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• Hugo Villca

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Automatismos Industriales

Introducción

Automatismos Industriales

Prof. José A. Rodríguez Mondéjar

UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 1

Automatismos Industriales

Introducción

Objetivos/Índice/Bibliografía

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Aprender las técnicas de diseño de automatismos lógicos para el control de procesos industriales Indice – – – – – – – –

1. Introducción a la Automatización 2. Algebra de Boole (Automatismos combinacionales) 3. Codificación de la información 4. Introducción al autómata programable 5. Sistemas secuenciales (Automatismos secuenciales) 6. Metodología para el diseño de sistemas secuencias: GRAFCET 7. Funciones integradas en un autómata 8. Sensores y actuadores

Bibliografía – Balcells, Romeral. Autómatas programables. Marcombo 1997 – Piedrafita, Ramón. Ingeniería de la Automatización Industrial. 1999.

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Palabras clave

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Automatismo – Máquina o sistema capaz de cumplir funciones de mando, regulación y control sin que medien agentes exteriores. – Dispositivo mediante el cual un aparato o sistema adquiere carácter automático.

Automático – Que obra o se regula por sí mismo.

Automatizar – Usar máquinas o aparatos automáticos en una industria. – Someter a automatización [un procedimiento industrial o una serie de operaciones administrativas o de investigación, un mecanismo, un conjunto de máquinas].

Automatización industrial – Utilización de técnicas y equipos para el gobierno de un proceso industrial, de tal forma que ese sistema funcione de forma autónoma, con poca o ninguna intervención humana.

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Ejemplo de automatización Agitador

Válvula Alimentación Reactivo ácido Reactivo alcalino

Sensor de temperatura Sensor de pH

Resistencia térmica

STOP AUTOMÁTICO

MANUAL

Válvula Salida

PLANTA Prof. José A. Rodríguez Mondéjar

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Modos de funcionamiento de la planta

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Manual

STOP

– El operador a través de AUTOMÁTICO pulsadores, interruptores, teclado, etc va ordenando las diferentes operaciones a realizar en la planta.

MANUAL

Automático – La planta funciona de forma automática sin intervención del operador

Semiautomático – Parte de las operaciones de la planta se realizan de forma automática y otras las realiza el operador.

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Elementos más importantes de la automatización

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Planta Sistema de control – El conjunto de equipos que permiten que la planta funcione de forma automática.

Automatismo industrial – Equivalente a sistema de control. Sistema de control

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Planta

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Más palabras clave

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Control – Manipulación indirecta de las magnitudes de un sistema denominado planta a través de otro sistema denominado sistema de control

Automática – Ciencia que estudia la automatización y sus aplicaciones. – Conjunto de las técnicas desarrolladas con el fin de reducir y eliminar la intervención humana en la producción o en el funcionamiento de bienes y servicios.

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Objetivos de la automatización

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Incrementar la productividad Incrementar la calidad y precisión de los productos ¿Quitar puestos de trabajo? – Reemplaza en parte o totalmente la intervención humana en el proceso – Hay procesos que con sólo la intervención humana no pueden ser gobernados • • • •

Exactitud en la temporización Simultaneidad de muchas operaciones (Refinería) Operación continua (Tren de laminación) Riesgos para el hombre (Sustancias tóxicas)

– El hombre es liberado de labores tediosas

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Breve historia de los automatismos

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Componentes mecánicos: – Engranajes – Palancas – Ejemplos: reloj, regulador de Watt.

Componentes electromecánicos: – Relés. – Pequeños motores.

Componentes electrónicos: – Microprocesador. Aparece el PLC.

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Conocimientos necesarios para la automatización

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Conocimiento del proceso en sí: – Mecánico – Químico – Termodinámico

Lógica Teoría de Control Programación Electrónica Sistemas digitales Tecnología eléctrica Tecnología mecánica, neumática e hidráulica. Comunicaciones

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Sistema de Control Energía Consigna Entradas

Unidad de Control

Salidas

Respuesta Accionamientos

Planta

Señales de control

Señales de realimentación

Interfaces

Sensores

Elementos de señal

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Elementos de potencia

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Elementos de un sistema de control

• • •

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Planta (Funcionamiento en lazo cerrado/lazo abierto) Unidad de control – Decide las operaciones a realizar. – Trabaja con señales

Accionamientos – El sistema de control gobierna la planta a través de los accionamientos. – Equivalen a un amplificador de potencia donde la entrada son las salidas de baja potencia del control. – Ejemplos: variador de velocidad, una fuente de alimentación.

Transductores: sensor + interfaz. – El sensor convierten las magnitudes físicas de la planta (velocidad, aceleración, pH, etc) en magnitudes eléctricas. – La interfaz adapta las señales del sensor a las entradas del sistema de control.

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Tipos de señales en un sistema de control

•

Analógicas – Señales de tipo continuo. – Se discretizan para se tratadas como una señal digital.

•

+5 V

Lógicas o binarias – Señales todo o nada – Dos niveles codificados como 0 y 1. – Bit.

•

–5

Digitales

+5

– Agrupación de señales binarias. – Tamaños típicos:

1

0

1

V

• 8 bit: byte • 16 bit: palabra • 32 bit: larga palabra

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Tiempo

Tiempo –5

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Señales de E/S de la unidad de control Entradas digitales

Salidas digitales

Pulsador

Teclado Consigna

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Relé Display

-28º

Unidad de Control

Potenciómetro

D/A

V

A/D Conversor Digital/Analógico

PTC Conversor Analógico/Digital

Entradas Analógicas Prof. José A. Rodríguez Mondéjar

M

Variador de velocidad

Salidas Analógicas UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 14

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Clasificación de los automatismos

• • •

Automatismos analógicos – Reguladores – PLCs con funciones de regulación

Automatismos lógicos – Lógica de contactos, neumática. – PLCs

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Automatismos digitales

– PLCs – Ordenadores con tarjetas de entrada/salida adecuados para ambiente industrial.

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Fases en la automatización

• •

• • •

Especificación – Conocer la planta – Estudio de necesidades – Variables a controlar

Diseño – – – – –

Elección de sensores y accionamientos Algoritmos de control (MODELADO) Simulación Elección de la tecnología Diseño del hard y del soft (METODOLOGIA)

Implantación Pruebas Explotación

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Modelado

• •

– Variables de entrada (x) – Variables de salida (y) – Función de transferencia (f)

•

y=f(x)

Se necesita un modelo independiente de la tecnología, tratable matemáticamente Modelo de caja negra:

• Expresión matemática que relaciona la entrada con la salida. • y=f(x)

Entrada

transferencia

Consigna Realimentación

Función f2

Salida

(Control)

Función f1

Principio fundamental: “Divide y vencerás”

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Salida

Función de

Entrada

Salida

(Planta)

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Tecnologías y modelos Tecnología

Tipo de variable

Almacenam.

Herramienta

Interruptores Pulsadores Bombillas Relés Finales de carrera

Lógica

Bit

Tensión Intensidad Velocidad Aceleración pH

Analógicas

Aproximado: Teoría de Control: Coma flotante transformada de Coma fija Laplace, Transformada z

Transmisión serie Consigna

Digitales

Coma fija

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Algebra de Boole, Teoría de Autómatas Finitos

Técnicas de programación

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Implantación del sistema de control

• •

Sistemas cableados – Neumática, interruptores, relés, puertas lógicas. – Control totalmente fijo. – Muy rápidos en el caso de puertas lógicas.

Sistemas programables – PLCs y ordenadores industriales. – Programables. – Generalmente muy flexibles.

Automatismo más importante hoy

PLC

Programmable Logic Controller

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