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Ing. Eddy Hugo Pérez Piérola

Automatización Industrial

AUTOMATIZACION INDUSTRIAL

“APUNTES BASICOS SOBRE AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL”

Elaborado por: Ing. Eddy Hugo Pérez Piérola

Junio, 2019 COCHABAMBA – BOLIVIA 1 AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

Apuntes Automatización Industrial

Ing. Eddy Hugo Pérez Piérola

La automatización es la sustitución del trabajo humano por elementos o sistemas electromecánicos y computarizados para realizar un trabajo determinado bajo ciertas condiciones, como controlar maquinarias y procesos industriales. Ej. Para permitir el paso de fluido por una tubería, el trabajo realizado por el hombre de abrir o cerrar la válvula manual, se puede automatizar sustituyendo la válvula de operación manual, por una válvula de operación eléctrica (válvula solenoide), para que automáticamente esta válvula solenoide permita o no el paso de fluido bajo ciertas condiciones. Imagen 2.1: Válvula manual

Imagen 2.2: Válvula solenoide

Fuente: www.google.com

Fuente: www.google.com

Control es medir una cantidad o el valor de una variable y compararla con el valor deseado, para reducir la diferencia y mantenerlo estable. Ej. Para controlar el nivel del agua en un depósito, con control visual (control manual) se mide la cantidad de agua dentro el depósito y se compara si está en el nivel deseado (por ejemplo lleno), el operador humano mantiene cerrada la válvula hasta obtener el valor deseado (depósito lleno). Para un control automático se sustituye el control visual por sensores de nivel y la válvula manual por válvula solenoide. Imagen 2.3: Control manual

Imagen 2.4: Control automático

Fuente: http://tv2.uvigo.es/uploads/material/Video/1362/ISAD_Tema1.pdf, http://www.instrumentacionycontrol.net/ 2 AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

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De manera sencilla el Control Automático es hacer que funcione automáticamente de la forma deseada. AUTOMATIZACIÓN DE PROCESOS CONTINUOS INDUSTRIALES La automatización de procesos continuos industriales involucra la medición de variables físicas (por medio de sensores), el procesamiento de la información (por medio de controladores, computadoras, etc.) y la corrección del comportamiento de las variables para seguir una señal de referencia deseada (por medio de actuadores) en malla cerrada con realimentación, de forma continua en el tiempo.

El producto a ser producido es generado de manera continua. Ej.: procesos en la industria química, petroquímica, siderurgia, metalurgia, sistemas de generación y distribución de energía, etc. El proyecto de controladores utilizados se basa en reglas para la obtención de modelos matemáticos de los sistemas a controlar, a partir de los cuales se determinan los parámetros del controlador. La tendencia actual es al uso del control digital.

Imagen: Automatización de procesos continuos industriales

Fuente: Curso de automatización de procesos industriales

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AUTOMATIZACIÓN DE PROCESOS DISCRETOS Y DE PRODUCCIÓN (AUTOMATIZACIÓN DE LA MANUFACTURA) En procesos discretos de producción (manufactura), los objetos producidos son siempre productos individualizados. Algunos ejemplos de sistemas discretos de producción son: la industria automovilística, aeronáutica, naval, electrodomésticos, textil, calzados, piezas, etc. La manufactura involucra diversos subsistemas: 

Maquinado y procesamiento de piezas en las maquinas – herramientas.



Montaje de piezas aisladas en piezas y productos finales en la línea de montaje.



Testeo y medición de piezas en el área de control de calidad.



Transporte y almacenamiento de piezas.



Manipuleo de piezas y herramientas para carga y descarga en las máquinas. Manipuladores y robots.

El control en malla cerrada es utilizado en todos estos subsistemas (control de posición, fuerza, torque, velocidad, etc.). El proceso de producción en su conjunto también puede ser sometido a un control en lazo cerrado (teoría de sistemas y eventos discretos). Imagen: Automatización de procesos discretos

Fuente: Curso Autómatas Programables PRINCIPALES EQUIPAMIENTOS UTILIZADOS EN LA MANUFACTURA 1) Equipos mecánicos 1.1)

Módulos de procesamiento y maquinado 

Máquinas operatrices para torneado, perforado, fresado, etc.



Prensado para procesos de conformación mecánica.



Centros de maquinado. 4 AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

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 1.2)

Células y sistemas flexibles de manufactura.

Módulos de transporte y almacenamiento 



1.3)

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Dispositivos de almacenamiento de piezas: -

De forma no ordenada (Bunker)

-

De forma ordenada (Magazine)

Dispositivos para cambio de lugar y posición -

Transportador de cinta

-

Transportador de rodillo

-

Sistemas de energía

-

Vehículos guiados automáticamente (AGV)

Módulos de manipulación de materiales y herramientas 

Manipuladores manuales (tele operadores)



Manipuladores programables (pick and place)



Robots industriales (usados para soldadura, pintura, manipulación, montaje, maquinado y procesamiento)

1.4)

1.5)

Módulos de montaje 

Son difíciles de automatizar



Concebidos para operadores humanos



Líneas montaje en la industria automovilística con el uso de robots

Módulos de control de calidad 

Sensores e instrumentos de medición



Máquinas de medir por coordenadas

2) Equipos eléctricos-electrónicos (Hardware) Los equipos más importantes son: 

Comandos numéricos computarizados de máquinas herramientas (CNC)



Controladores de robots industriales (RC)



Sistemas de comunicación (LAN)



Controladores lógicos programables (PLC)



Computadoras (PC, IC “industrial computer”, Workstations)



Sensores y actuadores inteligentes

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AUTOMATISMOS INDUSTRIALES Un automatismo eléctrico es un sistema constituido por diferentes dispositivos y elementos eléctricos (contactores, relés, etc.) que al recibir una serie de informaciones procedentes del exterior es capaz de generar las ordenes necesarias para que, los receptores controlados por él, realicen la función para la que fue diseñado. Lógica cableada: Es una técnica de realización de equipos de automatismo en la que el tratamiento de datos se efectúa por medio de contactores auxiliares o relés de automatismo. Los contactores auxiliares y relés de automatismo también suelen utilizarse de manera conjunta con autómatas programables. El funcionamiento de los equipos de lógica cableada se define mediante el esquema de cableado. Elementos básicos de un automatismo: 

Entrada (contactos) Interruptores, pulsadores, finales de carrera.



Salida (receptores) Motores, lámparas, contactores y relés.

1. Dispositivos básicos en un automatismo. 1.1 . - Elementos de mandos manuales (maniobra). –  Pulsadores NA y NC (conectar o desconectar circuitos) Los pulsadores son elementos mecánicos de cierre y apertura. Un pulsador se activa actuando sobre él, pero volverá a su posición de reposo automáticamente cuando se elimine la acción que lo ha activado. Son elementos que intervienen en el diálogo hombre-máquina. Los pulsadores se clasifican según la naturaleza de su contacto en posición de no pulsados en: - Pulsadores normalmente abiertos (NA): Cuando los pulsamos se efectúa la conexión interna de sus dos terminales. En reposo los contactos estarán abiertos (es decir, sin conexión eléctrica entre ellos). Se utilizan generalmente para la puesta en marcha o el arranque de máquinas e instalaciones eléctricas. - Pulsadores normalmente cerrados (NC): Cuando los pulsamos se efectúa la desconexión de sus dos terminales. En reposo los contactos estarán cerrados (con conexión eléctrica entre ellos). Se utilizan generalmente para el paro de máquinas e instalaciones eléctricas.

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En un mismo pulsador pueden existir ambos contactos, que cambian simultáneamente al ser pulsados.



Pulsadores de emergencia NC

Un tipo de pulsador muy utilizado en la industria es el llamado pulsador de paro de emergencia, denominado comúnmente “seta”, debido a su aspecto externo. La cabeza de estos pulsadores es bastante más ancha que en los normales y de color rojo, sobre fondo amarillo. Permite la parada inmediata de la instalación eléctrica cuando ocurre un accidente. Estos pulsadores llevan un dispositivo interno de enclavamiento de manera que, una vez pulsado, no se puede reanudar el funcionamiento de la instalación hasta que se desenclave, por ejemplo, mediante un giro de la cabeza o una llave auxiliar.

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

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Interruptor

Los interruptores y conmutadores son elementos que conectan o desconectan instalaciones y máquinas eléctricas mediante el posicionado de una palanca. A diferencia de los pulsadores, al ser accionados, se mantienen en la posición seleccionada hasta que se actúa de nuevo sobre ellos.



Conmutador



Selector

Los selectores son similares a los interruptores y conmutadores en cuanto a funcionamiento, aunque para su actuación suelen llevar un botón, palanca o llave giratoria (que puede ser extraíble).

1.2 Elementos de mando automáticos. –  Final de carrera Los finales de carrera (interruptores de posición) son pulsadores utilizados en el circuito de mando, accionados por elementos mecánicos. Normalmente son utilizados para controlar la posición de una máquina que se mueve. Desde el punto de vista del circuito eléctrico están compuestos por un juego de contactos NA (normalmente abierto) NC (normalmente cerrado) de forma que cuando son accionados cambian las condiciones del circuito. 8 AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

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

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Presostatos (Detectores)

El presostato es un mecanismo que abre o cierra unos contactos que posee, en función de la presión que detecta por encima o por debajo de un cierto nivel de referencia. Esta presión puede ser provocada por aire, aceite o agua, dependiendo del tipo de presostato. Se suelen usar en grupos de presión de agua, poniendo en marcha un motor-bomba cuando la presión de la red no es suficiente.

Otros detectores comunes son los termostatos, detectores de nivel de líquido, etc. Sensores de Presencia: 

Sensor Inductivo

Un sensor inductivo tiene la capacidad de detectar objetos metálicos sin tener contacto físico, siempre y cuando estén dentro del rango de sensado. Al tener solo la capacidad de detectar objetos metálicos se puede aprovechar para detectar metales a través de algún plástico. El sensor inductivo genera un campo magnético en forma de onda senoidal con amplitud constante. Cuando la bobina detecta un objeto metálico se genera una corriente de Foucault, dependiendo la proximidad del objeto varia la amplitud de la onda senoidal, entre más cerca, menor es su amplitud. cuando la onda disminuye hasta cierto punto el sensor conmuta su estado lo que indica que detecto un objeto metálico.



Sensor Capacitivo 9 AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

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El sensor capacitivo es un interruptor electrónico que trabajan sin contacto. Estos sensores aprovechan el efecto que tienen los materiales como el papel, vidrio, plástico, aceite, agua, así como de los metales, de aumentar la capacidad del sensor cuando se encuentran dentro del campo eléctrico generado. Constan de un condensador que genera un campo eléctrico. Este condensador forma parte de un circuito resonador, de manera que cuando un objeto se acerca a este campo, la capacidad aumente y el circuito empieza a resonar. Un sensor capacitivo de forma cilíndrica apenas se puede distinguir del sensor inductivo, pues los fabricantes emplean normalmente carcasas idénticas. Lo que hace el objeto, al estar dentro del campo eléctrico, es aumentar la capacidad de esa área, y por lo tanto cambiar la capacitancia de la misma; esto hace que el circuito interno del sensor entre en resonancia. La principal diferencia entre los sensores es que los sensores capacitivos producen un campo electroestático en lugar de un campo electromagnético



Sensor fotoeléctrico

Un sensor óptico o también llamado fotoeléctrico es capaz de detectar una presencia o algún objeto a distancia, a través del cambio de intensidad de luz. Debido a que estos dispositivos se basan en la cantidad de luz detectada o reflectividad de los objetos, es posible detectar casi todos los tipos de materiales, por ejemplo. Vidrio, metal, plástico, madera y líquidos. Estos componentes requieren la participación de un emisor y un receptor, el emisor se encarga de enviar una señal en forma de luz y el receptor está encargado de detectar ese haz de luz enviado por el emisor.

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1.3 Dispositivos de señalización. – Los pilotos de señalización forman parte del diálogo hombre-máquina, se utiliza el circuito de mando para indicar el estado actual del sistema (parada, marcha, sentido de giro, etc.). Generalmente está constituido por una lámpara o diodo montada en una envolvente adecuada a las condiciones de trabajo. Existe una gran variedad en el mercado según las necesidades de utilización (tensión, colores normalizados, consumo, iluminación, etc.).

1.4 Dispositivos de regulación o controladores. –  Contactor (equipo de maniobra)

El contactor es un aparato de conexión/desconexión, con una sola posición de reposo y mandado a distancia, que vuelve a la posición desconectado cuando deja de actuar sobre él la fuerza que lo mantenía conectado. Interviene en el circuito de potencia a través de sus contactos principales y en la lógica del circuito de mando con los contactos auxiliares. El contactor electromagnético es el más utilizado. Las aplicaciones indicadas para un contactor dependen de la denominada categoría de operación o categoría de servicio que tenga el mismo. Categoría de operación o Categoría de Servicio:

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AC1: Aplicaciones para maniobras livianas, cargas puramente resistivas (produce calor y no movimiento), carga poco inductiva. Ej. Resistencias de calefacción o calentadores, lámparas incandescentes y fluorescentes. AC2: Aplicaciones para maniobras livianas, arranque de motores con anillos colectores (anillos rozantes). Baja corriente. Desconexión en régimen de marcha. Ej. Ventiladores, puente grúa, grúa pórtico con motor de rotor bobinado. AC3: Servicio normal de maniobras de motores con rotor de jaula de ardilla. Desconexión en régimen marcha. Ej. Bombas, compresores, ascensores, escaleras mecánicas, etc. AC4: Maniobras pesadas, arranque de motores con rotor de jaula de ardilla, motores con carga plena, desconexión durante el arranque, servicio intermitente, inversión de giro y frenado por contracorriente. Ej. Puentes rodantes, tornos, gruas. Selección del contactor: -

Tensión de línea que alimenta la carga (tensión nominal de funcionamiento) Corriente de servicio que consume La naturaleza y la utilización del receptor o categoría de servicio



Relé

Podríamos decir que un relé es un aparato que hace lo mismo que el contactor, al llegarle corriente a la bobina se abren o cierran sus contactos, La diferencia es sobre todo en el tamaño y en los usos. Las diferencias fundamentales entre los relés y los contactores son: - Los contactores disponen de dos tipos de contactos. - Contactos principales. Destinados a abrir y cerrar el circuito de potencia. - Contactos auxiliares. Destinados para abrir y cerrar circuitos de mando, de menor corriente eléctrica que los de potencia. Los relés disponen únicamente de contactos auxiliares y son más pequeños que los contactores. Los relés son elementos que suelen operar con cargas pequeñas, mientras que los contactores se conectan con cargas de gran potencia.

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

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Relé temporizador

También conocidos simplemente como temporizadores, son relés que permiten ajustar los tiempos de conexión y desconexión del mismo. La temporización puede ajustarse entre algunos milisegundos y algunas horas.

a) Temporizador a la conexión: cuando conectamos la bobina, y la mantengamos así, los contactos cambiarán pasado el tiempo que tengan programado. Una vez desconectada estos vuelven inmediatamente a su posición de reposo.

b) Temporizador a la desconexión: Temporizador de retardo que cierra inmediatamente los contactos cuando la bobina de control se activa, luego espera una cantidad de tiempo predeterminada para abrirlos después de que se quita la potencia de la bobina.

1.5 Dispositivos de Protección. –  Fusible (10 In) Elemento de protección contra sobrecargas y/o cortocircuitos. En caso de intensidad excesiva, se funde la parte conductora del fusible, abre el circuito e impide el paso de la corriente. Tipos de fusible (UNE): g: pueden cortar todas las sobre intensidades. Rápidos. a: pueden cortar una parte de las sobre intensidades. Lentos. Una segunda letra indica la aplicación: L: líneas. M: motores. G: uso general. 13 AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

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Forma de los fusibles: Cilíndricos: hasta ≈ 100A. De cuchillas: hasta ≈ 1000A.

A veces los fusibles se montan sobre la parte móvil de un seccionador. Los propios fusibles abren o cierran los contactos.



Relé térmico (8 In)

Detecta una sobre intensidad debido al aumento de temperatura que hará que unas láminas bimetálicas se curven y se active el disparador del contacto asociado. Protege contra: sobrecargas, arranques demasiado lentos, ciclos arranque-paro frecuentes. Reposición (rearme) manual.

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

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Relé magneto térmico o interruptor termo magnético (disyuntor)

El relé magneto térmico combina las acciones de los relés térmicos y electromagnéticos. Protege contra sobrecargas y contra cortocircuitos. El disyuntor, se trata de un relé magneto térmico con un interruptor.



Guardamotor (disyuntor magneto térmico especial para motores)

Se utiliza para la protección de motores de pequeña potencia.

2. Esquemas de los automatismos (Lógica cableada). – Esquema de Mando o de Control: El esquema de mando es una representación de la lógica del automatismo, deben estar representados los siguientes elementos: – Bobinas de los elementos de mando y protección (contactores, relés, etc.). – Elementos de diálogo hombre–máquina (pulsadores, finales de carrera, etc.). – Dispositivos de señalización (pilotos, alarmas, etc.). – Contactos auxiliares de los aparatos.

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Esquema de Potencia o de Fuerza: Es una representación del circuito de alimentación de los accionadores (motores, calefactores, etc.). En este esquema figuran los contactos principales de los siguientes elementos: – Dispositivos de protección (disyuntores, fusibles, relés, etc.). – Dispositivos de conexión-desconexión (contactores, interruptores, etc.). – Actuadores (motores, instalaciones, etc.).

Automatismos Básicos: -

Encendido de una lámpara mediante un interruptor

-

Encendido de una lámpara mediante dos interruptores en serie (función AND)

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-

Encendido de una lámpara mediante dos interruptores en paralelo (función OR)

-

Encendido de una lámpara mediante pulsador NA y apagado con pulsador NC

-

Encendido y apagado de dos lámparas mediante pulsadores. La lámpara verde se enciende inmediatamente después de presionar el pulsador NA, pasado 7 segundos se enciende la lámpara azul. Al presionar un pulsador NC, se apagarán ambas lámparas.

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-

Encendido y apagado de tres lámparas mediante pulsadores. La lámpara roja se enciende inmediatamente después de presionar el pulsador NA, pasado 3 segundos se enciende la lámpara amarilla y se apaga al mismo tiempo la lámpara roja, después de 2 segundos se enciende la lámpara verde, pasado 4 segundos se apagan automáticamente las lámparas amarillo y verde. Al presionar un pulsador NC, se resetea todo.

-

Realizar el automatismo eléctrico mediante lógica cableada para el encendido de 4 lámparas, rojo, amarillo, verde y azul. La lámpara roja se enciende inmediatamente al presionar el pulsador NA, luego de 3 segundos se enciende automáticamente la lámpara amarilla al mismo tiempo que la lámpara roja se apaga, pasado 4 segundos se enciende la lámpara verde y azul (la amarilla se mantiene encendida), luego de 3 segundos la lámpara verde y amarillo se apaga y se enciende al mismo tiempo la roja, finalmente la lámpara rojo y azul permanecen encendidas hasta que se presione un pulsador NC.

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

Arranque Directo de un motor trifásico (< = 7.5 CV)



Arranque directo con inversión de giro

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

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Arranque estrella – triangulo (>7.5 CV)

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ARRANQUE ESTRELLA TRIANGULO AUTOMATICO

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ARRANQUE ESTRELLA TRIANGULO CON INVERSION DE GIRO

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Ejercicios Propuestos. 1.- Realizar el esquema eléctrico para el encendido de una lámpara mediante un interruptor 2.- Realizar el esquema eléctrico para el encendido de una lámpara, utilice como elemento de maniobra solo un pulsador. 3.- Realizar el esquema eléctrico mediante lógica cableada, para el encendido de 2 lámparas, verde y azul, utilice un pulsador normalmente abierto para el encendido de las lámparas y un pulsador normalmente cerrado para el apagado, para parada de emergencia utilice un pulsador tipo seta. Las lámparas solo podrán apagarse con el pulsador NC o el pulsador tipo seta. 4.- Realizar el esquema eléctrico mediante lógica cableada, para el encendido de 2 lámparas, verde y azul. El esquema debe cumplir la siguiente condición, solo puede encenderse una lámpara a la vez, si una lámpara está encendida, mientras permanezca encendida no podrá encenderse la otra lámpara, para poder encender la otra lámpara, la lámpara encendida debe apagarse previamente. 5.- Realizar el esquema eléctrico mediante lógica cableada, para el encendido de 2 lámparas, verde y azul. La lámpara verde debe encenderse inmediatamente después de accionar el pulsador NA, y la azul 10 seg. después. Ambas lámparas permanecerán encendidas hasta accionar un pulsador NC. 6.- Realizar el esquema eléctrico mediante lógica cableada, para el encendido de 2 lámparas, verde y azul. Al presionar un pulsador NA las 2 lámparas deberán encenderse, transcurrido 3 segundos la lámpara verde debe apagarse automáticamente y transcurridos otros 3 segundos la lámpara azul debe apagarse. 7.- Diseñar un paso de cebra para peatones, de manera que al accionar un pulsador NA, se ponga en amarillo el semáforo para coches durante 4 segundos y seguidamente se ponga en rojo durante 10 segundos, transcurrido este tiempo el semáforo volverá a colocarse en verde. 8.- Diseñar un circuito para el funcionamiento de un semáforo, debe contar con un pulsador NA y un pulsador NC, el ciclo comienza tras pulsar el pulsador de marcha, con el encendido de la lámpara verde durante 5 segundos, enseguida se encenderá la lámpara amarilla durante 2 segundos y la verde permanecerá encendida por ese tiempo, luego la lámpara roja debe encenderse durante 6 segundos, el ciclo es repetitivo hasta que se pulse el pulsador de paro.

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Ejercicios resueltos: -

Elabore el circuito de potencia y mando para el arranque de dos motores M1 y M2 en forma sucesiva, el motor M1 debe arrancar instantáneamente y el motor M2 después de 5 segundos, el circuito de mando debe permitirnos parar ambos motores a la vez.

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-

Elabore el circuito de potencia y mando para el arranque de tres motores M1, M2 y M3 en forma sucesiva, el arranque de los motores debe realizarse mediante pulsadores independientes para cada motor, el funcionamiento de los motores debe indicarse mediante indicadores luminosos, en caso de falla de algún relé térmico deberá indicarse mediante indicadores rojos.

-

Diseñar el automatismo eléctrico para el arranque de dos motores M1 y M2, el motor M1 debe encender inmediatamente al presionar un pulsador NA, pasado 7 segundos el motor M2 se encenderá automáticamente. Cada motor debe ser apagado individualmente mediante pulsadores NC. Una lámpara verde indicara el funcionamiento del motor M1 y una lámpara azul el funcionamiento del motor M2. Mediante un pulsador tipo seta se podrá detener ambos motores a la vez.

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-

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Elaborar el circuito de potencia y de mando para el arranque de 3 motores trifásicos, M1 de 5 CV, M2 de 7 CV y M3 de 20 CV. Los motores M2 y M3 deben poder invertir el sentido de giro. Al presionar un pulsador de marcha instantáneamente arrancan los motores M1 y M2, pasado 10 segundos arranca el motor M3 y luego de 7 segundos el motor M2 invierte el sentido de giro automáticamente. Pasado 4 segundos el motor M3 invierte el sentido de giro automáticamente. Finalmente, luego de 12 segundos todos los motores se apagan automáticamente. Considerar despreciable el tiempo de frenado de los motores.

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Ejercicios Propuestos. 1.- Diseñe el circuito de potencia y de control para el accionamiento de un motor trifásico de 5 CV, desde dos puntos diferentes, considere que solo puede ser accionado solo de un punto a la vez, se debe entender que por punto debe haber un pulsador de marcha y uno de parada. 2.- Diseñe el circuito de potencia y de control para el accionamiento de tres motores trifásicos de 5 CV, considerando que: cuando entra en operación uno de los motores los otros dos no pueden operar y que tenga la posibilidad de parar el funcionamiento en cualquier momento. 3.- Realice el circuito de potencia y de control para una mezcladora con un motor de 5 CV, 380 V trifásico y 50 Hz, que opera de la siguiente forma, en el momento del arranque se deberá deshabilitar temporalmente el relé térmico por 5 segundos para evitar que el relé térmico actúe en el arranque, luego de ese tiempo el relé térmico deberá tener un funcionamiento normal, si ocurriese una falla por sobrecarga el motor deberá salir y un piloto de señalización debe parpadear y se activará una sirena. Nota: la des habilitación del relé térmico deberá hacerse en el circuito de potencia, es decir se debe evitar que la corriente de arranque pase por el relé térmico. 4.- Elabore el circuito de Potencia y Mando para un taladro industrial con las siguientes características: El Sistema eléctrico del taladro debe permitir que su motor principal M pueda girar en uno y otro Sentido: Para cambiar de giro es indispensable que el motor se detenga. El bombeo de aceite de lubricación se realiza por medio de la bomba solo bombea si el motor principal está en funcionamiento: Si actúa cualquiera de los relés térmicos RTM 27 AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

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o RTB se desconecta todo el conjunto. Dotar iluminación al sector donde se encuentra la broca por medio de un interruptor 5.- Realizar el automatismo eléctrico mediante lógica cableada (circuito de potencia y de mando) para un proceso de electrolisis. Para la realización de este proceso contaremos con: un pulsador de marcha para dar inicia al ciclo, dos motores trifásicos de inducción de doble sentido de rotación, M1 de 5 CV y M2 de 7 CV, M1 para el movimiento vertical de la grui y M2 para el movimiento transversal y seis finales de carrera (F2, F3, F4, F5, F6 y F7). Descripción del proceso: El proceso que se va a describir a continuación consiste en el procedimiento para el tratamiento de superficies, con el fin de hacerlas resistentes a la oxidación. El sistema constará de tres baños: uno para el desengrasado de las piezas, otro para el aclarado de las piezas y un tercero donde se les dará el baño electrolítico. La grúa introducirá la jaula portadora de las piezas a tratar en cada uno de los baños, comenzando por el de desengrasado, a continuación, en el de aclarado y por ultimo les dará el baño electrolítico, en este último, la grúa debe permanecer un tiempo determinado para conseguir una uniformidad en la superficie de las piezas tratadas. En la siguiente figura se ilustra el proceso a automatizar.

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CONTROLADORES LOGICOS PROGRAMABLES (PLC) Se define como PLC un equipamiento electrónico digital, que tiene como objetivo implementar funciones específicas de control y monitoreo sobre variables de una máquina o proceso por intermedio de módulos de entrada y salida. Todas las funciones disponibles deben poder ser programadas en una memoria interna y el hardware debe ser universal, pudiendo ser aplicado a todos los tipos de procesos. Los PLCs actuales están basados en microprocesadores o microcontroladores. El principio de funcionamiento es idéntico para todos los fabricantes: para ejercer sus funciones, un PLC procesa señales de entrada provenientes de botoneras, interruptores y varios sensores y ofrece señales de salida que actúan sobre una máquina o proceso en cuestión. El PLC atiende a funciones de secuenciación y enclavamiento eléctrico por medio de comparaciones, contadores, temporizadores y control PID, en conformidad con un programa específico almacenado en la memoria interna. Imagen: Configuración básica de un PLC

Fuente: Apuntes Maestría Control Moderno de Sistemas AREAS DE APLICACIÓN Los PLCs encuentran una gran aplicación en casi todos los sectores industriales que involucran control de procesos, automatización de la manufactura, integración de sistemas de la automatización, líneas de fabricación y montaje, automatización agraria, control de subestaciones de energía, donde quiera que se requieran funciones de control, secuenciación y enclavamiento de acciones y supervisión del funcionamiento de algunas actividades. Algunas aplicaciones usuales son: 

Uso interno de máquinas herramientas, para funciones de enclavamiento y secuenciación de las operaciones y control de las variables relevantes para el 29 AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

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maquinado, tales como posición de los ejes, torque, velocidad de avance, aceleración y otros. 

Uso de la función del controlador PID para el control de variables físicas como posición, rotación, velocidad, temperatura, presión, fuerza, potencia y otros en la industria metal mecánica, química, petroquímica, textil, plantas de generación de energía, etc.



Control de la secuenciación y el enclavamiento de las operaciones en las líneas de producción y montaje automatizadas, frecuentemente sustituyendo lógicas de comando originalmente implementadas con relés.

FORMAS DE INTERFACE HOMBRE/MÁQUINA PARA PLCs Para la utilización del PLC en cualquier instalación industrial, es necesario proveer una forma de interface entre este y el operador humano. La comunicación entre el PLC y el operador puede ser ejecutada básicamente de 4 maneras: 

Utilizando las entradas y salidas del propio PLC



Utilizando paneles inteligentes



Conectando el PLC a un terminal de programación (TP)



Conectando el PLC a un computador (PC)

Por su importancia se descubrirán solamente la primera y la última. Interface mediante las entradas y salidas del PLC: Es el método más usado dentro de la industria para la comunicación durante la operación “on-line” (sobre la marcha). Esta técnica es utilizada para la entrada de datos tales como valores de referencia para lazos de control de temperatura en hornos industriales, control de presión en calderas, etc., o comandos de tipo ON/OFF por medio de pulsadores, interruptores, potenciómetros, etc., conectados a las entradas predefinidas del PLC, cuyo estado será leído y tomado en consideración por el programa interno introducido por el operador en el PLC. La misma técnica es adoptada para la supervisión y visualización del funcionamiento del proceso que está siendo controlado. En este caso la visualización de la operación es realizada por medio de lámparas LEDs, indicadores digitales o analógicos, etc., conectados a las salidas predefinidas del PLC.

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Interface por intermedio de una computadora (PC): Debido a la reducción del costo de las computadoras tipo PC, estas vienen siendo cada vez más utilizadas como dispositivos de programación y visualización para los PLC. Además de esto, la creciente reducción de dimensiones y peso de las modernas portátiles o Laptops hacen que su aplicación sea en el campo, es decir directamente dentro la fábrica de una forma muy ventajosa. Las ventajas del uso de una PC son: 

Programación gráfica interactiva



Almacenamiento de datos y programas del PLC en archivos en el disco de la PC



Visualización de la realización del proceso controlado por el PLC en la pantalla de la PC



Entrada de datos y parámetros on-line para el PLC por intermedio de la PC, incluyendo las posibilidades de realización de cálculos complejos en la PC y el envío de los resultados al PLC



Generación de informes y gráficos relativos al funcionamiento de los procesos controlados por el PLC en una PC

PROGRAMACIÓN DEL PLC La programación de un PLC es la manera por la cual el usuario define las relaciones entre la entrada y salida. Los programas de un PLC son siempre ejecutados de forma cíclica, después de la ejecución de la última instrucción, el PLC reinicia automáticamente la ejecución a partir de la primera línea de programa. Cada ejecución completa de las líneas que compone una lógica programada en el PLC es llamada un “ciclo de barrido” o ciclo de escaneo. Durante un ciclo de barrido, todas las entradas se leen y copian su estado en el área de memoria reservada para las entradas de la tabla. Del mismo modo, en cada ciclo, la tabla de las salidas se escanea y su contenido se copia en las salidas físicas del PLC. De esta forma, los tiempos de ejecución de los programas de aplicación tienen una variación mínima. Durante la carga del programa de aplicación en el PLC, el barrido o escaneo de entradas y salidas se desactivan y el PLC no se encuentra en el modo de ejecución. Estas funciones están habilitadas por el programa de seguimiento del PLC, solo cuando un programa de aplicación válida en la memoria del PLC de trabajo está configurado correctamente.

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El PLC debe ser configurado antes de su uso. La configuración se realiza mediante la carga de un archivo de configuración especial, que contiene la siguiente información: 

Descripción de los módulos de bus de E/S: número y tipo de entradas y salidas



Descripción de operativos: número y tipo de operativo y sus características.



Parámetros generales: tipo de CPU, dirección de red, período de interrupciones, etc.



Parámetros de comunicación en red: velocidad de transmisión, etc.

Después de cargar el fichero de configuración, puede realizar la carga del programa de aplicación en la memoria de trabajo del PLC. El programa de aplicación se desarrolla en un entorno de desarrollo proporcionado por el fabricante del PLC y se ejecuta en la PC Es posible identificar en la mayor parte de los PLCs existentes en el mercado tres formas más difundidas de programación: 1) Programación a partir de operadores lógicos “Lista de Instrucciones”: La lógica de comandos es representada en forma de operadores booleanas de tipo AND, OR, XOR, NOT, etc. Los lenguajes de programación de este tipo se asemejan bastante con los lenguajes de máquina de microprocesadores (assembler). Si la lógica fué originalmente implementada con relés (situación frecuentemente encontrada en la práctica) es preciso obtener una función lógica booleana asociada, a partir de la cual se genera el programa. 2) Programación basada en el diagrama escalera “Ladder Diagramm”: Este lenguaje fue creada para facilitar la implementación del PLC de lógicas originalmente realizadas con relés. La programación es realizada de forma gráfica interactiva y el programa resultante tiene la forma de los llamados diagramas de escalera o diagramas de redes. 3) Programación en GRAFCET: Representa un método moderno de programación basado en la técnica de “Redes de Petri”, que se presenta como más adecuada que las anteriores para la implementación de lógicas complejas. Este lenguaje permite simultáneamente la programación y la verificación de la correcta lógica del programa (validación).

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ALGEBRA BOOLEANA Los sistemas digitales tienen como bloque constructor básico las llamadas puertas lógicas binarias. El álgebra booleana es una forma de lógica simbólica que muestra como estas puertas lógicas operan. Todas las puertas lógicas operan con dos niveles básicos de tensión denominadas genéricamente como nivel bajo y nivel alto. En el álgebra booleana, al contrario del álgebra convencional una variable puede asumir solamente dos valores posibles correspondientes a la tensión baja y a la tensión alta de las puertas lógicas, representados por “0” y “1” respectivamente. Tabla: Niveles básicos de tensión Nivel bajo “0” Nivel alto “1” 0V

+5 V

-5 V

+5 V

-12 V

+12 V

0V

+24 V

Fuente: Apuntes Maestría Control Moderno de Sistemas Existen tres combinaciones básicas entre variables lógicas booleanas. La negación (función lógica NOT), la conjunción (función lógica AND), y la disyunción (función lógica OR). Estas combinaciones son utilizadas para representar expresiones booleanas. Negación: y = 𝑥̅ (y igual a negado x) Tabla: Tabla de verdad NOT x y 0 1 1 0 Fuente: Apuntes Maestría Control Moderno de Sistemas

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Conjunción: y = x1*x2 (y igual a x1 y x2) Tabla: Tabla de verdad AND x1 x2 y 0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

Fuente: Apuntes Maestría Control Moderno de Sistemas

Disyunción: y = x1 + x2 (y igual a x1 o x2) Tabla 7.4: Tabla de verdad OR x1 x2 y 0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

Fuente: Apuntes Maestría Control Moderno de Sistemas Para calcular el resultado de expresiones lógicas booleanas más complejas, donde varias de las combinaciones básicas citadas pueden ser utilizadas. Fueron definidos los siguientes teoremas conocidos como leyes de Boole: Leyes conmutativas: Leyes asociativas: Leyes distributivas: Tautología:

x1*x2 = x2*x1,

x1 + x2 = x2 + x1

x1*(x2*x3) = (x1*x2)*x3,

x1 + (x2 + x3) = (x1 + x2) + x3

x1*(x2 + x3) = x1*x2 + x1*x3,

x*x = x,

x1 + (x2*x3) = (x1 + x2)(x1 + x3)

x+x=x

Leyes de absorción:

x1*(x1 + x2) = x1,

Leyes de negación:

x ∗ x̅ = 0,

x1 + x1*x2 = x1

x + x̅ = 1,

̅̅̅̅ (x ̅) = x

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Leyes de Morgan:

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̅̅̅̅̅̅̅̅̅ x1 + x2 = ̅̅̅ x1 ∗ ̅̅̅ x2

x1 ∗ x2 = ̅̅̅ ̅̅̅̅̅̅̅̅̅ x1 + x̅̅̅, 2

La implementación práctica de lógicas convencionales booleanas, es frecuentemente realizada por medio de tablas de verdad, que resumen el comportamiento deseado de la salida del sistema para un conjunto dado de valores de entrada. A partir de esta tabla de verdad es obtenida la expresión booleana que la representa. El proceso de obtención de la expresión booleana a partir de la tabla de verdad se compone de 3 pasos: Paso 1: Identificar en la tabla de verdad todas las líneas cuyas salidas tengan valor lógico 1. Paso 2: Para cada una de estas líneas se obtienen la conjunción de todas las variables de entrada, representando las entradas con valor lógico 1 por xi y las con valor lógico 0 por x̅i . Paso 3: Finalmente la expresión booleana buscada está dada por la disyunción de las expresiones parciales obtenidas en el paso anterior. La expresión booleana así obtenida se dice de “términos mínimos”. Ej.: dada la tabla de verdad para un proceso, donde las variables de entrada son x1, x2, x3, y la variable de salida es y, obtener la expresión booleana para la salida y. Línea x1 x2 x3 y 1

0

0

0

0

2

0

0

1

0

3

0

1

0

1

4

0

1

1

0

5

1

0

0

1

6

1

0

1

0

7

1

1

0

1

8

1

1

1

0

Paso 1: Identificación de las líneas cuyas salidas tengan el valor de 1: líneas 3, 5, 7. Paso 2: En base a las líneas identificadas con salida 1, se obtiene las siguientes expresiones parciales: Línea 3: ̅̅̅ x1 ∗ x2 ∗ x̅̅̅3 35 AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

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Línea 5: x1 ̅̅̅ x2 ∗ ̅̅̅ x3 Línea 7: x1 x2 ∗ ̅̅̅ x3 Paso 3: La función buscada está dada por la disyunción de las expresiones parciales y = ̅̅̅. x1 x2 . x̅̅̅3 + x1 ̅̅̅. x2 ̅̅̅ x3 + x1 x2 . ̅̅̅ x3 LENGUAJE LISTA DE INSTRUCCIONES “IL” Este lenguaje define una serie de nemotécnico o nemónicos semejante al lenguaje Assembler que representan las operaciones lógicas booleanas y los comandos de transferencia de datos. Anteriormente cada fabricante ofrecía su propio conjunto de nemónicos, actualmente están padronizados por una norma. Elementos básicos: AND [operador], ejecuta una operación lógica de conjunción entre el acumulador del microprocesador del PLC y el operador indicado como parámetro. AND NOT [operador], ejecuta una operación lógica de conjunción entre el acumulador y el negado del operador. OR [operador], ejecuta una operación lógica de disyunción entre el acumulador y el operador indicado como parámetro. OR NOT [operador], ejecuta una operación lógica de disyunción entre el acumulador y el negado del operador. CAR [operador], carga el contenido del operador en el acumulador (este operador puede ser por ejemplo una entrada del PLC). CAR NOT [operador], carga el contenido negado del operador en el acumulador. S [operador], ajusta el operador en 1 (este operador puede ser por ejemplo una salida del PLC). R [operador], resetea el operador en 0, si el contenido del acumulador es 1. ALM [operador], almacena el contenido del acumulador en el operador indicado. TEM [valor], ejecuta un retardo de temporización definida por el valor indicado.

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Símbolos lógicos: AND OR NOT Ej.: representar con símbolos de funciones lógicas, las siguientes expresiones: S1 = (x2.x3 + x̅4 )x1 S2 = S3 = S1.x̅5

Con nemónicos: CAR x2: colocar x2 en el acumulador AND x3: acumulador = acumulador AND x3 OR NOT x4: acumulador = acumulador OR NOT x4 AND x1: acumulador = acumulador AND x1 ALM S1: almacena acumulador en S1 AND NOT x5: acumulador = acumulador AND NOT x5 ALM S2: almacena acumulador en S2 ALM S3: almacena acumulador en S3

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Ej.; Programación del proceso de taladrado de una pieza en un taladro de banco.

I carrera de descenso sin giro (velocidad de descenso grande) II carrera de perforación con giro (velocidad de descenso lento) III carrera de ascenso sin giro (velocidad de ascenso grande) Definir señales de entrada: X1: comando de partida (operador) “energización del sistema” X2: taladro está en posición de partida X3: punto de reducción alcanzada X4: profundidad de perforación alcanzada

Identificación de sensores de posición: S2: sensor en la posición inicial S3: sensor en el punto de reducción S4: sensor en el punto de profundidad

Señales de salida: Y1: conexión / desconexión del avance rápido Y2: conexión / desconexión del avance lento con rotación Y3: conexión / desconexión del retroceso rápido

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Con nemónicos CAR x1 AND x2 S y1 CAR y1 AND x3 R y1 S y2 CAR y2 AND x4 R y2 S y3 CAR y3 AND x2 R y3

Con símbolos de funciones lógicas

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LENGUAJE BASADO EN EL DIAGRAMA ESCALERA “LD” La lógica de control por relés se acostumbra ser representada, en los medios industriales, por un padrón característico conocido como “diagrama escalera” o “diagrama de relés”. Un diagrama de escalera corresponde a una asociación de elementos de entrada y salida, que representan alguna función lógica de control. Como muchos ingenieros y técnicos estaban acostumbrados a trabajar con lógica de relés, fue creado un lenguaje para el PLC que procura simular un diagrama de relés real. Elementos básicos: 

Relé normalmente abierto (NA): Símbolo contacto NA bobina



Relé normalmente cerrado (NC): contacto NC bobina

Los relés NA y NC corresponden a variables de entrada del PLC, las bobinas representan elementos de salida del PLC. Cada elemento en el diagrama escalera es identificado por letras y números. Además de estos elementos básicos, existen representaciones propias para temporizadores, contadores y otros elementos especiales de entrada y salida. Función lógica AND (relés en serie):

40 AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

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Función lógica OR (relés en paralelo):

Conexión con la bobina:

Estructura de un programa LD: Un lenguaje de programación basado en el diagrama escalera está compuesto por un conjunto de símbolos gráficos, con los cuales es posible representar una gran variedad de estructuras. Los símbolos son conectados entre sí para representar lógicas. El número de instrucciones simbólicas que pueden ser parte de cada lógica varían mucho de un modelo de PLC a otro. Un programa en LD está compuesto de una o más lógicas que son siempre encontradas entre una barra vertical de entrada y una barra vertical de salida. Estas barras representan barras de energía, siendo que el flujo simulado de corriente eléctrica va siempre de izquierda a la derecha sin considerar que exista fuga de corriente alguna. De esta manera, los elementos de un lenguaje de relés están generalmente dispuestos sobre una matriz como un número limitado de series. Los elementos de esta matriz son: 

Barras de alimentación: barras verticales, una en cada extremo de la matriz, simulando las líneas de alimentación del circuito. 41 AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

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

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Conexiones horizontales: representan conexiones eléctricas entre celdas transfiriendo el estado lógico de una celda a otra.



Conexiones verticales: permiten conectar celdas en paralelo, definiendo una función OR del estado lógico de estas.

Las instrucciones y operaciones pueden ser: 

Elementos de decisión: contactos NA y NC que reflejen el estado lógico de las entradas del PLC.



Elementos de operación: bobinas de los relés, cuyos estados lógicos son alterados en función del resultado de la lógica y relacionados con la salida.



Bloques de función: una gran variedad de elementos adicionales, definiendo funciones como contadores, operaciones aritméticas, secuenciadores, bobinas auxiliares, relés de pulso, etc.

Cada lógica es procesada columna por columna en la secuencia mostrada por la numeración colocada dentro de las celdas en la imagen. Los programas compuestos de varias lógicas son ejecutados de arriba para abajo, una lógica después de la otra y repetidos cíclicamente después de la ejecución de la última lógica. Símbolos gráficos en el diagrama escalera: Entrada, Relé NA Entrada, Relé NC Salida, Bobina Salida complementaria Apertura de rama paralelo Cierre de la última rama paralelo abierto Relé de pulso Temporizador

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Imagen: Formato de una lógica LD

Fuente: Apuntes Maestría Control Moderno de Sistemas

Ej.: representar en LD las siguientes 2 lógicas: S1 = (x2.x3 + x̅4 ).x1 S2 = S3 = S1. x̅5

(lógica 0)

(lógica 1)

Diagramas equivalentes: Algunos diagramas no pueden ser representados directamente con este tipo de simbología. Tales diagramas son los que representan diversos caminos para accionar una determinada salida. Por ejemplo, el siguiente diagrama es un diagrama inaceptable para el PLC, por tanto, es necesario convertir a un diagrama equivalente que pueda ser utilizado en el PLC. S1 = (x1. x̅2 ) + (x1.x5.x4) + (x̅3.x4) + (x̅3.x5. x̅2 )

Diagrama inaceptable por el PLC, se tiene que convertir a un diagrama equivalente.

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La lógica S1 = (x1. x̅2 ) + (x1.x5.x4) + (x̅3.x4) + (x̅3 .x5. x̅2 ), se obtiene su equivalente mediante las leyes booleanas, tal equivalente es: S1 = (x̅3.x5 + x1). x̅2 + (x1.x5 + x̅3).x4

Ejemplo: Control de 2 semáforos

Secuencia de comando del semáforo: Estado Semáforo A Semáforo B Temporización 1

Rojo

Verde

40 seg

2

Rojo

Amarillo

10 seg

3

Verde

Rojo

40 seg

4

Amarillo

Rojo

10 seg

Conexiones del PLC: Número de E/S del PLC

Función del semáforo

Conexión externa

Entrada 0

Habilita semáforos (energiza)

Llave ON/OFF

Salida 10

Semáforo A rojo

Lámpara

Salida 11

Semáforo A amarillo

Lámpara

Salida 12

Semáforo A verde

Lámpara

44 AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

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Salida 15

Semáforo B rojo

Lámpara

Salida 16

Semáforo B amarillo

Lámpara

Salida 17

Semáforo B verde

Lámpara

partida (estado 1)

estado desconectado

estado 2

estado 3

estado 4

estado 1

PROGRAMACIÓN POR GRAFO DE COMANDO ETAPA-TRANSICIÓN (GRAFCET, SFC) Para la programación de lógicas de comando más complejas, es necesario un lenguaje de más alto nivel que las anteriormente presentadas. El resultado de esfuerzos en ese sentido fue la definición del lenguaje Grafcet, este lenguaje es una adaptación de la técnica de redes de Petri y permite una visualización de los estados por los cuales el sistema a comandar debe pasar para realizar una operación dada. 45 AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

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Elementos básicos: 

Etapas: corresponden a una situación en la cual el comportamiento de todo o parte del sistema es invariante en relación a sus entradas o salidas. Las etapas representan un estado parcial del sistema.

El estado global de un sistema en un momento dado está representado por el conjunto de etapas activadas. El conjunto de etapas activadas constituyen la marca. 

Acciones: una acción está siempre asociada a una etapa y solo puede ser ejecutada cuando la etapa esta activada (no puede haber 2 acciones en una etapa). La ejecución de una acción puede estar condicionada a una función lógica de variables de entrada del PLC al estado activo o inactivo de otras etapas. Una acción está usualmente relacionada a la activación o desactivación de las salidas del PLC. Tipos de acciones: a) Acciones condicionales

b) Acciones incondicionales



Transiciones: Indica la posibilidad de evolución entre etapas. A cada transición es asociada una condición lógica llamada receptividad, descrita al lado del símbolo de transición. La transición es representada gráficamente por una barra con la receptividad indicada a un lado de este. La receptividad en general es una función asociada al estado de las entradas del PLC. Acciones => salidas del PLC Transiciones => entradas al PLC

Una receptividad especial es la que maneja la variable tiempo. 46 AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

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Imagen: Receptividad tiempo

Fuente: apuntes Maestría Control Moderno de Sistemas En el caso de que no haya condición asociada a la receptividad, esta transición es llamada de receptividad incondicional. Imagen: Receptividad incondicional

Fuente: apuntes Maestría Control Moderno de Sistemas 

Arco: Conecta siempre una transición a una etapa o una etapa a una transición, por tanto, los arcos pueden ser de entrada o salida en relación a sus etapas. Imagen: Arcos

Fuente: apuntes Maestría Control Moderno de Sistemas Imagen: Arcos de entrada y salida

Fuente: apuntes Maestría Control Moderno de Sistemas La evolución de estado de GRAFCET se define por cinco reglas: 

Regla 1: Las etapas activadas en la condición inicial deben ser señaladas con un doble círculo (GO) o doble cuadrado (GN). Las etapas usualmente son numeradas a partir de aquella que representa la condición inicial. 47 AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

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Imagen: Condición inicial del grafo

Fuente: apuntes Maestría Control Moderno de Sistemas 

Regla 2: Una transición será válida si todas las etapas de entrada de esta estuvieran activadas. Si una transición es válida y una receptividad asociada a ella es verdadera, la transición es llamado disparable. El “disparo” en estas circunstancias, es obligatorio.



Regla 3: “Disparar” una transición consiste en activar todas las etapas de salida de la transición y desactivar todas las etapas de entrada a la transición. Imagen: Disparos simples: antes, después

Fuente: apuntes Maestría Control Moderno de Sistemas Imagen: Disparo múltiple: antes, después

Fuente: apuntes Maestría Control Moderno de Sistemas



Regla 4: Varias transiciones simultáneamente disparables en el grafo deberán ser efectivamente disparadas en el mismo instante.



Regla 5: Si una etapa debe ser desactivada y activada simultáneamente, esta pertenece activada.

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Imagen: Etapa con realimentación

Fuente: apuntes Maestría Control Moderno de Sistemas Estructuras lógicas en GRAFCET: Diversas estructuras lógicas complejas pueden ser representadas en GRAFCET. Una estructura lógica OR puede aparecer bajo la forma de una divergencia correspondiente a una estructura de software de tipo: “SI (estado = x Y C1 verdadera) ENTONCES (pase al estado y)) SINO SI (estado = x Y C2 verdadero) ENTONCES (pase al estado z) Imagen: Divergencia en OR

Fuente: apuntes Maestría Control Moderno de Sistemas Una convergencia en OR corresponde, a su vez, a una estructura de software de tipo: “SI (estado = x Y C1 verdadera) OR (estado = y Y C2 verdadero) ENTONCES (pase al estado z)

Imagen: Convergencia en OR

Fuente: apuntes Maestría Control Moderno de Sistemas

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Una divergencia en AND equivale a una estructura de software de tipo: SI (estado = x Y C1 verdadero) ENTONCES (pase a los estados y Y z) Imagen: Divergencia en AND

Fuente: apuntes Maestría Control Moderno de Sistemas Una convergencia en AND equivale a una estructura: SI ((estado = x Y y) AND (C1 verdadero)) ENTONCES (pase al estado z) Imagen: Convergencia en AND

Fuente: apuntes Maestría Control Moderno de Sistemas Análisis de validación de GRAFCET: Uno de los aspectos más interesantes de este lenguaje de programación para el PLC es la posibilidad ofrecida de realizar una verificación de corrección lógica de las especificaciones; basada en ciertas propiedades básicas que un grafo correcto debe presentar. Un grafo correcto en GRAFCET debe poseer las siguientes 5 propiedades: 

Grafo limitado y seguro: cuando un número de fichas contenido en cualquier etapa es inferior a un límite dado para cualquier marca posible, el grafo es llamado limitado. Si este límite es “1”, el grafo es llamado seguro. Una etapa donde se puedan acumular fichas en un número ilimitado es indicativo de un error de especificación.

50 AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

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

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Grafo reiniciable: Cuando, para cualquier marca accesible alcanzado a partir de la marca inicial, existe una secuencia de disparo que permita el retorno a la marca inicial, el grafo es llamado reiniciable.



Grafo vivo: Cuando, para cualquier marca accesible M y cualquier transición T, existe una secuencia de tiro apagado a partir de M que incluya T, el grafo es llamado vivo. Esto equivale a decir que no pueden haber ramas de grafo por donde una ficha jamás pasa.



Grafo determinista: Un grafo es llamado determinista cuando todos los posibles conflictos en él contenidos están resueltos de forma errónea. Dos transiciones son llamadas en conflicto si existe una marca accesible que sensibiliza a los dos en el mismo tiempo, de forma que el disparo de una de ellas obstaculiza a la otra. Imagen: Transición A y B en conflicto

Fuente: apuntes Maestría Control Moderno de Sistemas 

Grafo determinado: Un grafo es llamado determinado si solo tiene acciones que pueden ser ejecutadas simultáneamente asociadas a etapas paralelas. Dos etapas son llamadas paralelas si existe una marca accesible que active a los dos en el mismo tiempo. Imagen: Etapas A y B en paralelo

Fuente: apuntes Maestría Control Moderno de Sistemas En el análisis de GRAFCET, en el caso de que una de las cinco propiedades estuviera faltando, es de suponer que ocurre un error serio de especificación y el programa debe ser revisado. 51 AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

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Ej.: Se desea realizar un comando de un sistema de transporte de piezas en plataformas que incluye un AGV (Vehículo dirigido automáticamente). El AGV debe transportar las plataformas del puerto A al puerto B. Mientras una plataforma se carga en el AGV en el puerto A, un robot retira la plataforma anterior en el puerto B.

La operación es comandada por un PLC a través de las siguientes de entrada y salida: Señales de entrada (sensores): PA = plataforma en A PB = plataforma en B FC = fin de carga de la plataforma en el AGV A = AGV en el puerto A B = AGV en el puerto B Señales de salida (actuadores): D = AGV se desliza para la derecha E = AGV se desliza para la izquierda S = AGV parado (stop) CP = carga de plataforma en el AGV DP = descarga de plataforma del AGV RP = retirar plataforma (robot)

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El GRAFCET que realiza el comando es:

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