CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE....

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Automatización de Procesos Agroindustriales Controlador Lógico Programable PLC Ing. W. Castillo CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE. PLC 18/10/2010

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Automatización de Procesos Agroindustriales – Controlador Lógico Programable PLC Ing. W. Castillo

CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE. PLC

18/10/2010

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Automatización de Procesos Agroindustriales – Controlador Lógico Programable PLC Ing. W. Castillo

Qué es un controlador programable?

Un controladorprogramable PLC, esuna computadorarobusta, especializadaen manufactura

SF

RUN

STOP

SIEMENS

SIMATIC

I0.0

I0.1

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Micro PLC 212

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Qué es un controlador programable?

Equipo electrónicoprogramable diseñadopara controlar, entiempo real y en unambiente industrial,procesos de ámbitoeminentementesecuencial.

SF

RUN

STOP

SIEMENS

SIMATIC

I0.0

I0.1

I0.2

I0.3

I0.4

I0.5

I0.6

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Q0.0

Q0.1

Q0.2

Q0.3

Q0.4

Q0.5

S7-200

Micro PLC 212

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Cual es su especialidad?

Los PLCs sedesarrollaron parareemplazardispositivoselectromecánicosvinculados:

◦ RELAYS

◦ TIMERS

◦ COUNTERS

SF

RUN

STOP

SIEMENS

SIMATIC

I0.0

I0.1

I0.2

I0.3

I0.4

I0.5

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Q0.0

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Q0.3

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S7-200

Micro PLC 212

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Cual es su especialidad?

Los A.P. no selimitan hoy en día afunciones de controllógico, sino quetambién permiten: Regular

Posicionar

Contar, dosificar

Comandar válvulas

Y mucho más….

SF

RUN

STOP

SIEMENS

SIMATIC

I0.0

I0.1

I0.2

I0.3

I0.4

I0.5

I0.6

I0.7

Q0.0

Q0.1

Q0.2

Q0.3

Q0.4

Q0.5

S7-200

Micro PLC 212

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Además que?

Los PLCs tienen conexión con el mundo exterior a través de:

◦ Entradas discretas

◦ Salidas discretas

◦ Entradas analógicas

◦ Salidas analógicas

Q1.0

Q1.1

Q1.2

Q1.3

Q1.4

Q1.5

Q1.6

Q1.7

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TRANSDUCTORES PROCESO

ACTUADORESINTERFASES DE ENTRADA

INTERFASES DE SALIDA

PLC

MANDO DEPOTENCIA

uP

DIÁLOGOHOMBRE / MÁQUINA

UBICACIÓN DEL PLC EN UN AUTOMATISMO

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VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LOS AP/PLC

Ventajas:

No es necesario desarrollar la lógica en esquemade contactos ni simplificar las ecuaciones (lamemoria interna es suficientemente grande)

Posibilidad de introducir modificaciones sincambiar cableado ni añadir aparatos

Mínimo espacio de ocupación y menores costes de instalación/mantenimiento.

Posibilidad de controlar varias máquinas con el mismo A.P.

Menor tiempo de puesta en funcionamiento (tiempo de cableado reducido)

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VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LOS AP/PLC

Inconvenientes :

Mayor coste inicial de la instalación

Necesidad de técnicos de mantenimiento yprogramadores adiestrados: mayor formación

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Primera mitad del siglo XX: entrada del motoreléctrico en los procesos productivos, controlados porsistemas digitales secuenciales mediante relésinterconectados.

En 1960, tras el desarrollo de los transistores, sedesarrollan en Europa los primeros controladores(electrónicos) lógicos cableados (“NORBIT” dePhilips, “SIMATIC C” de Siemens).

HISTORIA DE LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES (I)

Control lógico cableado basado en relés Control lógico cableado basado endisp. de estado sólido (relés estáticos)

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HISTORIA DE LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES (II)

En 1968, GM Hydramatic realiza un concurso para lapropuesta de un controlador electrónico que sustituya a lassoluciones de control cableado utilizadas hasta esemomento.

La propuesta ganadora corresponde a la consultora BedfordAssociates, que propone un Controlador Lógico Programable(PLC). El primer PLC comercial, denominado MODICON 084,fue presentado por esta empresa. Uno de susinvestigadores Richard E. Morley, es considerado en laactualidad el “padre” del PLC.

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Quien patentó, en 1974, el término PLC fue la marcaALLENBRADLEY(hoy Rockwell Automation). El Dr. OdoJ. Struger, fallecido en 1998, es considerado el“padre” de sus PLC´s.

El Dr. Struger, de origen Austriaco, trabajó para laempresa A & B durante 40 años y colaboróactivamente en el desarrollo del estándar IEC 1131-3.

HISTORIA DE LOS AUTÓMATAS PROGRAMABLES (III)

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Evolución de los Autómatas Programables

Nace el AP basado en un procesador.

Los AP se conectan en red.

Se complican y se descentralizan: redes de AP maspequeñas.

Los armarios de distribución de conexiones sesustituyen por redes de control que comunican los APentre si y con los dispositivos de campo.

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Estructura lógica de un A.P.

CPU Unidad de control. ROM sistema operativo. Memoria de programa. Acumulador. Imágenes de proceso de entradas y

salidas. Temporizadores, contadores y marcas.PeriferiaComunicaciones

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Circuitos

de I/O

Memoria de

Programa

Memoria de

Datos

ProcesadorFuente de

Alimentación

IN OUT

I / O BUS

ESTRUCTURA DE UN PLC

Fuente

Externa

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Qué es una entrada discreta?

Una entrada discreta es una señal que puede ser ON o OFF

Esta es llamada entrada digital

SF

RUN

STOP

SIEMENS

SIMATIC

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Micro PLC 212

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Qué conecto en una entrada discreta?

Pulsante

Fin de carrera

Presostato

Sensor proximidad

Pedal

SF

RUN

STOP

SIEMENS

SIMATIC

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Qué es una entrada analógica?

Una señal de entrada analógica es una señal que varia en intensidad

SF

RUN

STOP

SIEMENS

SIMATIC

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I0.1

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I0.4

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Q0.2

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S7-200

Micro PLC 212

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Qué se conecta en una entrada analógica?

Sensores nivel

Termocuplas

RTDs

Tacómetros

Celdas carga

SF

RUN

STOP

SIEMENS

SIMATIC

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Micro PLC 212

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Qué es una salida discreta?

Una salida discreta se usa para poner un dispositivo de campo en ON o OFF

Esta es llamada salida digital

SF

RUN

STOP

SIEMENS

SIMATIC

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Micro PLC 212

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Qué se conecta a una salida discreta?

Indicadores luminosos

Solenoides

Bobinas de contactor

SF

RUN

STOP

SIEMENS

SIMATIC

I0.0

I0.1

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I0.3

I0.4

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Q0.1

Q0.2

Q0.3

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S7-200

Micro PLC 212

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Qué es una salida analógica?

Salidas analógicas controlan los dispositivos que continúan variando su intensidad

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RUN

STOP

SIEMENS

SIMATIC

I0.0

I0.1

I0.2

I0.3

I0.4

I0.5

I0.6

I0.7

Q0.0

Q0.1

Q0.2

Q0.3

Q0.4

Q0.5

S7-200

Micro PLC 212

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Qué se conecta a una salida analógica?

Posicionadores de válvulas

Control velocidad de motor SF

RUN

STOP

SIEMENS

SIMATIC

I0.0

I0.1

I0.2

I0.3

I0.4

I0.5

I0.6

I0.7

Q0.0

Q0.1

Q0.2

Q0.3

Q0.4

Q0.5

S7-200

Micro PLC 212

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Qué hace un PLC?

Los módulos deentrada traen lasseñales de campo

La Unidad Centralde Proceso generadecisiones

Los módulos desalida controlan losdispositivos decampo

Unidad

Central de

Procesamiento

(CPU)

Módulo de Entrada

Módulo de Salida

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Qué puede ser adicionado?

Panel de operación

Central

Processing

Unit

(CPU)

Input Module

Output Module

Programador

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Cual es la función de la CPU?

La CPU tiene dos partesesenciales

◦ Generación dedecisiones

◦ Memoria de usuario

Central

Processing

Unit

(CPU)

Input Module

Output Module

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Cual es la decisión generada?

La CPU recibe lasentradas periféricasdesde los módulos deentrada y usando elprograma de controlgenera las decisionesbasadas en estasentradas.

Central

Processing

Unit

(CPU)

Input Module

Output Module

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Qué es el programa de control?

El programa de usuarioes un set deinstrucciones usuario,definidas, que sonmemorizadas en laMemoria de Usuario

Central

Processing

Unit

(CPU)

Input Module

Output Module

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Qué hay en la memoria de usuario?

Procesos, informacióntemporaria opermanente, estas songuardadas en laMemoria de Usuario

◦ Resultadosmatemáticos

◦ Producto Counter

Central

Processing

Unit

(CPU)

Input Module

Output Module

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Como el PLC genera decisiones?

La CPU generadecisiones medianteinstruccionesprogramadas por unhumano

El PLC controla estasoperaciones muyeficientemente a causade que la CPU recorrelas instrucciones rápidoy con precisión

SF

RUN

STOP

SIEMENS

SIMATIC

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Micro PLC 212

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Como el PLC genera decisiones?

Los Errores casi siemprecometido por humanoso dispositivos mecánicosque dan instruccionesde tareas incorrectas

Si se detecta una falla, yno es la CPU, rápida yprecisa responde…..

SF

RUN

STOP

SIEMENS

SIMATIC

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I0.3

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Q0.3

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S7-200

Micro PLC 212

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Qué es el Circuito Lógico a Relay?

El circuito lógico a Relay es el lenguaje mas común para el PLC

CLR se desarrolla con símbolos de esquemas electromecánicos

SF

RUN

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SIEMENS

SIMATIC

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Q0.3

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Micro PLC 212

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Cuales son los símbolos comunes de CLR?

Contactos representan entradas discretas

Bobinas representan salidas discretas

Contactos y bobinas pueden ser combinados para formar circuitos lógicos. Estos circuitos son llamados Networks

SF

RUN

STOP

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SIMATIC

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Micro PLC 212

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Qué es esta identidad?

~SF

RUN

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SIEMENS

SIMATIC

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Q0.0

Q0.1

Q0.2

Q0.3

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S7-200

Micro PLC 212

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Qué es esta identidad?

~SF

RUN

STOP

SIEMENS

SIMATIC

I0.0

I0.1

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I0.3

I0.4

I0.5

I0.6

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Micro PLC 212

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Qué son Bits, Bytes, otros ?

Todos los computadores incluidos los PLCs, funcionan con numeración Binaria ( Base 2 )

Un numero Binario puede ser solo 1 o 0

Un Bit es un simple Dígito Binario

SF

RUN

STOP

SIEMENS

SIMATIC

I0.0

I0.1

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Qué son Bits, Bytes, otros?

SF

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SIMATIC

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I0.3

I0.4

I0.5

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Micro PLC 212

Un Byte es un grupo de 8 Bits

S7-200 PLCs son byte-base unidad

0 10 1 0 1 0 1

Bit

Byte

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Cuales son las aplicaciones del PLC?

Hay dos tipos de aplicaciones:

Control de maquina

Control de proceso

SF

RUN

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SIEMENS

SIMATIC

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Qué controlan ambos?

Aquí un PLC controla el proceso mientras el otro controla el equipo

SF

RUN

STOP

SIEMENS

SIMATIC

I0.0

I0.1

I0.2

I0.3

I0.4

I0.5

I0.6

I0.7

Q0.0

Q0.1

Q0.2

Q0.3

Q0.4

Q0.5

S7-200

Micro PLC 212SF

RUN

STOP

SIEMENS

SIMATIC

I0.0

I0.1

I0.2

I0.3

I0.4

I0.5

I0.6

I0.7

Q0.0

Q0.1

Q0.2

Q0.3

Q0.4

Q0.5

S7-200

Micro PLC 212

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LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN BÁSICOS (IEC 61131-3)

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LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN AVANZADOS (IEC 61131-3)

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FAMILIA DE AUTÓMATAS PROGRAMABLES (SIMATIC S7)

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CONFIGURACIÓN MODULAR DE LOS A.P. (SIMATIC S7-300)

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CONFIGURACIÓN MODULAR DE LOS A.P. (SIMATIC S7-300)

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GAMA DE MÓDULOS PERIFÉRICOS (SIMATIC S7-300)

Entradas digitales (SM-DI).

Salidas digitales (SM-DO).

Entradas analógicas (SM-AI).

Salidas analógicas (SM-AO).

Módulos de aplicación específica (FM,CP).

- Reguladores PID.

-Encoders.

-Buses de campo. Comunicaciones industriales.

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ESTRUCTURA LÓGICA DE UN A.P. (SIMATIC S7)

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DATOS TÉCNICOS DE LA FAMILIA DE CPU´S S7-300

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Lenguaje de programación◦ Instrucciones para realizar

operaciones lógicas

◦ Variables para almacenar resultados intermedios

◦ Variables que actualicen con el valor de las entradas

◦ Variables conectadas a las salidas.

◦ Orientado al bit (tamaño de la variable lógica).

Fácil de programar◦ No se necesita un gran cualificación

para programar automatismos sencillos

• Flexible◦ Programar controles complejos

¿Cómo programar el PLC para controlar la planta?

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Se desea encender una lámpara L1 cuando seconecte el interruptor A o el interruptor B, yencender una lámpara L2 cuando L1 esté apagada yel interruptor C esté conectado.

Se distinguen las variables de entrada A, B y C, lasque serán designadas como X0, X1 y X2; y lasvariables de salida L1 y L2, las que se identificaráncomo Y0 y Y1.

Ejemplo de automatización con PLC

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Se desea encender una lámpara L1 cuando seconecte el interruptor A o el interruptor B, yencender una lámpara L2 cuando L1 esté apagada yel interruptor C esté conectado.

Se distinguen las variables de entrada A, B y C, lasque serán designadas como X0, X1 y X2; y lasvariables de salida L1 y L2, las que se identificaráncomo Y0 y Y1.

Ejemplo de automatización con PLC

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Las conexiones para este ejemplo se muestran acontinuación:

Ejemplo de automatización con PLC

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La asignación de entradas y salidas se efectúa pormedio del dispositivo de programación del PLC. Porlo general se utiliza un PC con interfaz gráfica quepermita visualizar el diagrama escalera RLL (RelayLadder Logic).

Ejemplo de automatización con PLC

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Se quiere controlar un sistema de riego, que constade dos pozos (P1 y P2), dos bombas (B1 y B2) y undepósito.

Mediante las bombas B1 y B2 se controla el nivel deldepósito. El depósito tiene dos boyas (DI y DS) paraindicar el nivel . Cada pozo lleva instalado un sensorde nivel (n1 y n2) para saber si hay agua suficiente.Si no hay agua suficiente en el pozo, la bombacorrespondiente no debe funcionar.

Ejemplo simple de automatización con PLC

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El sistema debe funcionar de la siguientemanera:◦ Si el nivel del depósito supera la boya DS, las bombas

están paradas.

◦ Si el nivel del depósito está entre la boya DI y la DS,funciona la bomba B1, si hay agua suficiente en el pozo1. Si no hay agua en el pozo 1 pero la hay en el 2,funciona la bomba B2.

◦ Si el nivel del depósito está por debajo de la boya DI,se activa la bomba B2, además de la B1 si es posible.

Ejemplo simple de automatización con PLC

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Pasos para el diseño de la automatización◦ Comprobar la especificación

◦ Entender cómo debe funcionar la planta

◦ Lista de entradas/salidas

◦ Saber cuál es la lógica: sensores de nivel (1- superanivel)

◦ Diseño de las ecuaciones lógicas que deben regir laplanta según la especificación

◦ Implantación mediante el PLC

Ejemplo simple de automatización con PLC

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Lista de entradas/salidas

Ejemplo simple de automatización con PLC

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ENTRADAS ETIQUETA DIRECCION

Nivel Pozo 1 EN1 E124.0

Nivel Pozo 2 EN2 E124.1

Nivel Superior deposito

EDS E124.2

Nivel InferiorDeposito

EDI E124.3

SALIDAS ETIQUETA DIRECCION

Bomba Pozo 1 SB1 A124.0

bomba Pozo 2 SB2 A124.1

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Programa

Ejemplo simple de automatización con PLC

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Pasos para realizar la programación

1) Especificación del control: determinar qué debehacer el sistema de control y en qué orden.

2) Identificar las señales de entrada/salida de la plantaa controlar.

3) Representar mediante un modelo el sistema decontrol, indicando todas las funciones queintervienen, las relaciones entre ellas, y la secuenciaque deben seguir

Ejemplo simple de automatización con PLC

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Pasos para realizar la programación

4. Asignar direcciones de entrada/ salida o internas acada uno de los componentes que aparecen en elmodelo.

5. Codificar la representación anterior según laherramienta de programación del PLC.

6. Cargar programa en el PLC y verificarfuncionamiento.

7. Puede haber una fase de simulación sin la plantareal.

Ejemplo simple de automatización con PLC

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CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE. PLC

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COMPUTADORES INDUSTRIALES

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COMPUTADORES INDUSTRIALES

Los Computadores Industriales son sistemas electrónicosde control constituidos por un computador de propósitogeneral adecuadamente diseñado y montado para podertrabajar en el entorno de un proceso industrial continuo odiscreto y soportar las condiciones ambientales adversas (polvo, temperatura, interferencias EM, …). Aquellos cuyosistema físico (hardware) es equivalente al del computadorpersonal conocido como “PC” (IBM, 1981) han gozado enlos últimos años de una gran aceptación.

Diferentes formatos de Computadores Industriales

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HISTORIA DE LOS COMPUTADORES INDUSTRIALES (I)

Históricamente, la utilización del computador enaplicaciones industriales se inició (de forma casicoincidente con la comercialización del “PC” en1980) para llevar a cabo las tareas IHM(visualización,…) y CAD (edición, puesta enmarcha y depuración) de los programas decontrol asociados a los sistemas electrónicos decontrol de procesos, como los PLC, DCS, CNC, …

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HISTORIA DE LOS COMPUTADORES INDUSTRIALES (II)

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HISTORIA DE LOS COMPUTADORES INDUSTRIALES (III)

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HISTORIA DE LOS COMPUTADORES INDUSTRIALES (IV)

El aumento de su capacidad de memoria yvelocidad de operación, unido a su disminuciónde coste, está propiciando actualmente suutilización como sistemas de control. Se inicióesta tendencia a comienzos de 1990 tanto ensectores industriales muy específicos ytecnológicamente punteros (aeroespacial, …)como en investigación universidades,)

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HISTORIA DE LOS COMPUTADORES INDUSTRIALES (V)

Actualmente, su aplicación se está trasladandode forma paulatina a las plantas industriales mástradicionales para llevar a cabo la integración delos procesos de gestión con las tareas de controlrealizadas tradicionalmente por otros sistemaselectrónicos de control.

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APLICACIONES INDUSTRIALES TÍPICAS DEL PC

Este tipo de aplicaciones nacen cuando sedesarrollan programas informáticos denominadosSCADA (Supervisory Control and DataAdquisition) que permiten, interconectando elcomputador a uno o varios equipos de control,llevar a cabo tareas avanzadas de IHM y/ogestión de procesos.

Computador Industrial y Autómata Programable(“PC-PLC”)

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APLICACIONES INDUSTRIALES TÍPICAS DEL PC

Computador Industrial y Autómata Programable(“PC-PLC”): Versiones

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APLICACIONES INDUSTRIALES TÍPICAS DEL PC

La aplicación del computador industrial ensectores tecnológicamente punteros(aeroespacial, robótica, visión artificial,…) motivóel desarrollo de este tipo de sistemas de control,que consiste en utilizar el propio equipo como elequipo en el que se implantan, simultáneamente,el control en tiempo real y la gestión de losprocesos de producción.

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APLICACIONES INDUSTRIALES TÍPICAS DEL PC

Diversas empresas especializadas handesarrollado RTOS ( Real Time OperatingSystems) que posibilitan el desarrollo de losprocesos de control y, además, ejecutar otrasaplicaciones como las de desarrollo y gestión, através de su interfaz gráfica de usuario.

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APLICACIONES INDUSTRIALES TÍPICAS DEL PC

Computador Industrial y Sistema Operativo deTiempo Real

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APLICACIONES INDUSTRIALES TÍPICAS DEL PC

La limitada utilización actual del computadorindustrial como sistema de control de procesos estárelacionada, en buena medida, con la tradicionalresistencia al cambio, con cierta “fama” de falta deinestabilidad de ciertos S.O. del ámbito ofimático ycon la falta de conocimientos que el personal deautomatización tiene de lenguajes de programaciónde alto nivel.

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APLICACIONES INDUSTRIALES TÍPICAS DEL PC

Para paliar este problema, algunos fabricantesproponen (como solución de compromiso) lacombinación de un RTOS con Programas Soft-PLCque emulan por software el comportamiento de unPLC.

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APLICACIONES INDUSTRIALES TÍPICAS DEL PC

Computador Industrial y Software de AutómataProgramable (Soft-PLC)

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APLICACIONES INDUSTRIALES TÍPICAS DEL PC

Otra posibilidad de encontrar un computadorindustrial en control de procesos es aquella enla que éste, que incluye un S.O., queda“empotrado” dentro de otro tipo de sistemas,entre los cuales cabe citar interfaces usuario-máquina, PDA´s, etc.

A este tipo de computadores se les sueledenominar embedded computers.

Computador Empotrado (Embedded)

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Aplicaciones Industriales típicas del PC

Computador Empotrado (Embedded)

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COMPUTADORES INDUSTRIALES

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