal dereferencia. La señal de salida que es llevada junto a la señal de entrada, para ser comparada, sedenomina señal de feedback o de retroalimentación.1.9 Según la posibilidad de predecir el comportamiento de un sistema, es decir su respuesta, seclasifican en:1.9.1 Sistema determinista, cuando su comportamiento futuro es predecible dentro de unos límitesde tolerancia.1.9.2 Sistema estocástico, si es imposible predecir el comportamiento futuro. Las variables delsistema se denominan aleatorias.

2. Naturales, incluyendo sistemas biológicos. Por ejemplo, los movimientos corporales humanos como elacto de indicar un objeto que incluye como componentes del sistema de control biológico los ojos, elbrazo, la mano, el dedo y el cerebro del hombre. En la entrada se procesa el movimiento y la salida es ladirección hacia la cual se hace referencia.

3. Cuyos componentes están unos hechos por el hombre y los otros son naturales. Se encuentra el sistemade control de un hombre que conduce su vehículo. Éste sistema está compuesto por los ojos, las manos, elcerebro y el vehículo. La entrada se manifiesta en el rumbo que el conductor debe seguir sobre la vía y lasalida es la dirección actual del automóvil. Otro ejemplo puede ser las decisiones que toma un políticoantes de unas elecciones. Éste sistema está compuesto por ojos, cerebro, oídos, boca. La entrada semanifiesta en las promesas que anuncia el político y la salida es el grado de aceptación de la propuesta porparte de la población.

4. Un sistema de control puede ser neumático, eléctrico, mecánico o de cualquier tipo, su función esrecibir entradas y coordinar una o varias respuestas según su lazo de control (para lo que estáprogramado).



5. Control Predictivo, son los sistemas de control que trabajan con un sistema predictivo, y no activo comoel tradicional ( ejecutan la solución al problema antes de que empiece a afectar al proceso). De estamanera, mejora la eficiencia del proceso contrarrestando rápidamente los efectos.

Características de un Sistema de Control

1. Señal de Corriente de Entrada: Considerada como estímulo aplicado a un sistema desde una fuentede energía externa con el propósito de que el sistema produzca una respuesta específica.

2. Señal de Corriente de Salida: Respuesta obtenida por el sistema que puede o no relacionarse conla respuesta que implicaba la entrada.

3. Variable Manipulada: Es el elemento al cual se le modifica su magnitud, para lograr la respuestadeseada. Es decir, se manipula la entrada del proceso.

4. Variable Controlada: Es el elemento que se desea controlar. Se puede decir que es la salida delproceso.

5. Conversión: Mediante receptores se generan las variaciones o cambios que se producen en la

variable.6. Variaciones Externas: Son los factores que influyen en la acción de producir un cambio de orden

correctivo.7. Fuente de Energía: Es la que entrega la energía necesaria para generar cualquier tipo de actividad

dentro del sistema.8. Retroalimentación: La retroalimentación es una característica importante de los sistemas de

control de lazo cerrado. Es una relación secuencial de causas y efectos entre las variables deestado. Dependiendo de la acción correctiva que tome el sistema, este puede apoyar o no unadecisión, cuando en el sistema se produce un retorno se dice que hay una retroalimentaciónnegativa; si el sistema apoya la decisión inicial se dice que hay una retroalimentación positiva.

9. Variables de fase: Son la variables que resultan de la transformación del sistema original a laforma canónica controlable. De aqui se obtiene también la matriz de controlabilidad cuyo rangodebe ser de orden completo para controlar el sistema.

La Ingeniería en los Sistemas de Control

Los problemas considerados en la ingeniería de los sistemas de control, básicamente se tratan mediantedos pasos fundamentales como son:

1. El análisis.

2. El diseño.

En el análisis se investiga las características de un sistema existente. Mientras que en el diseño seescogen los componentes para crear un sistema de control que posteriormente ejecute una tareaparticular. Existen dos métodos de diseño:

1. Diseño por análisis.2. Diseño por síntesis.

El diseño por análisis modifica las características de un sistema existente o de un modelo estándar del

sistema y el diseño por síntesis en el cual se define la forma del sistema a partir de sus especificaciones.



La representación de los problemas en los sistemas de control se lleva a cabo mediante tresrepresentaciones básicas o modelos:

1. Ecuaciones diferenciales, integrales, derivadas y otras relaciones matemáticas.2. Diagramas en bloque.3. Gráficas en flujo de análisis.

Los diagramas en bloque y las gráficas de flujo son representaciones gráficas que pretenden elacortamiento del proceso correctivo del sistema, sin importar si está caracterizado de maneraesquemática o mediante ecuaciones matemáticas. Las ecuaciones diferenciales y otras relacionesmatemáticas, se emplean cuando se requieren relaciones detalladas del sistema. Cada sistema de controlse puede representar teóricamente por sus ecuaciones matemáticas. El uso de operaciones matemáticases patente en todos los controladores de tipo P, PI y PID, que debido a la combinación y superposición decálculos matemáticos ayuda a controlar circuitos, montajes y sistemas industriales para así ayudar en elperfeccionamiento de los mismos.

Puerta lógica

De Wikipedia, la enciclopedia libreSaltar a: navegación, búsqueda«AND» redirige aquí. Para otras acepciones, véase AND (desambiguación) .

Una puerta lógica, o compuerta lógica, es un dispositivo electrónico que es la expresión física de unoperador booleano en la lógica de conmutación. Cada puerta lógica consiste en una red de dispositivosinterruptores que cumple las condiciones booleanas para el operador particular. Son esencialmente

circuitos de conmutación integrados en un chip.

Claude Elwood Shannon experimentaba con relés o interruptores electromagnéticos para conseguir lascondiciones de cada compuerta lógica, por ejemplo, para la función booleana Y (AND) colocabainterruptores en circuito serie, ya que con uno solo de éstos que tuviera la condición «abierto», la salidade la compuerta Y sería = 0, mientras que para la implementación de una compuerta O (OR), la conexiónde los interruptores tiene una configuración en circuito paralelo.

La tecnología microelectrónica actual permite la elevada integración de transistores actuando comoconmutadores en redes lógicas dentro de un pequeño circuito integrado. El chip de la CPU es una de las

máximas expresiones de este avance tecnológico.

En nanotecnología se está desarrollando el uso de una compuerta lógica molecular, que haga posible laminiaturización de circuitos.

Contenido

• 1 Lógica directao 1.1 Puerta SÍ o Buffero 1.2 Puerta ANDo 1.3 Puerta ORo 1.4 Puerta OR-exclusiva (XOR)



• 2 Lógica negadao 2.1 Puerta NO (NOT)o 2.2 Puerta NO-Y (NAND)o 2.3 Puerta NO-O (NOR)o 2.4 Puerta equivalencia (XNOR)

• 3 Conjunto de puertas lógicas completo• 4 Conjunto completo de puertas lógicas utilizando sólo puertas NAND. Equivalencias.• 5 Véase también• 6 Enlaces externos

Lógica directa

Puerta SÍ o Buffer

Símbolo de la función lógica SÍ: a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizado

La puerta lógica SÍ, realiza la función booleana igualdad. En la práctica se suele utilizar comoamplificador de corriente o como seguidor de tensión, para adaptar impedancias (buffer en inglés).

La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta SÍ es:

Su tabla de verdad es la siguiente:

Tabla de verdad puerta SI

Entrada A Salida A 0 0

1 1

Puerta AND



Símbolo de la función lógica Y: a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizado

La puerta lógica Y, más conocida por su nombre en inglés AND ( ), realiza la funciónbooleana de producto lógico. Su símbolo es un punto (·), aunque se suele omitir. Así, el producto lógico delas variables A y B se indica como AB, y se lee A y B o simplemente A por B.

La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta AND es:


Tabla de verdad puerta AND

Entrada A Entrada B Salida

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Así, desde el punto de vista de la aritmética módulo 2, la compuerta AND implementa el producto módulo2.

Puerta OR

Símbolo de la función lógica O: a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizado

La puerta lógica O, más conocida por su nombre en inglés OR ( ), realiza la operación de

suma lógica.



La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta OR es:


Tabla de verdad puerta OR


0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1

Podemos definir la puerta O como aquella que proporciona a su salida un 1 lógico si al menos una de susentradas está a 1.

Puerta OR-exclusiva (XOR)

Símbolo de la función lógica O-exclusiva: a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizado

La puerta lógica OR-exclusiva, más conocida por su nombre en inglés XOR , realiza la función booleanaA'B+AB'. Su símbolo es el más (+) inscrito en un círculo. En la figura de la derecha pueden observarse sussímbolos en electrónica.

La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta XOR es:

|-


Tabla de verdad puerta XOR


0 0 0

0 1 1



1 0 1

1 1 0

Se puede definir esta puerta como aquella que da por resultado uno, cuando los valores en las entradasson distintos. ej: 1 y 0, 0 y 1 (en una compuerta de dos entradas). Se obtiene cuando ambas entradastienen distinto valor.

Si la puerta tuviese tres o más entradas , la XOR tomaría la función de suma de paridad, cuenta elnúmero de unos a la entrada y si son un número impar, pone un 1 a la salida, para que el número de unospase a ser par. Esto es así porque la operación XOR es asociativa, para tres entradas escribiríamos: a (b

c) o bien (a b) c. Su tabla de verdad sería:

XOR de tres entradas

Entrada A Entrada B Entrada C Salida

0 0 0 0

0 0 1 1

0 1 0 1

0 1 1 0

1 0 0 1

1 0 1 01 1 0 0

1 1 1 1

Desde el punto de vista de la aritmética módulo 2, la puerta XOR implementa el producto módulo 2.

Lógica negada

Puerta NO (NOT)

Símbolo de la función lógica NO: a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizada

La puerta lógica NO (NOT en inglés) realiza la función booleana de inversión o negación de una variablelógica. Una variable lógica A a la cual se le aplica la negación se pronuncia como "no A" o "A negada".



La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta NOT es:


Tabla de verdad puerta NOT

Entrada A Salida

0 1

1 0

Se puede definir como una puerta que proporciona el estado inverso del que esté en su entrada.

Puerta NO-Y (NAND)

Símbolo de la función lógica NO-Y: a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizado

La puerta lógica NO-Y, más conocida por su nombre en inglés NAND , realiza la operación de productológico negado. En la figura de la derecha pueden observarse sus símbolos en electrónica.

La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta NAND es:


Tabla de verdad puerta NAND


0 0 1

0 1 1

1 0 1

1 1 0



Podemos definir la puerta NO-Y como aquella que proporciona a su salida un0 lógico únicamente cuandotodas sus entradas están a 1.

Puerta NO-O (NOR)

Símbolo de la función lógica NO-O: a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizado

La puerta lógica NO-O, más conocida por su nombre en inglés NOR , realiza la operación de suma lógica

negada. En la figura de la derecha pueden observarse sus símbolos en electrónica.

La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta NOR es:


Tabla de verdad puerta NOR

Entrada A Entrada B Salida0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 1 0

Podemos definir la puerta NO-O como aquella que proporciona a su salida un 1 lógico sólo cuando todas

sus entradas están a 0. La puerta lógica NOR constituye un conjunto completo de operadores.Puerta equivalencia (XNOR)

Símbolo de la función lógica equivalencia: a) Contactos, b) Normalizado y c) No normalizado



La puerta lógica equivalencia, realiza la función booleana AB+~A~B. Su símbolo es un punto (·) inscrito enun círculo. En la figura de la derecha pueden observarse sus símbolos en electrónica. La ecuacióncaracterística que describe el comportamiento de la puerta XNOR es:


Tabla de verdad puerta XNOR


0 0 1

0 1 0

1 0 01 1 1

Se puede definir esta puerta como aquella que proporciona un 1 lógico, sólo si las dos entradas soniguales, esto es, 0 y 0 ó 1 y 1 (2 encendidos o 2 apagados). Sólo es verdadero si ambos componentes tieneel mismo valor lógico

Conjunto de puertas lógicas completo

Un conjunto de puertas lógicas completo es aquel con el que se puede implementar cualquier funciónlógica. A continuación se muestran distintos conjuntos completos (uno por línea):

• Puertas AND, OR y NOT.• Puertas AND y NOT.• Puertas OR y NOT.• Puertas NAND.• Puertas NOR.

Además, un conjunto de puertas lógicas es completo si puede implementar todas las puertas de otro

conjunto completo conocido. A continuación se muestran las equivalencias al conjunto de puertas lógicascompletas con las funciones NAND y NOR.

Conjunto completo de puertas lógicas utilizando sólo puertas NAND. Equivalencias.

Conjunto de puertas lógicas completo :

A B Salida función NAND (A ,B ) Salida función NOR (A ,B )

1 1 0 1 1 1 0 0

1 0 0 0 1 0 1 0

0 1 1 0 1 1 1 0



0 0 1 0 0 1 1 1

Equivalencias del conjunto completo anterior con sólo puertas NAND :

• • • •

Equivalencias del conjunto completo anterior con sólo puertas NOR :

• • • •

Autómata programable

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